基于研華運動控制卡的十字滑臺系統(tǒng)的研制

摘要：十字滑臺作為運動的常用部件在物流、機械等行業(yè)中使用廣泛，其運動的控制核心可以是單片機、PLC、工控板卡等。

本文采用PCI總線結(jié)構(gòu)的運動控制板卡作為控制核心，實現(xiàn)對十字滑臺的運動控制。本文詳細介紹十字滑臺系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和軟件編程，系統(tǒng)硬件包括工控機運動控制板卡的選擇、驅(qū)動器的連接、外部信號的控制等。以及采用C#軟件編寫的windows窗口界面應(yīng)用程序。整個系統(tǒng)操作方便、功能完備、控制性能好。

關(guān)鍵詞：工控機；十字滑臺；C#語言；實時控制

中圖分類號：TG43

引言：

在工業(yè)自動化領(lǐng)域，有三種主要的控制方式，即：PLC控制、數(shù)控系統(tǒng)控制、PC-Based控制。近幾年隨著中國制造業(yè)結(jié)構(gòu)性調(diào)整，PLC控制和數(shù)控系統(tǒng)控制呈現(xiàn)萎縮低迷態(tài)勢，然而PC-Based運動控制卻充滿活力，發(fā)展速度令人矚目。

目前市場上大多數(shù)的PC-based運動控制產(chǎn)品較PLC而言可以實現(xiàn)更為復(fù)雜的運動控制；同時，應(yīng)用者可以利用PC-based廠商提供的底層函數(shù)庫進行靈活的二次開發(fā)和編程。在編程語言上，除傳統(tǒng)的PLC語言外，PC-based運動控制產(chǎn)品還為開發(fā)者提供C#、C++、Basic等豐富的電腦語言進行編程。

十字運動平臺是自動化設(shè)備常用的一種運動裝置，廣泛應(yīng)用到各個領(lǐng)域，如機械手臂、切割機、光刻機、傳送帶等，以工控機為核心的十字運動平臺，因其良好的可操作性和強大功能，被廣泛采用。

研華PCI-1245L 是4 軸的SoftMotion PCI 總線控制器卡，能夠?qū)崿F(xiàn)運動軌跡和時間控制， 程序員無需大規(guī)模修改應(yīng)用碼即可集成任何研華SoftMotion 運動控制器。該架構(gòu)能夠幫助用戶輕松維護和升級應(yīng)用。

本文介紹采用研華工控機及相應(yīng)運動控制卡，匹配安川驅(qū)動器，實現(xiàn)對十字平臺的運動控制，軟件采用C#語言編制，應(yīng)用程序具有方便的使用界面，能實現(xiàn)單軸、雙軸等直線、曲線運動。

1十字滑臺的硬件組成

該測試系統(tǒng)分為硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)以研華工控主機為控制核心，采用研華PCI-1245運動控制板卡、安川驅(qū)動器和電機實現(xiàn)對滑臺的運動控制。軟件采用C#編程，操作美觀、方便、并具有開放性。系統(tǒng)硬件框圖如圖1。

1.1 工控機板卡的選擇

系統(tǒng)的核心采用研華運動控制卡PCI-1245L。PCI-1245L 是4 軸的SofMotion PCI 總線控制器卡，板卡配有高性能FPGA，其中包括SoftMotion 算法，能夠?qū)崿F(xiàn)運動軌跡和時間控制，以滿足精確運動中的同步應(yīng)用需求。

1.2伺服驅(qū)動器的連接

選用PCI-1245L板卡中的X軸和Y軸，X和Y兩軸和驅(qū)動器的連接方式是相同的，如圖2，圖3。板卡的輸出脈沖采用差分方式連接，脈沖輸出方式采用cw/ccw模式，行程限位開關(guān)和原點都采用光耦隔離的方式接入板卡，行程限位開關(guān)用于保護系統(tǒng)。 該輸入信號通過光耦合器和RC 過濾器連接。 采用限位開關(guān)時，外部電源VEX DC 24 V 將成為光耦合器的電壓源。 因此，將啟用線程功能。電路圖如圖4。編碼器反饋信號到達時，將ECA+/ECA-連接至編碼器輸出的相位A。這是一個差分對。同樣，也適用于ECB+/- 和ECZ+/-。PCI-1245L 的默認設(shè)置為正交輸入（4xAB 相位）。在上述電路圖中，PCI-1245L 采用高速光耦合器用于隔離。源的編碼器輸出可為差分模式或開集模式?？山邮艿淖畲?xAB 相位反饋頻率約為4 MHz。

2 軟件設(shè)計

研華運動設(shè)備采用“通用運動架構(gòu)”為軟件架構(gòu)。該架構(gòu)包括三層：設(shè)備驅(qū)動層、整合層和應(yīng)用層。在應(yīng)用層選用的二次開發(fā)編程語言有C++、C、C#、VB、Labview等多種方式。用戶需了解通用運動驅(qū)動、根據(jù)編程語言調(diào)用對應(yīng)的API接口程序，實現(xiàn)應(yīng)用程序的編寫。研華通用運動（ACM）架構(gòu)定義了三種類型的操作對象：設(shè)備、軸和群組。每個類型都有自己的方法、屬性和狀態(tài)。

