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8-Achsen Motion Controller Card
Für ein führendes chinesisches OEM-Unternehmen entwickelte SYS TEC electronic eine Lösung für einen extrem robusten Motion Controller. Der Controller ist in C/C++ programmierbar und ermöglicht einen synchronen Betrieb von bis zu 8 Achsen innerhalb einer 50µs Zykluszeit. Geplant und optimiert wurde der Controller insbesondere für eingebettete Motion-Control-Anwendungen in extremen Umgebungen, wie sie oft in mobilen Off-Road Maschinen anzutreffen sind.
Das Design basiert auf dem ECUcore-5484. Um einen zuverlässigen Betrieb unter den angegebenen Rahmenbedingungen zu garantieren wurde der ECUcore-5484 auf ein Applikationsboard installiert. Die Herangehensweise mit einer Performanceoptimierten Multi-CPU wurde gewählt um einen 50µs Synchronisationszyklus zu erreichen. Diese besteht aus einem 32-bit ECUcore-5484 basierten CPU-Überwachungsschaltkreis, einem digitalen Signalprozessor (DSP) für kontrollierte Loopberechnungen und zwei FPGA’s zur Bearbeitung der I/O Prozesse. Alle CPU’s sind durch ein Bus System miteinander verbunden. Die Überwachungs-CPU betreibt ein eCOS Echtzeitbetriebssystem mit der Benutzeranwendung. So wird dem Anwender Zugriff auf allen Geräteressourcen ermöglicht und damit die volle Kontrolle über das Verhalten des Systems sowie der Echtzeit-Charakteristik zu behalten.
SYS TEC electronic entwickelte das Board-Support-Package für die Zielplattform, die Kommunikations- und I/O Treiber, die Loop-Kontrollsoftware auf der Überwachungs-CPU, die DSP und die zwei FPGA’s. Die Software Lösung bietet eine API für die Benutzeranwendung zur Konfiguration und Ausführung von Bewegungen, zur Kommunikation über bereitgestellte Interfaces und für den Zugang zu den I/O‘s auf den FPGA’s.
Das DSP (ein TI TMS320C672x Derivat) führt die harten Echtzeit-Funktionen der Kontrollschleife aus, inklusive Bewegungserzeugung und Interpolation. Die Kontrollschleifen-Software unterstützt Positions- und Geschwindigkeitskontrolle. Zwei FPGA’s bearbeiten die I/O Zugriffe. Innerhalb der FPGA Firmware sind acht A/B codierbare Eingangskanäle, mit einer Inputfrequenz von bis zu 6MHz, verfügbar. Die FPGA Firmware enthält auch Treiber für verschiedene absolute und inkrementelle Codierer, wie zum Beispiel Codierer von Tamagawa, Positral Fraba und Netzer. Zusätzlich unterstützt der Controller 8x pulsierte Ausgangskanäle mit bis zu 2MHz Ausgangsfrequenz, 8x 24-Bit ADC, 8x 24 Bit DAC, 16x digitale Ausgänge und 24x digitale Eingänge. Der FPGA sichert ab, dass alle I/O’s und Codierkanäle synchron, bei einer Zykluszeit von 50µs, arbeiten.
SYS TEC electronic hat verschiedene Hard- und Software Maßnahmen durchgeführt um das bestehende Design zu wahren, z. B. verschlüsseltes Speichern der FPGA Firmware und der Applikationsfirmware. Das on-Board Kommunikationsinterface des Controllers beinhaltet drei RS232, einen RS422, einen 10/100Mbps Fast Ethernet und zwei CAN Ports. Alle Signal und Spannungsleitungen liegen an einem 128 Pin Klasse-A industrietauglichen Board-zu-Board Steckverbinder an. Somit ist es möglich das Board auf eine geeignete Backplane zu stecken und eine redundante Systemarchitektur einzurichten.
Die Motion Controller Card wurde in zwei Varianten entworfen; für die Unterstützung bis zu 8 Achsen und bis zu 4 Achsen. Während der Entwicklungsphase ging das Gerät durch umfangreiche klimatische, mechanische und elektromagnetische Tests. Nach der Entwicklung und Prüfung der Prototypen, wurden beide Varianten des Controllers von SYS TEC electronic in Serie gefertigt.