摘要：以工控PC機為核心，應用運動控制卡PCI-1240，設計了一種運動控制系統。系統采用MicrosoftVisualBasic編寫人機界面，調用控制卡中的運動函數庫，產生脈沖和方向信號控制電機轉向和轉速，從而在開環狀態下實現對步進電機的控制。該系統在生產實際中得到檢驗，應用在大型編織機計算控制系統中，成本低、控制、適應性好，取得了顯著的效果。
　　
　　關鍵詞運動控制卡；運動控制系統；步進電機；PCI-1240
　　
　　隨著PC（PersonalComputer）的發展和普及，采用“PC+運動控制卡”作為上位控制，將是運動控制系統的發展趨勢。該方案可以利用計算機資源，用于運動過程、運動軌跡等比較復雜且柔性較強的機器和設備。運動控制卡是基于PC機各種總線的步進電機或數字式伺服電機的上位控制單元，總線形式多種多樣，通常采用ISA總線和PCI總線。但由于計算機主板的更新換代，ISA插槽越來越少，PCI總線的運動控制卡逐漸發展成為目前運動控制系統的主流。包括工業電腦平臺、運動控制卡和應用軟件，通過插入各種功能卡和編寫軟件，形成功能強大且易于操作的運動控制系統。運動控制卡以PCI插卡的形式嵌入PC機中，將PC機的信息處理能力與運動控制能力有機結合，具有開放性程度高、信息處理能力強、實時調整優點突出、運動控制軌跡準確以及通用性好的優點，與傳統單片機運動控制系統以及PLC專業運動控制系統等上位控制方案相比，具有一定的優勢。
　　
　　“工控PC機+運動控制卡”是一種用于PCI運動控制的經濟型解決方案。以PC機為主控制器，運動控制卡作為從機，通過自定義的命令通信協議，實現位置與速度的控制。工控PC機負責人機交互界面的管理、控制系統的實時監控；運動控制卡完成運動控制的所有細節。通過調用PCI-1240的DLL驅動程序，較容易鏈接到VC++，VisualBasic或BCB，實現對運動函數庫的二次開發。
　　
　　1、系統組成及硬件介紹
　　
　　系統硬件結構如圖1所示。其中，運動控制卡采用PCI-1240，負責與上位機通訊，與PC機構成主從模式。這樣，PC機可以專注于人機界面、實時監控和發送指令等系統管理工作，而運動控制卡負責處理運動控制的所有細節，如升降速計算、行程控制、多軸插補等，無需占用PC機資源。　　
　　系統正常工作時，通過在工控PC機上編寫應用程序，給PCI-1240運動控制卡發送相應的速度、位置指令，運動控制卡接受指令并產生高頻脈沖，驅動機電裝置實現所需的運動功能。驅動器把驅動線路的電信號轉換為機械運動，提供電機功率使得電機做旋轉或直線運動，zui終利用電機中的傳動系數傳動機械設備，實現具體的運動過程。
　　
　　1．1PCI-1240運動控制卡
　　
　　PCI-12404軸步進／脈沖伺服電機控制卡是一種通用型動作的運動控制卡。采用PCI總線可高速控制4軸電機，每軸均可輸出脈沖和方向信號以控制電機的運轉，可簡化步進式及脈沖式伺服電機控制，并充分發揮電機潛能。該卡使用NOVAMCX314動作ASIC芯片，內建多種動作控制函數，如2／3軸線性內插、2軸圓周內插、T／S曲線加速／減速等不勝枚舉。對于應用更提供了Windowsdll驅動程序及容易上手的實例，以降低程序設計者的工作負擔。而且，通過免費的隨機動作公用程序，可以輕易地完成組態設定及環境診斷。
　　
　　PCI1243U的性能：
　　
　?。?）支持4軸動作控制、手動轉盤及飛梭功能。（2）2／3軸線性內插函數，2軸圓周內插函數，連續內插函數。（3）可編程T／S曲線加僦速。（4）每軸高達4Mp·s-1脈沖輸出和1MHz脈沖輸入。（5）兩種脈沖輸出形式：加／減（CW／CCW）或脈沖／方向（PULSE／DIR）。（6）2編碼器脈沖輸入形式：A／B相位或加／減（CW／CCW）。（7）位置管理及軟件極限開關功能。（8）線路板ID及隨機動作公用程序可做組態設定和環境診斷。
　　
　　1．2驅動器與電機的連接
　　
　　系統中采用的驅動器是由Techno公司生產的KR515M5相微步驅動器。它具有低噪音、低振動旋轉的微步驅動功能，zui高分割數為80分割，基本步進角0．72°，1脈沖輸入旋轉0．009°，而電機旋轉一圈則需要40000個脈沖，*運動控制系統對精度的要求。同時，KR515驅動器還采用了使外部干擾影響zui小化的光電連接器輸入絕緣方式，內置自動降低電流功能、自我診斷功能電路等多數功能，實現了高速、高力矩以及高可靠性。電機選用與驅動器配套的日本東方5相UPK步進電機，能夠zui大限度地發揮電機潛能，實現對電機的控制。PCI運動控制卡與驅動器連接圖如圖2所示。　　
