賦能柔性制造:MotionRT750 實時運動控制內(nèi)核,提效不止 10% !

文: 深圳市正運動技術(shù)有限公司2025年第三期

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公司介紹

      深圳市正運動技術(shù)有限公司專注于運動控制技術(shù)研究和通用運動控制軟硬件產(chǎn)品的研發(fā),是國家級高新技術(shù)和 專精特新企業(yè)。
     正運動技術(shù)的運動控制產(chǎn)品包括 2-24 軸脈沖型嵌入式運動控制器、2-128 軸總線型嵌入式運動控制器、2-24 軸 脈沖型網(wǎng)絡(luò)運動控制卡、2-128 軸總線型 PCI 運動控制卡、2-240 軸視覺運動控制一體機、人機界面、各類擴展 模塊等。
     正運動技術(shù)一直致力于做更好用的運動控制產(chǎn)品,經(jīng)過眾多合作伙伴多年的應(yīng)用開發(fā),產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用于3C電子、 半導(dǎo)體、新能源、汽車制造、機器人、印刷包裝、紡織服裝、激光加工、醫(yī)療制藥、數(shù)控加工、物流、軍工等領(lǐng)域。 正運動技術(shù)堅持把產(chǎn)品質(zhì)量置于商業(yè)利益之上,堅持以滿足需求為中心、以創(chuàng)造價值為根本、以提升體驗為追求, 鍥而不舍地為智能制造提供更有價值的運動控制產(chǎn)品、方案與服務(wù)。

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     隨著精益柔性生產(chǎn)對速度與穩(wěn)定性要求的不斷提升,市 場對運動控制系統(tǒng)的實時性與穩(wěn)定性也提出了更高標準。作為 現(xiàn)代先進裝備的核心“大腦”,高性能運動控制以其高精度、 高速度、實時響應(yīng)和高靈活性的精細化特性,驅(qū)動高端智能裝 備,實現(xiàn)精益生產(chǎn)與柔性制造。
   市面上常見的傳統(tǒng)運動控制方案主要有兩種:PC+運動控 制卡方案和PLC方案。
方案一:PC+運動控制卡方案
   · 架構(gòu):由PC負責(zé)視覺處理、數(shù)據(jù)運算和人機界面等上層 任務(wù),運動控制卡專司實時運動控制,PC與運動控制卡之間通 常通過PCIe或PCI通訊進行數(shù)據(jù)傳輸;
   · 應(yīng)用“痛點”:
    通訊延遲:PCIe/PCI通訊存在較大的通訊交互延遲;
   實時性不足:運動控制應(yīng)用程序運行在Windows上,易 受系統(tǒng)調(diào)度抖動影響,導(dǎo)致控制穩(wěn)定性與實時性降低。
方案二:PLC方案
   · 應(yīng)用“痛點”:
   軌跡控制能力弱:在復(fù)雜軌跡(如多軸聯(lián)動插補)控制方 面表現(xiàn)不足;
   精度受限:難以滿足高精度加工場景的需求;
   通訊瓶頸:與PC等上位系統(tǒng)進行高效、大容量數(shù)據(jù)通訊 存在困難。
   由此,實時運動控制內(nèi)核MotionRT7應(yīng)運而生。它深度融 合了PC的強大信息處理能力與運動控制卡的高性能軌跡   控制及 硬實時特性,充分發(fā)揮CPU的強勁算力優(yōu)勢。該內(nèi)核專為滿足 高速高精加工與復(fù)雜軌跡控制等嚴苛場景而設(shè)計,為現(xiàn)代制造 提供更可靠、更精細的運動控制能力。
    MotionRT750基于x86 CPU架構(gòu)。在Windows/Linux操作系統(tǒng)下能實現(xiàn)裸機運行或強實時穩(wěn)定運行。通過Local高速接 口與EtherCAT冗余總線技術(shù),可支持多達254軸的高精度運動 控制,控制周期可低至125μs,顯著提升設(shè)備性能,助力產(chǎn)能 提升至少20%。

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1 全自主實時運動控制內(nèi)核MotionRT750

