[發明專利]數控機床的實時運動控制系統及方法

在審

• 申請號: 202310332254.2
• 申請日: 2023-03-31
• 公開（公告）號: CN116578039A
• 公開（公告）日: 2023-08-11
• 發明（設計）人: 宋家牧;李炳燃;葉佩青;張輝;劉光枝;李海春
• 申請（專利權）人: 廣東伊萊斯電機有限公司
• 主分類號: G05B19/406
• 分類號: G05B19/406;H04L67/1095;H04L12/66
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 張娟

1.一種數控機床的實時運動控制系統，其特征在于，包括邊緣計算節點和現場網關控制器；

所述邊緣計算節點，部署在本地PC中，包含運動控制模塊和網絡管理模塊，其中：所述運動控制模塊，包括譯碼子模塊和運動規劃子模塊，所述譯碼子模塊用于對輸入的加工G代碼進行編譯解釋，并根據所述運動規劃子模塊所需的輸入數據格式生成加工指令，所述運動規劃子模塊用于將命令標志位和根據所述加工指令計算生成的插補點數據集生成控制指令集，所述命令標志位為由操作人員在加工前或加工過程中設定的用于底層執行系統的速度倍率調整和緊急停止的指令，所述控制指令集包含多組控制指令，每組所述控制指令中包含若干個控制數據；所述網絡管理模塊用于根據控制需求建立所述邊緣計算節點與待加工機床的所述現場網關控制器之間的非實時通訊，并存儲有各現場網關控制器對應的IP地址及通訊端口，所述通訊端口分為數據下發端口和數據上傳端口，所述網絡管理模塊經數據下發端口與所述現場網關控制器進行控制數據的通訊，每次通訊下發一個所述控制指令集；

所述現場網關控制器，運行在實時操作系統環境下，包括非實時數據通訊模塊、硬實時插補控制模塊、數據上傳同步區和數據下發同步區，其中：所述非實時數據通訊模塊在每個非實時數據通訊的控制周期中，一方面將接收到的所述控制指令集存儲到所述數據下發同步區，另一方面將所述數據上傳同步區中的多組運動位置數據合并為一個運動位置數據集，經數據上傳端口傳輸至所述網絡管理模塊；所述硬實時插補控制模塊在每個硬實時插補控制周期中，從所述數據下發同步區提取一組所述控制指令，根據其中的命令標志位對插補點數據進行預處理，生成該硬實時插補控制周期內的位置控制數據，并經過工業以太網總線傳輸至底層執行系統，同時接收底層執行系統返回的一組機床各運動軸的實時運動位置，并將其存儲到所述數據上傳同步區；所述數據下發同步區的數據寫入速率大于其數據讀取速率，所述數據上傳同步區的數據讀取速率大于其數據寫入速率。

2.根據權利要求1所述的實時運動控制系統，其特征在于，部署所述邊緣計算節點的本地PC運行在非實時操作系統環境下，與所述現場網關控制器采用TCP/IP協議進行數據傳輸，其中，所述邊緣計算節點作為通訊客戶端，根據所述網絡管理模塊中分配的IP地址與通訊端口向對應的所述現場網關控制器的通訊服務端申請建立通訊連接。

3.根據權利要求1所述的實時運動控制系統，其特征在于，由所述運動規劃子模塊生成的控制指令集的每組所述控制指令包含如下信息：

X軸伺服電機的插補點指令，表示X軸在每個插補周期內預計到達的位置；

Y軸伺服電機的插補點指令，表示Y軸在每個插補周期內預計到達的位置；

Z軸伺服電機的插補點指令，表示Z軸在每個插補周期內預計到達的位置；

A軸伺服電機的插補點指令，表示A軸在每個插補周期內預計到達的位置；

C軸伺服電機的插補點指令，表示C軸在每個插補周期內預計到達的位置；

倍率選擇命令標志位，表示機床各運動軸轉速的倍率選擇；

急停命令標志位，表示機床緊急停止的判斷選擇；

由所述現場網關控制器上傳至所述網絡管理模塊的運動位置數據集的每組所述運動位置數據包含如下信息：

X軸伺服電機的實時位置，表示X軸在每個插補周期內實際到達的位置；

Y軸伺服電機的實時位置，表示Y軸在每個插補周期內實際到達的位置；

Z軸伺服電機的實時位置，表示Z軸在每個插補周期內實際到達的位置；

A軸伺服電機的實時位置，表示A軸在每個插補周期內實際到達的位置；

C軸伺服電機的實時位置，表示C軸在每個插補周期內實際到達的位置。

4.根據權利要求1所述的實時運動控制系統，其特征在于，部署所述邊緣計算節點的本地PC中還設有與所述運動控制模塊及所述網絡管理模塊連接的人機界面。