基于研華運動控制卡的十字滑臺系統的研制

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總線結構的運動控制板卡作為控制核心，實現對十字滑臺的運動控制。本文詳細介紹十字滑臺系統的硬件結構和軟件編程，系統硬件包括工控機運動控制板卡的選擇、驅動器的連接、外部信號的控制等。以及采用C#軟件編寫的windows窗口界面應用程序。整個系統操作方便、功能完備、控制性能好。

關鍵詞：工控機；十字滑臺；C#語言；實時控制

中圖分類號：TG43

引言：

在工業自動化領域，有三種主要的控制方式，即：PLC控制、數控系統控制、PC-Based控制。近幾年隨著中國制造業結構性調整，PLC控制和數控系統控制呈現萎縮低迷態勢，然而PC-Based運動控制卻充滿活力，發展速度令人矚目。

目前市場上大多數的PC-based運動控制產品較PLC而言可以實現更為復雜的運動控制；同時，應用者可以利用PC-based廠商提供的底層函數庫進行靈活的二次開發和編程。在編程語言上，除傳統的PLC語言外，PC-based運動控制產品還為開發者提供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備常用的一種運動裝置，廣泛應用到各個領域，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，能夠實現運動軌跡和時間控制， 程序員無需大規模修改應用碼即可集成任何研華SoftMotion 運動控制器。該架構能夠幫助用戶輕松維護和升級應用。

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

1十字滑臺的硬件組成

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

1.1 工控機板卡的選擇

系統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，能夠實現運動軌跡和時間控制，以滿足精確運動中的同步應用需求。

1.2伺服驅動器的連接

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，行程限位開關和原點都采用光耦隔離的方式接入板卡，行程限位開關用于保護系統。 該輸入信號通過光耦合器和RC 過濾器連接。 采用限位開關時，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。可接受的最大4xAB 相位反饋頻率約為4 MHz。

2 軟件設計

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

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、邏輯結構一致的程序設計環境。因此系統采用C#語言來編寫測試程序。

該系統軟件是采用VS2010作為開發工具，在Windows7操作系統下的窗體應用程序。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結論

該系統屬于工控機測控系統，具有實時運動功能。硬件上采用工控機結合運動控制板卡，實現十字滑臺的運動控制，系統集成度高。由C#語言編輯的應用程序功能齊全，操作方便。整個設備可以應用在數控床、物流傳動、現代生產線等。

參考文獻：

[1]李江全.計算機測控系統設計與編程實現.[M]電子工業出版社，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#程序設計語言[M]北京：機械工業出版社，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 在蘇州半導體總廠有限公司工作 從事自動控制設備的改造和設計。

2003～今 在蘇州工業園區職業技術學院 電氣自動化技術專業主任 研究方向為自動化控制技術