　　外加DC24V電源，用于對控制信號供電。采用CW／CCW驅動方式驅動，XOUT4可以由設定WR3的D8控制UPK驅動器到暫停，TIMING及過熱信號可以由RR4，5得到讀數，溫度報警通過XALARM引腳輸入。驅動器和PCI-1240的信號連接采用差分傳輸，如圖3所示。發送端將輸入信號X轉換成X及X輸出，接收端將輸入X及比較后得Y。以差分傳輸方式傳送可以有效地消除共模干擾，確保信號的正常傳輸。　　
　　在聯接過程中，特別要注意的是導線的選擇，這對于整個系統工作的穩定性、抗*力以及信號的傳輸有較大影響。系統中選用PCL-10251高訊／雜比PCI-1240卡隔離信號線纜，可確保信號質量，提供良好的信號。同時，還應注意信號線必須遠離動力電源線、大電動機、斷路器、電焊機等大的電磁源以及視頻監視器等，因為它們可能造成較強的電磁干擾，嚴重影響數據擷取系統。如果信號線穿過此類區域，必須單獨隔離，采用屏蔽雙絞線作為輸入信號線，并且屏蔽雙絞線的隔離層只能一端接地。
　　
　　2、運動控制系統的軟件設計
　　
　　該系統軟件采用VisualBasic編輯界面程序，調用運動控制卡的運動函數庫，控制電機的轉向和轉速。由于PCI-1240運動控制卡配備了功能強大的動態鏈接庫（DLL），因此可以在Windows系統下很快地開發出運動控制系統。
　　
　　2．1系統流程圖
　　
　　軟件系統是整個運動控制系統的靈魂。根據現代運動控制系統平臺的要求，系統既要能實現運動控制的速度和精度，又要發揮PC機的優勢。PCI-1243U是一種即插即用型的32位PCI總線控制卡。在Windows操作系統下必須*行系統初始化，才可以實施對運動狀態的控制。系統初始化主要包括硬件初始化和系統配置。前者主要完成地址、中斷通道等板卡資源的分配；后者則負責對限位開關、脈沖輸出類型等設備參數的相關設置。運動控制系統的軟件流程圖如圖4所示。　　
　　2．2運動控制卡軟件介紹
　　
　　2．2．1PCI-1240中各參數之間的關系
　　
　　DV：運行速度；SV：初始化速度；AC：加速度；AK：加加速。
　　
　　設定加速度時間為&t，則DV=SV+AC*&t，AK=AC／&t。在設定時，如果不合適則報錯。
　　
　　2．2．2脈沖表示方式
　　
　　PCI-1243運動控制卡利用脈沖方式確定運動的方向和距離，常用的3種方式如圖5所示。　　
　　A／B相向可定義為當A相先于B相90°為正向運動，A相落后于B相90°為反向運動；個數可由A相的上升沿確定。
　　
　?。?）CW／CCW有脈沖，CC為高電平時表示正向運動，反之為反向運動；個數由CW或CCW脈沖上升沿的個數確定。
　　
　?。?）Pulse／Dir方向由Dir信號確定，距離由Pulse信號表示。
　　
　　2．2．3VB6．0與動態鏈接庫
　　
　　PCI-1240運動控制卡將主要函數進行分類、封裝，形成一種可根據用戶需要而調用的動態鏈接庫dll。dll是一種基于Windows的程序模塊，可以使多個應用程序之間共享代碼和資源，從而提高運行效率。在VB程序中，只要對dll進行正確的聲明，便可像使用VB本身的函數一樣使用dll中的函數。
　　
　　PCI-1240為VB提供了動態鏈接庫，他是一個運動控制API函數庫，只需用VB編寫一個接口，在軟件開發中調用運動函數中的相關函數，就可以方便地對多軸電機進行、高速的控制。運動控制系統主要用到的函數有初始化相關函數、I／O相關函數、運動狀態檢測函數、Home功能函數以及T／S型曲線運動控制函數等。
　　
　　2．3VB程序實現
　　
　　運動方式包括單軸的回原點（Home）、連續運轉（ContinueDrive）、點對點運轉（PointtoPointDrive）、多軸間的線性插補（LineProfileDrive）以及圓弧插補（ArcProfileDrive）。電機驅動器脈沖輸出方式選擇CW／CCW方式。　　
　　系統具有廣闊的開放性和良好的適用性，其硬件系統及下層軟件均實現模塊化，可嵌入不同的機械傳動設備中，通過開發特定的上位機軟件實現特定的數控功能。系統在紡織機上已進行了大量應用，編織出合格的衣料。
　　
　　3、結束語
　　
　　基于“工控PC機+PCI1243”開發的運動控制系統，系統設計靈活、人機界面豐富、多軸聯動、運行可靠、容易實現網絡的遠程控制。在不占用微機CPU時間的情況下，完成對運動控制系統的控制。采用運動控制卡，驅動控制的計算機控制系統也能很好地實現變速曲線運動。目前，該系統已被廣泛應用在包裝、印刷、紡織和裝配工業中，運行狀況良好。