技术论文
成员自2015年以来
KINGSTAR Soft Motion在自动配置的EtherCAT环境中提供运动控制软件解决方案的所有优点，具有“即插即用”兼容性。凭借预集成和预测试的运动库的最高质量和性能，KINGSTAR以传统硬件平台一半的成本提供运动控制。KINGSTAR Soft Motion是一个开放的、基于标准的、纯软件的解决方案，简化了电机控制和自动化。Soft Motion直接在PC上运行，使用NIC卡进行I/O，并使用强大的EtherCAT协议将您从专有和昂贵的硬件桎梏中解放出来。通过Soft Motion，运动控制工程师可以在一个“即插即用”的环境中设计、开发和集成基于pc的机器控制器，以实现统一的、廉价的、可扩展的运动和视觉控制。
内容提交：
工业:
机器人机器人
应用程序:
机器人学的愿景指导机器人学的愿景指导
工业机器自动化：软运动控制具有比硬件更好的性能和价值
发表于04/14/2016
嵌入式OEM - 特别是那些产品具有复杂的人机界面（HMI），管理多程度的运动，并且需要硬实时操作 - 传统上依赖于现场可编程门阵列（FPGA）和数字信号处理器（DSP）满足机器视觉和运动控制应用的精度和性能要求。如今，这种以硬件为中心的模型正在审视强烈的审查，因为OEM面临着降低成本，提高质量和区分其产品的市场压力。
通过采用基于软件的控制（软控制）架构，OEM有机会完成所有三个。它们可以通过显着增加产量/吞吐量和缩短市场上市时间来区分其产品并提高竞争力。它们还可以减少其材料清单（BOM）成本和收缩计算足迹，同时简化和精简开发，可用性和培训。
在不断变化的技术世界中，一些重要的进步正在促使人们重新思考传统的机器视觉和运动控制系统架构。支持这种颠覆的主要趋势包括:
- 越来越强大的X86处理器技术
- 重新承诺商用现货硬件和软件
- 基于COTS的现场总线的进步和可用性
- 系统设计中的组件融合
- 东西互联网（物联网）和行业4.0触控的可用性和运动传感技术
尽管有几种竞争方法，用于大写这些趋势，虽然基于软件的控制架构是领导者。
通过利用目前基于x86的多核体系结构上提供的硬实时对称多处理(SMP)支持以及与Microsoft Windows环境的紧密集成，oem可以利用通用的软控制体系结构，将控制逻辑从专门的硬件组件转移到软件中。例如，传统上在dsp或fpga上编译和运行的C/ c++源代码逻辑，用于可编程逻辑控制器(plc)、运动控制和机器视觉系统，可以移植到实时操作系统(RTOS)或微软Windows的实时扩展。其结果是一个硬实时、支持smp的应用程序，直接在x86上运行，消除了对FPGA或DSP执行逻辑的需要。
以下描述了如何使用软控制架构，如基于多核x86硬件的控制架构，如KINGSTAR软运动平台和IntervalZero RTX64实时扩展的Windows，可以帮助oem提高产量和吞吐量，缩小计算占用空间，大大降低了他们自己和客户的成本。
软控架构驾驶运动控制和机器视觉
与必须包含硬件微计算机，FPGA或DSP的传统运动控制器不同，以提供（比例积分 - 导数）PID补偿的功能，软运动专门依赖于仅在主机PC的内核上运行的软件引擎处理实时处理。这取代了将插入PC的PCI板上运行的先前解决方案，这是昂贵的，因为它在PCI板完成工作时离开PC空闲。
运动控制软件解决方案解决了传统硬件方法所固有固有的许多挑战，包括供应商锁定，灵活性和成本。最佳的软控制架构具有完全用低成本，基于Windows的机器自动化平台更换工业运动控制和机器视觉硬件，以及用网络等低成本商品零件替换专有I / O和电缆通过利用像以太卡等标准，界面卡（NIC）和CAT5电缆。
通过像KINGSTAR软运动平台这样的基于软件的运动控制解决方案，EtherCAT可用于通过网络传输和接收数据，并且intervalzero的RTX64的实时扩展可以将窗口变成实时控制系统。使用EtherCAT通过网络传输和接收所有数据，可以根据需要控制多个轴并使用标准CAT5电缆进行缩放变得非常简单，这是廉价的，并且需要任何长度可用。使用EtherCAT，放大器可以非常接近电机安装，并且信号的数字性质完全消除了模拟电缆，因为这些输出成为以太网包的一部分。这允许编码器，大厅和电机电缆尽可能短 - 几英尺长 - 这显着降低了成本。此外，所有电缆现在都更短，是相同的。电缆简单地将电机连接到放大器，这也大大降低了成本并最大限度地减少了误差的可能性。通过该系统到位，控制逻辑软件本身可以写入，并运行作为集成平台，这些组件可以完成DSP解决方案可以提供的所有内容。
软件与硬件：性能比较
运动控制软件比可比硬件提供相同或更好的性能。目前可用的英特尔处理器可以通过与DSP芯片的完全计算和相同的更新速率进行完全相同的计算，其中运动配置文件和PID计算只是两个示例。此外，由于解决方案是基于软件，因此可以轻松更改它，因此如果需要一个特定轴需要更复杂的控制方案，则可以刚编程更复杂的控制方案。一个只会将所有标准轴留下正常运行，但是接管任何需要更多逻辑的轴的控制：瞬间更改伺服收益;以电子方式齿轮到任何轴。使用软件，您获得敏捷性并节省时间。
有了EtherCAT，可以在设计中添加所需的任意多个轴，单核英特尔处理器已用于控制100个轴，更新率为500µs，这比DSP解决方案有了一个数量级的改进。这种能力是如此强大，以至于在某些情况下，运动控制工程师在意识到可以在一个EtherCAT网络上运行多个程序并由一台PC控制后，曾试图在一个基于Intel处理器的单核设备上作为两台独立的机器执行两个控制程序。但是，如果需要，可以为要求更高的应用程序中的每个程序专用一个单独的核心。
软件与硬件：成本比较
如图1所示，8轴基于软件的运动控制系统的成本是类似DSP解决方案成本的44%。如果系统需要增加一个轴，DSP解决方案的成本增加1500美元，因为PC需要增加一个板;有了软运动解决方案，额外的轴可以包括在没有额外的成本。
当企业比竞争对手以更低的成本和更快的时间生产出高质量的产品时，它们就会成功。像KINGSTAR这样的计算机控制软件方法正是实现了这一点。与传统硬件解决方案相同或更好的性能，而成本不到一半，软运动控制是真正的商业结果的明确选择。
Dipesh Mukerji是KINGSTAR营销和战略的VP。
KINGSTAR Soft Motion Platform是一种仅限软件解决方案，可优于硬件和其他竞争的软件解决方案，精度性能在一半的成本上。Kingstar是一个基于开放式和标准的集成平台，使运动和视觉控制工程师能够使用Kingstar软动作库和软件PLC设计，开发和集成运动和视觉控制应用程序。它基于EtherCAT的基础和实时64位Windows操作系统，是一个完整的功能集成平台。