基于運動控制卡的點位控制系統(tǒng)設計

徐 陽 徐長春 鄭 楠 張元良 周慶貴

（1．連云港中復連眾復合材料集團有限公司，江蘇 連云港 222005；2．江蘇海洋大學，江蘇 連云港 222005）

0 引言

旋耕機作為現(xiàn)代農業(yè)機械裝備中的主要裝備，其可以達到疊加一般犁耙?guī)状巫鳂I(yè)的碎土效果，縮短了整理農田的時間，在市場中有較大的需求。在其制造過程中，旋耕機刀軸和刀具間的焊接工藝水平對整機的產品質量有較大影響。國內的絕大多數(shù)小型企業(yè)采用人工手動的方式對旋耕機刀軸與刀具進行焊接，勞動強度大，工作效率低，刀軸質量得不到保證。

該文提出了1 種基于運動控制板卡的旋耕機刀軸與刀具焊接工序數(shù)字點定位控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)價格較低，特別適合中小企業(yè)使用。該焊接系統(tǒng)的定位控制采用通用軟件平臺（VB）開發(fā)的監(jiān)控平臺，其適用于中小型監(jiān)控系統(tǒng)，具有系統(tǒng)開發(fā)周期短和工藝適應性強等特點，并且它還適用于一些有特殊功能性要求的運動控制系統(tǒng)中。

1 硬件構成

1.1 ADT8949控制卡介紹

ADT8949 是32 位PCI 總線式運動控制器，它可以做到即插即用，并實現(xiàn)四軸脈沖控制，脈沖輸出頻率為5 MHz。四軸編碼器反饋，頻率高達4 MHz，可以選擇A/B 相脈沖輸入。其有32 位計數(shù)和4 倍率，支持硬件序列號。 DSP+FPGA 專用運動芯片技術可以提供高速、高性能、軌跡平滑和優(yōu)化速度的保障。 脈 沖 輸 出 類 型包括脈 沖 + 方 向 （PUL+DIR） 和雙 脈 （CW+CCW）?？垢蓴_方面采用了36 路全部光耦隔離的數(shù)字輸入，32 路集電極開路輸出。2 路DA 模擬量輸出信號范圍為0 V～10 V ，精度為0.01 V。

該運動控制板卡是1 種基于PCI 總線的板卡，可以插入計算機的PCI 擴展槽，通過接口板與驅動器和外部控制信號端子連接，在PC 機上基于通用軟件VB 開發(fā)的控制軟件可以實現(xiàn)插補運算和邏輯信號處理，從而控制工作平臺的運動。采用通用編程語言（例如VB）時，調用函數(shù)庫內的函數(shù)就可以控制驅動器及驅動電動機，同時還可以控制工作臺的運動。

1.2 系統(tǒng)接線圖

系統(tǒng)的參考電氣接線圖，如圖1 所示?？刂葡到y(tǒng)硬件由PC、ADT8949 運動控制卡、ADC-9192 接線板、步進電機驅動器、步進電機、I/O 開關信號和交流轉直流電源變換器等組成。ADT8949 運動控制卡安裝于計算機的PCI總線插槽中，ADT8949 運動控制卡外接ADC-9192 接線端子板，接線板上的端子與步進電機驅動器、I/O 開關信號以及位置傳感器相連，實現(xiàn)對設備的點動、自動和保護控制[1-2]。

2 軟件設計

2.1 運動指令函數(shù)調用

基于VB 編程環(huán)境建立的應用工程，由于VB 不能直接訪問硬件的物理地址，因此，在執(zhí)行外部的輸入輸出信號時，需要通過調用函數(shù)來實現(xiàn)程序的各種功能；在編程時，還需要聲明控制卡的動態(tài)鏈接庫函數(shù)。應用運動控制板卡時，需要調用板卡的指令庫函數(shù)，在上位機PC 建立與運動控制板卡的通信后，在通用語言編程環(huán)境中調用相關運動形式的指令函數(shù)就可以實現(xiàn)對直線和圓弧等軌跡的控制。

在VB 編程開發(fā)環(huán)境中，應用運動控制板卡實現(xiàn)系統(tǒng)控制還要在調用函數(shù)前將“adt8949lib.bas”模塊文件添加到所開發(fā)的工程中，否則在軟件編譯時會報錯[3]。函數(shù)adt8949_initial（void）是初始化控制卡函數(shù)，該函數(shù)主要用于檢測控制板卡的運行狀態(tài)，通過讀取該函數(shù)的返回值，就可以實現(xiàn)對系統(tǒng)報警信息的處理[4]。其中返回值為-1 時，表示沒有安裝端口驅動；當返回值為-2時，表示PCI 存在故障；當返回值為-3 時，表示DSP 程序下載錯誤；當返回值為-4 時，表示硬件異常。

板卡初始化函數(shù)在工程中調用示例如下[3，5]。

圖1 系統(tǒng)接線圖

上述代碼的主要功能是在板卡初始化程序中，實現(xiàn)設置相應軸的起始速度、運行速度、加速度已經正負限位模式等坐標軸運行參數(shù)。

2.2 參數(shù)設置界面

設置界面如圖2 所示。參數(shù)設置界面的主要功能是在控制系統(tǒng)的新工藝運行前或系統(tǒng)維修后重新設置每個軸的有關運動控制的參數(shù)（例如初始運行速度、加速度、驅動運行速度、齒輪比、脈沖當量、速度類型以及對位置參數(shù)的選擇。為了方便系統(tǒng)的調整維護，還可以選擇在調整工作方式下采用直線插補或圓弧插補的運動形式來檢驗點位控制的工藝精度等性能。

3 故障檢測與調試

基于運動控制卡的控制系統(tǒng)在實際運行和調試中，經常會發(fā)生電機不能轉動或者電機運行中產生異常響聲的情況，出現(xiàn)上述情況主要有以下2 個原因。

圖2 參數(shù)設置界面

3.1 電機有信號，運轉時發(fā)出異常聲響

電機運轉時有異常響聲，說明電機有控制信號，但出現(xiàn)了失步現(xiàn)象。出現(xiàn)該現(xiàn)象的主要原因有：1） 步進電機的機械部件卡死或聯(lián)軸器損壞。2） 傳輸給驅動器的脈沖信號頻率過高。3） 起始始速度過高或者過低。4） 驅動器的電流設置不正確。

3.2 電機不轉

運動控制卡發(fā)出有效脈沖時，電機不運動，其主要原因有：1） 運動控制卡和端子板的連接線沒有接好或出現(xiàn)松動。2） 驅動器的脈沖PU 和方向DR 信號線與端子板出現(xiàn)問題。3） 電機驅動器和步進電機沒有+24 V 電源。

4 結論

基于VB 編程環(huán)境，采用運動控制板卡和PC 相結合所組成的硬件形式，解決了小型企業(yè)對旋耕機在生產過程中刀軸與刀具焊接關鍵工序的點到點定位控制性能的要求，提高了焊接工藝的穩(wěn)定性，降低了工人的勞動強度。該文主要介紹了該系統(tǒng)的組成原理，所闡述的系統(tǒng)控制方法具有性能可重構、易于實現(xiàn)特殊數(shù)據(jù)處理和滿足特定工藝路徑的特點。經實際生產性驗證，整個系統(tǒng)控制軟件與硬件操作正常，控制穩(wěn)定精度高，對于工業(yè)生產領域具有類似點定位控制要求的生產設備有較高的參考應用價值。