(1)運動控制實時內(nèi)核MotionRT750的實現(xiàn)機制
     MotionRT750運動控制實時內(nèi)核采用高效的多核CPU任務(wù) 分配策略:它將核心的運動控制、機器人算法、數(shù)控(CNC)及 機器視覺等實時任務(wù)集中運行在1-2個專用CPU核上;與此同時, 其余CPU核則專注于處理Windows/Linux相關(guān)的非實時任務(wù)。
通過集成MotionRT750 Runtime實時層與操作系統(tǒng)非實時 層,并利用高速共享內(nèi)存進行數(shù)據(jù)交互,顯著提升了運動控制 與上層應(yīng)用間的通信效率及函數(shù)執(zhí)行速度,最終實現(xiàn)更穩(wěn)定、 更高效的智能裝備控制,確保了運動控制任務(wù)的絕對實時性與系統(tǒng)穩(wěn)定性。

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      例如:在一個配備6核處理器(如Intel Core i5-8500) 的系統(tǒng)上,MotionRT750會獨占1個物理核心運行實時控制任 務(wù),其余5個核心則完全用于處理Windows/Linux操作系統(tǒng)及 上層應(yīng)用,實現(xiàn)資源的最優(yōu)分配。
(2)運動控制實時內(nèi)核MotionRT750的性能優(yōu)勢
①運動控制實時內(nèi)核MotionRT750與傳統(tǒng)運動控制卡/PLC 的交互速率對比
     MotionRT750共享內(nèi)存的核間交互方式大幅度提升了交 互效率,單條指令的交互時間也快至us級;相較于傳統(tǒng)的PCI/ PCIe、網(wǎng)口等通訊方式,速度提升了10-100倍以上,通訊速度 對比如下圖所示。

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②MotionRT750超高速實時運動控制卡與傳統(tǒng)PCI卡的場 景測試對比
同一套測試環(huán)境下,通過50次直線電機的往復(fù)運動和 10000次的IO循環(huán)翻轉(zhuǎn),測試數(shù)據(jù)如下:
MotionRT750(共享內(nèi)存交互):
· 平均單次讀寫延遲:≈2.8μs
· 延遲穩(wěn)定性:極高(波動極?。?br>傳統(tǒng)方案(PCI通信):
· 平均單次讀寫延遲:≈51μs
· 延遲穩(wěn)定性:較差(波動顯著)
     統(tǒng)計整個控制周期的執(zhí)行時間,采用MotionRT750實時內(nèi) 核的方案比傳統(tǒng)PCI通信方案縮短了約2500ms,整體控制效率 提升超過17.1%。從實時性和效率性考慮,運動控制實時內(nèi)核 MotionRT750更適合高速高精的場合。
(3)EtherCAT總線冗余,支持32軸同步控制與125us硬 實時周期
     環(huán)形冗余架構(gòu)實現(xiàn)原理是:通過將末端從站的EtherCAT OUT端口回連至主站,構(gòu)建物理環(huán)形通訊鏈路。當線性鏈路中 任意從站發(fā)生故障時,系統(tǒng)將快速自動切換至另一路徑,確保非故障從站持續(xù)保持正常EtherCAT通信,可顯著提升系統(tǒng)可靠 性與運行穩(wěn)定性。

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       針對連續(xù)生產(chǎn)場景對設(shè)備24/7不間斷運行的要求, MotionRT750的冗余機制實現(xiàn)EtherCAT通訊的更可靠和更穩(wěn) 定,可有效杜絕非計劃停產(chǎn)導(dǎo)致的產(chǎn)能損失。
(4)多通道EtherCAT架構(gòu)實現(xiàn)254軸同步控制
       運動控制實時內(nèi)核MotionRT750可以實現(xiàn)多卡多通道 EtherCAT總線,軸數(shù)控制可達254軸,總線周期500μs,自由 靈活搭配從站資源,具備低延遲、高帶寬和精確同步的特點, 適合實時數(shù)據(jù)傳輸和多工位協(xié)同的應(yīng)用場景。

