winMotion——工业计算机的新阶段

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当前，先进自动化装备大量使用配置各异的工业计算机（IPC）作为运动控制、机器视觉、数据采集等功能的计算中心成为主流。然而，IPC作为相对标准的自动化核心元器件，亦需要不断的进化才能满足自动化领域各种应用的需求，包括与周边设备交互、可扩展性、运动控制功能、可靠性、计算能力等等方面。

ProU团队基于多年PC based应用经验，设计了“winMotion”系列IPC，希望满足先进装备对工业计算机的新需求：

 

1、 丰富的外部接口

 

目前自动化设备对于机器视觉与多轴运动运动控制需求越来越强烈，传统IPC内置的网口数量较少，扩展PCI/PCIe网卡以及运动控制卡会带来可靠性，体积，成本等问题逐步凸显。与自动化设备设计者追求小体积、高可靠性的需求是矛盾的。

winMotion为用户提供了丰富的外部接口，如下图所示。在精巧的体积内，集成了几乎自动化设备常用所需的所有类型的接口。大幅度简化工程师的设计和选型工作，亦提高了自动化设备的可扩展性。

 

2、 像PLC一样的稳定、可靠

winMotion系列工业计算机采用无风扇设计，可以在高达50℃的环境中稳定工作，IP30防护等级。除主板电池外，IPC内部PCB板完全通过硬连接以获得极高的系统稳定性。

经过EMC、EFT、震动、环境温度测试的硬件平台，大幅度提高了IPC稳定性，避免出现类似PCI/PCIe扩展口偶尔出现的金手指接触不良问题。标配固态硬盘，提高了抗冲击性能。

winMotion同时提供了系统盘数据保护功能，避免异常关机可能产生的Windows系统崩溃问题出现。

 

winMotion集成了的铁电存储器（可选配置），可以在机器异常掉电时存储运行过程中的数据。

 

3、 内置强大高速脉冲输出与高速计数功能

 

运动控制是自动化装备的核心功能, 当前基于PC的运动控制主流方案是IPC与PLC通讯或扩展PCI/PCIe接口运动控制卡。然而，这样会提高机器程序的复杂度，增加机器控制模块的体积以及维护难度。winMotion内置数字量I/O中集成了丰富的高速输出和高速计数功能，如下图：

 

多达16轴的脉冲输出，脉冲频率最高可达200K，支持常用的点对点运动控制。高速光耦保证了IPC的外部接口达到PLC级别的稳定性和抗干扰性。同时，高速输入支持4路频率200K的AB相高速计数或8路频率200K的单项高速计数。

但就高速接口来看，winMotion几达到了主流中型PLC的控制规模，考虑到Intel CPU强大的计算性能（winMotion标准配置intel i3 8th Gen处理器，可选intel i7 7th Gen处理器）。winMotion是自动化行业视觉+运动应用非常理想的计算与控制中心。

基于内置的实时系统，winMotion可以实现传统工业计算机较难实现的快速任务。如下图： 

 

以上功能的编程方式类似PCI运动控制卡，用户可通过API函数调用实现：

4、 新阶段

 

现场总线技术是工业4.0的核心需求之一。我们一直在探索IPC可靠、便捷、低成本的实现高性能工业现场总线的方案。

• 基于现场总线技术，用户可以实现高性能的运动控制；

• 在不增加IPC体积的前提下实现多轴，多IO点的机器控制，并降低制造和调试成本；

• 方案工程师可以在海量的EtherCAT从站中选择最佳解决方案；
  

• 与机器视觉、测量模块实现更高效的交互…
  

最终，我们在winMotion系列工业计算机实现了这个愿景，用户通过调用winMotion提供的API函数（与脉冲方式应用方法一样），可以把IPC的一个网口变成EtherCAT主站，直接控制基于EtherCAT总线的伺服、步进、IO等模块。

winMotion，同时支持EtherCAT和脉冲运动控制并保持较小的体积，以满足灵巧且功能强大的机器控制需求，如下图所示：

基于EtherCAT总线技术，ProU团队与欧洲运动控制算法公司合作，为客户提供了高级运动控制算法函数，用户可以通过调用API函数实现诸如速度与力矩前馈，多轴空间插补，电子凸轮等高级运动控制功能。

 

总结，WinMotion是高性能工业计算机、运动控制卡与Microsoft Windows+RTOS的集合体，是工业计算机的新阶段！

 

5、应用案例

 

以下，我们通过一个应用案例来展示winMotion的主要功能。

winMotion通过EtherCAT总线实现高性能轨迹控制，脉冲功能实现点胶阀和步进控制。ethernet网口链接工业相机和测高传感器。通过winMotion内置的高速计数功能，用户可以通过沿运动路径的连续拍摄实现轨迹的高精度自动修正。用户程序在Visual Studio中通过C#或C++调用API函数库实现。以下为应用案例的功能展示视频：