基于LabVIEW的筒體內壁打磨設備定位控制系統開發應用

程歡，袁瀟，潘惠泉，吳國柱

（上海航天化工應用研究所，浙江 湖州 313000）

基于LabVIEW的筒體內壁打磨設備定位控制系統開發應用

程歡，袁瀟，潘惠泉，吳國柱

（上海航天化工應用研究所，浙江 湖州 313000）

介紹了一種基于LabVIEW的筒體內壁打磨設備定位控制系統的開發應用過程，該系統基于LabVIEW 2010開發了控制系統的上位軟件，利用研華公司提供的運動控制板卡及其提供的豐富的運動控制函數庫來實現伺服電機的精確位置控制。經軟件開發以及硬件的組裝后，對該套控制系統進行了實驗調試，取得了理想的試驗效果。

LabVIEW；DLL；調用；定位控制

在工業生產中經常存在需對大長徑比的筒體工件進行內壁表面處理的情況。為實現對筒體工件內壁的全覆蓋打磨，打磨設備一般由打磨工具、大托板支撐機構、小托板行走機構以及筒體回轉機構構成。上述四套機構均由伺服電機驅動，上位軟件則需對四臺伺服電機轉速、轉向、位置等參數進行實時動態控制，協調控制多臺伺服電機聯動運轉，最終實現打磨工具行程軌跡既定。

1 LabVIEW與運動控制

LabVIEW是實驗室虛擬儀器集成環境的簡稱，也是目前應用最廣、功能最為全面的圖形化軟件開發環境。不同于傳統的文本編程（V B、V C等），它采用了一種類似流程圖形式的圖形化編程形式，因此也被稱為G語言，這種圖形化的編程方式非常適合文本編程能力不足的電氣工程師快速編制程序。

運動控制板卡是一種適用于運動控制場合的上位控制單元，一般以P C I接口形式嵌入P C主板。配合P C機實現更加靈活、柔性的運動控制平臺。板卡通常采用D S P芯片作為控制核心，實現對步進、伺服電機的位置控制。

P C機和運動控制板卡組成主從式的控制模式，P C機負責人機界面的管理，控制信號收發以及電機位置信息的實時監控。控制板卡則負責各類指令（脈沖、方向、加減速等）的輸入以及電機各類運動信號（位置、轉速等）的采集。一般運動控制板卡廠家隨之提供有運動函數庫（DLL），用戶只需要確定各運動函數的參數類型、長度就可以DLL形式實現運動函數庫的調用，最終實現對伺服電機的精確控制。

2 控制系統的工作流程

打磨設備在對大長徑比筒體工件進行內壁打磨過程中需要打磨工具、大拖板、小拖板以及筒體回轉機構交互動作，四個部件協同運動才能保證內壁打磨過程滿足工藝要求。具體工作流程包括以下部分。（1）設備上電自檢；（2）各執行機構歸零；（3）大托板快進到位；（4）小托板快進到加工位；（5）筒體、打磨工具回轉；（6）打磨工具抬起開始打磨；（7）小托板工進到位；（8）打磨工具收回，打磨工具、筒體停轉；（9）各執行機構歸零，打磨結束。工作流程圖如圖1所示。

圖1 筒體內壁打磨工作流程圖

3 控制系統的總體硬件構成

由打磨工作流程可知，需要同時控制四臺伺服電機協同工作，為此選取了研華公司生產的610 L工控機、P C I-1265運動控制板卡，依據打磨工序的工藝要求，選取了安川公司的伺服驅動器（S G D 7 S系列）和電機（S G M7 J系列）。

4 控制系統的開發

打磨設備控制系統的軟件設計由用戶UI界面和伺服電機定位控制程序兩個部分組成，利用LabVIEW2 0 10建立數個V I子程序（分別實現速度位置設定、檢測、故障記錄、數據庫寫入等單項功能），在V I程序框圖中通過條件結構框圖將各子程序整合為打磨設備所需求的控制上位軟件，而在搭建V I子程序的過程中，優化V I前面板即可獲得上位控制軟件所需的UI界面（圖2所示）。

圖2 打磨設備控制系統U I界面

安裝研華提供的運動板卡驅動后，在l a b v i e w函數面板上用戶控件選項中即可找到研華 c o m m o n m o t i o n插件，即為定位控制所需的動態函數庫（DLL）。通過調用該函數庫中各類運動函數，進而對伺服驅動器發送實時指令，實現對伺服電機的動態控制和運動狀態監控。該系統幾個重要的調用函數如表1所示。例如控制系統中就通過調用A c m_A x S e t A c t u a l P o s i t i o n()函數來獲知了各伺服電機軸的實際當前位置信息，程序框圖如圖3所示。

表1 控制系統的主要調用函數明細

圖3 伺服電機軸位置信息讀取程序框圖

在完成了打磨設備控制系統硬件搭建，軟件開發后，通過調試實驗，成功實現了對筒體內壁全覆蓋打磨。控制系統硬件實物如圖4所示。

圖4 控制系統硬件實物圖

5 結語

本文介紹了一種基于LabVIEW的筒體內壁打磨設備定位控制系統設計過程，詳細闡述了LabVIEW與運動控制板卡組建定位控制平臺的方法，完成了定位控制系統的設計與開發，并進行了實驗調試，在調試試驗中，該控制系統可以柔性實現不同長度的筒體內壁打磨，達到了設計要求。

[1]趙敏. 基于LabVIEW的運動控制系統的軟件設計[D].太原:中北大學,2014.

[2]高瑞等. 基于LabVIEW的多軸運動控制系統的設計與開發[J].天津工業大學學報,2008(12):58-61.

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