基于研华运动控制卡的十字滑台系统的研制

摘要：十字滑台作为运动的常用部件在物流、机械等行业中使用广泛，其运动的控制核心可以是单片机、PLC、工控板卡等。

本文采用PCI总线结构的运动控制板卡作为控制核心，实现对十字滑台的运动控制。本文详细介绍十字滑台系统的硬件结构和软件编程，系统硬件包括工控机运动控制板卡的选择、驱动器的连接、外部信号的控制等。以及采用C#软件编写的windows窗口界面应用程序。整个系统操作方便、功能完备、控制性能好。

关键词：工控机；十字滑台；C#语言；实时控制

中图分类号：TG43

引言：

在工业自动化领域，有三种主要的控制方式，即：PLC控制、数控系统控制、PC-Based控制。近几年随着中国制造业结构性调整，PLC控制和数控系统控制呈现萎缩低迷态势，然而PC-Based运动控制却充满活力，发展速度令人瞩目。

目前市场上大多数的PC-based运动控制产品较PLC而言可以实现更为复杂的运动控制；同时，应用者可以利用PC-based厂商提供的底层函数库进行灵活的二次开发和编程。在编程语言上，除传统的PLC语言外，PC-based运动控制产品还为开发者提供C#、C++、Basic等丰富的电脑语言进行编程。

十字运动平台是自动化设备常用的一种运动装置，广泛应用到各个领域，如机械手臂、切割机、光刻机、传送带等，以工控机为核心的十字运动平台，因其良好的可操作性和强大功能，被广泛采用。

研华PCI-1245L 是4 轴的SoftMotion PCI 总线控制器卡，能够实现运动轨迹和时间控制， 程序员无需大规模修改应用码即可集成任何研华SoftMotion 运动控制器。该架构能够帮助用户轻松维护和升级应用。

本文介绍采用研华工控机及相应运动控制卡，匹配安川驱动器，实现对十字平台的运动控制，软件采用C#语言编制，应用程序具有方便的使用界面，能实现单轴、双轴等直线、曲线运动。

1十字滑台的硬件组成

该测试系统分为硬件系统和软件系统。硬件系统以研华工控主机为控制核心，采用研华PCI-1245运动控制板卡、安川驱动器和电机实现对滑台的运动控制。软件采用C#编程，操作美观、方便、并具有开放性。系统硬件框图如图1。

1.1 工控机板卡的选择

系统的核心采用研华运动控制卡PCI-1245L。PCI-1245L 是4 轴的SofMotion PCI 总线控制器卡，板卡配有高性能FPGA，其中包括SoftMotion 算法，能够实现运动轨迹和时间控制，以满足精确运动中的同步应用需求。

1.2伺服驱动器的连接

选用PCI-1245L板卡中的X轴和Y轴，X和Y两轴和驱动器的连接方式是相同的，如图2，图3。板卡的输出脉冲采用差分方式连接，脉冲输出方式采用cw/ccw模式，行程限位开关和原点都采用光耦隔离的方式接入板卡，行程限位开关用于保护系统。 该输入信号通过光耦合器和RC 过滤器连接。 采用限位开关时，外部电源VEX DC 24 V 将成为光耦合器的电压源。 因此，将启用线程功能。电路图如图4。编码器反馈信号到达时，将ECA+/ECA-连接至编码器输出的相位A。这是一个差分对。同样，也适用于ECB+/- 和ECZ+/-。PCI-1245L 的默认设置为正交输入（4xAB 相位）。在上述电路图中，PCI-1245L 采用高速光耦合器用于隔离。源的编码器输出可为差分模式或开集模式。可接受的最大4xAB 相位反馈频率约为4 MHz。

2 软件设计

研华运动设备采用“通用运动架构”为软件架构。该架构包括三层：设备驱动层、整合层和应用层。在应用层选用的二次开发编程语言有C++、C、C#、VB、Labview等多种方式。用户需了解通用运动驱动、根据编程语言调用对应的API接口程序，实现应用程序的编写。研华通用运动（ACM）架构定义了三种类型的操作对象：设备、轴和群组。每个类型都有自己的方法、属性和状态。

工控机的软件要求简洁，方便，能直接控制硬件。C#语言简洁，保留了C++的强大功能，具有快速开发的自由特性，并且.NET框架为C#提供了一个强大的、易用的、逻辑结构一致的程序设计环境。因此系统采用C#语言来编写測试程序。

该系统软件是采用VS2010作为开发工具，在Windows7操作系统下的窗体应用程序。测试程序模块化编程，包括回原点、点对点、线性位移、调速、位移等8个模块，每个模块即可以独立运行又可以综合运行。其中点对点程序流程图如下：

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結论

该系统属于工控机测控系统，具有实时运动功能。硬件上采用工控机结合运动控制板卡，实现十字滑台的运动控制，系统集成度高。由C#语言编辑的应用程序功能齐全，操作方便。整个设备可以应用在数控床、物流传动、现代生产线等。

参考文献：

[1]李江全.计算机测控系统设计与编程实现.[M]电子工业出版社，2008

[2]PCI1245用户手册[Z].研华公司.2011

[4]Common Motion用户手册 [Z].研华公司.2011

[5]Anders Hejlsberg等.译者：陈宝国.C#程序设计语言[M]北京：机械工业出版社，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

作者简介：栾伟峰 女 出生于1973年11月 副教授/高级工程师

1994年～2003年 在苏州半导体总厂有限公司工作 从事自动控制设备的改造和设计。

2003～今 在苏州工业园区职业技术学院 电气自动化技术专业主任 研究方向为自动化控制技术