工控機的軟件要求簡潔，方便，能直接控制硬件。C#語言簡潔，保留了C++的強大功能，具有快速開發(fā)的自由特性，并且.NET框架為C#提供了一個強大的、易用的、邏輯結(jié)構(gòu)一致的程序設(shè)計環(huán)境。因此系統(tǒng)采用C#語言來編寫測試程序。

該系統(tǒng)軟件是采用VS2010作為開發(fā)工具，在Windows7操作系統(tǒng)下的窗體應(yīng)用程序。測試程序模塊化編程，包括回原點、點對點、線性位移、調(diào)速、位移等8個模塊，每個模塊即可以獨立運行又可以綜合運行。其中點對點程序流程圖如下：

using System；

。。。。。。

using Advantech.Motion；//Common Motion API

using System.Runtime.InteropServices； //For Marshal

namespace PCL1245L_DOMO

{

public partial class Frm_ptp ： Form

{

public Frm_ptp（）

{

InitializeComponent（）；

}

。。。。。。

private void BtnOpenBoard_Click_1（object sender， EventArgs e）

{

uint Result；

uint i = 0；

uint[] slaveDevs = new uint[16]；

uint AxesPerDev = new uint（）；

uint AxisNumber；

uint buffLen = 0；

Result = Motion.mAcm_DevOpen（DeviceNum， ref m_DeviceHandle）；

if （Result ！= （uint）ErrorCode.SUCCESS）

{

MessageBox.Show（"Can Not Open Device"， "PTP"， MessageBoxButtons.OK， MessageBoxIcon.Error）；

return；

}

buffLen = 4；

Result = Motion.mAcm_GetProperty（m_DeviceHandle， （uint）PropertyID.FT_DevAxesCount， ref AxesPerDev， ref buffLen）；

if （Result ！= （uint）ErrorCode.SUCCESS）

{

MessageBox.Show（"Get Property Error"， "PTP"， MessageBoxButtons.OK， MessageBoxIcon.Error）；

return；

}

AxisNumber = AxesPerDev；

buffLen = 64；

Result = Motion.mAcm_GetProperty（m_DeviceHandle， （uint）PropertyID.CFG_DevSlaveDevs， slaveDevs， ref buffLen）；

if （Result == （uint）ErrorCode.SUCCESS）

{

i = 0；

while （slaveDevs[i] ！= 0）

{

AxisNumber += AxesPerDev；

i++；

}

}

。。。。。。

}

private void BtnMove_Click_1（object sender， EventArgs e）

{

UInt32 Result；

if （m_bInit）

{

if （radioButtonRel.Checked）

{

Result=Motion.mAcm_AxMoveRel（m_Axishand[CmbAxes.SelectedIndex]， Convert.ToDouble（textBoxPos.Text））；

}

else

{

Result = Motion.mAcm_AxMoveAbs（m_Axishand[CmbAxes.SelectedIndex]， Convert.ToDouble（textBoxPos.Text））；

}

if （Result ！= （uint）ErrorCode.SUCCESS）

{

MessageBox.Show（"PTP Move Failed With Error Code[0x" + Convert.ToString（Result， 16） + "]"， "PTP"， MessageBoxButtons.OK， MessageBoxIcon.Error）；

return；

}

}

return；

}

}

}

4結(jié)論

該系統(tǒng)屬于工控機測控系統(tǒng)，具有實時運動功能。硬件上采用工控機結(jié)合運動控制板卡，實現(xiàn)十字滑臺的運動控制，系統(tǒng)集成度高。由C#語言編輯的應(yīng)用程序功能齊全，操作方便。整個設(shè)備可以應(yīng)用在數(shù)控床、物流傳動、現(xiàn)代生產(chǎn)線等。

參考文獻：

[1]李江全.計算機測控系統(tǒng)設(shè)計與編程實現(xiàn).[M]電子工業(yè)出版社，2008

[2]PCI1245用戶手冊[Z].研華公司.2011

[4]Common Motion用戶手冊 [Z].研華公司.2011

[5]Anders Hejlsberg等.譯者：陳寶國.C#程序設(shè)計語言[M]北京：機械工業(yè)出版社，2011 References

[1] Li Jiang-quan. Computer measurement and control system design and programming.[M] Electronic industry press，2008

[2] PCI-1245L_User manual_（CH） Advantech Inc. 2011

[3] Common Motion _User manual_（CH） Advantech Inc. 2011

[4] Anders Hejlsberg C# Programming Language .[M]Beijing：Mechanical industry press，2011

作者簡介：欒偉峰 女 出生于1973年11月 副教授/高級工程師

1994年～2003年 在蘇州半導(dǎo)體總廠有限公司工作 從事自動控制設(shè)備的改造和設(shè)計。

2003～今 在蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣自動化技術(shù)專業(yè)主任 研究方向為自動化控制技術(shù)