[发明专利]数控机床的实时运动控制系统及方法

权利要求书

1.一种数控机床的实时运动控制系统，其特征在于，包括边缘计算节点和现场网关控制器；

所述边缘计算节点，部署在本地PC中，包含运动控制模块和网络管理模块，其中：所述运动控制模块，包括译码子模块和运动规划子模块，所述译码子模块用于对输入的加工G代码进行编译解释，并根据所述运动规划子模块所需的输入数据格式生成加工指令，所述运动规划子模块用于将命令标志位和根据所述加工指令计算生成的插补点数据集生成控制指令集，所述命令标志位为由操作人员在加工前或加工过程中设定的用于底层执行系统的速度倍率调整和紧急停止的指令，所述控制指令集包含多组控制指令，每组所述控制指令中包含若干个控制数据；所述网络管理模块用于根据控制需求建立所述边缘计算节点与待加工机床的所述现场网关控制器之间的非实时通讯，并存储有各现场网关控制器对应的IP地址及通讯端口，所述通讯端口分为数据下发端口和数据上传端口，所述网络管理模块经数据下发端口与所述现场网关控制器进行控制数据的通讯，每次通讯下发一个所述控制指令集；

所述现场网关控制器，运行在实时操作系统环境下，包括非实时数据通讯模块、硬实时插补控制模块、数据上传同步区和数据下发同步区，其中：所述非实时数据通讯模块在每个非实时数据通讯的控制周期中，一方面将接收到的所述控制指令集存储到所述数据下发同步区，另一方面将所述数据上传同步区中的多组运动位置数据合并为一个运动位置数据集，经数据上传端口传输至所述网络管理模块；所述硬实时插补控制模块在每个硬实时插补控制周期中，从所述数据下发同步区提取一组所述控制指令，根据其中的命令标志位对插补点数据进行预处理，生成该硬实时插补控制周期内的位置控制数据，并经过工业以太网总线传输至底层执行系统，同时接收底层执行系统返回的一组机床各运动轴的实时运动位置，并将其存储到所述数据上传同步区；所述数据下发同步区的数据写入速率大于其数据读取速率，所述数据上传同步区的数据读取速率大于其数据写入速率。

2.根据权利要求1所述的实时运动控制系统，其特征在于，部署所述边缘计算节点的本地PC运行在非实时操作系统环境下，与所述现场网关控制器采用TCP/IP协议进行数据传输，其中，所述边缘计算节点作为通讯客户端，根据所述网络管理模块中分配的IP地址与通讯端口向对应的所述现场网关控制器的通讯服务端申请建立通讯连接。

3.根据权利要求1所述的实时运动控制系统，其特征在于，由所述运动规划子模块生成的控制指令集的每组所述控制指令包含如下信息：

X轴伺服电机的插补点指令，表示X轴在每个插补周期内预计到达的位置；

Y轴伺服电机的插补点指令，表示Y轴在每个插补周期内预计到达的位置；

Z轴伺服电机的插补点指令，表示Z轴在每个插补周期内预计到达的位置；

A轴伺服电机的插补点指令，表示A轴在每个插补周期内预计到达的位置；

C轴伺服电机的插补点指令，表示C轴在每个插补周期内预计到达的位置；

倍率选择命令标志位，表示机床各运动轴转速的倍率选择；

急停命令标志位，表示机床紧急停止的判断选择；

由所述现场网关控制器上传至所述网络管理模块的运动位置数据集的每组所述运动位置数据包含如下信息：

X轴伺服电机的实时位置，表示X轴在每个插补周期内实际到达的位置；

Y轴伺服电机的实时位置，表示Y轴在每个插补周期内实际到达的位置；

Z轴伺服电机的实时位置，表示Z轴在每个插补周期内实际到达的位置；

A轴伺服电机的实时位置，表示A轴在每个插补周期内实际到达的位置；

C轴伺服电机的实时位置，表示C轴在每个插补周期内实际到达的位置。

4.根据权利要求1所述的实时运动控制系统，其特征在于，部署所述边缘计算节点的本地PC中还设有与所述运动控制模块及所述网络管理模块连接的人机界面。