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(5)PC藍屏/宕機/崩潰也能正常運行的實時內(nèi)核
       當Windows因病毒入侵、硬件異常插拔或驅(qū)動沖突導(dǎo)致 系統(tǒng)崩潰時,運動控制實時內(nèi)核MotionRT750仍可持續(xù)運行,且 急停功能仍然保持有效,提供充分響應(yīng)時間進行事故處置,顯 著提升工業(yè)控制安全性與可靠性。

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(6)應(yīng)用優(yōu)勢總結(jié)

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· 跨平臺兼容性:支持Windows/Linux系統(tǒng),適配不同等 級CPU;
· 開發(fā)靈活性:提供多語言編程接口,便于二次開發(fā)與功 能定制;
· 實時性提升:通過CPU內(nèi)核獨占機制與高效LOCAL接口, 實現(xiàn)2-3μs指令交互周期,較傳統(tǒng)PCI/PCIe方案提速近20倍;
· 擴展能力強化:多卡多EtherCAT通道架構(gòu)支持254軸運 動控制及500μsEtherCAT周期;
· 系統(tǒng)穩(wěn)定性:32軸125μs EtherCAT冗余架構(gòu)消除單點故 障風(fēng)險,保障連續(xù)生產(chǎn);
· 安全可靠性:不懼Windows系統(tǒng)崩潰影響,藍屏?xí)r仍可 維持急停與安全停機功能有效,確保產(chǎn)線安全運行;
· 功能擴展性:實時內(nèi)核支持C語言程序開發(fā),方便功能 拓展與實時代碼提升效率。

2   運動控制實時內(nèi)核MotionRT750應(yīng)用場景

(1)高速轉(zhuǎn)塔測試分選設(shè)備上的應(yīng)用
     主要組成:EtherCAT超高速實時運動控制卡XPCIE1032H 運動控制實時內(nèi)核MotionRT750。
     系統(tǒng)可實現(xiàn)多軸同步控制和高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)?,確保多個 工序在旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)依次對芯片進行測試、分選、收料、編帶 等,使整個測試分選過程高效穩(wěn)定地運行,單位時間產(chǎn)量達到 55K+,相比傳統(tǒng)的運動控制卡方案,效率提升10%以上。

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(2)高速插件機的應(yīng)用
       主要組成:EtherCAT超高速實時運動控制卡XPCIE1032H 運動控制實時內(nèi)核MotionRT750。
       插件頭拾取元件后,XY直線運動平臺移動到檢測相機上 方進行飛拍,對元件引腳進行檢測和定位,從而保證插件更加 精準,優(yōu)化路徑、保證XY平臺運行路徑最短,可實現(xiàn)0.6s/pcs 的節(jié)拍,重復(fù)定位精度可達±0.01mm,相較于傳統(tǒng)的運動控 制方案,節(jié)拍更快,精度更高,穩(wěn)定性更好。

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(3)六面外觀檢測高速視覺篩選機的應(yīng)用
     主要組成:EtherCAT超高速實時運動控制卡XPCIE1032H 運動控制實時內(nèi)核MotionRT750。
      系統(tǒng)具備多核并行運算能力,可解決傳統(tǒng)方案中視覺與運 動控制的數(shù)據(jù)交互速度慢等問題,顯著提升六面外觀檢測設(shè)備 的效率和精度,可實現(xiàn)15000+pcs/分鐘的IO觸發(fā)檢測速度, 適用于攝像頭零部件、鋰電池零部件、磁性材料、電子原件、塑 料橡膠制品、螺絲螺母、電子元器件、精密五金件等加工領(lǐng)域。

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(4)DELTA視覺柔振上下料解決方案
       主要組成:高集成機器視覺運動控制一體機VPLC712+運 動控制實時內(nèi)核MotionRT750。
       DELTA柔振上下料專用方案實現(xiàn)即插即用一站式解決方案, VPLC系列視覺運動控制一體機結(jié)合柔性振動盤和輕量化結(jié)構(gòu)的 DELTA機械手,實現(xiàn)高精度物料識別與高速上下料,適應(yīng)多品類 小批量生產(chǎn),可滿足市場對靈活供料的需求,克服了傳統(tǒng)供料方 式的局限,實現(xiàn)了快速物料切換和配置工藝,且提升兼容性。

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