基于PCI總線的MPC07控制卡的運動控制系統(tǒng)方案設(shè)計

本文采用MPC07控制卡來作為運動控制系統(tǒng)的開發(fā)平臺，并利用VC++對MPC07運動函數(shù)庫進行二次開發(fā)來編寫面向?qū)ο蟮目刂瞥绦颍瑥亩ㄟ^MPC07卡來實現(xiàn)對運動控制系統(tǒng)中小車的精確運動控制。

MPC07控制卡是基于PC機PCI總線的步進電機或數(shù)字式伺服電機的上位控制單元，它與PC機構(gòu)成主從式控制結(jié)構(gòu)，可插在PC機PCI擴展槽內(nèi)。每塊MPC07卡可控制4軸步進電機或數(shù)字式伺服電機，并支持多卡共用，以實現(xiàn)多于四個運動軸的控制，且每軸均可輸出脈沖和方向信號，以控制電機的運轉(zhuǎn)；同時，MPC07可外接原點、減速、限位等開關(guān)信號，以實現(xiàn)回原點、保護等功能，這些開關(guān)信號由MPC07卡自動檢測并作出反應(yīng)。MPC07卡還提供了功能強大的運動控制函數(shù)庫，并可以充分利用PC機現(xiàn)有的資源來開發(fā)滿足設(shè)計所要求的運動控制系統(tǒng)。

1 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖1所示為運動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。本系統(tǒng)硬件采用MPC07控制卡作為開發(fā)運動控制系統(tǒng)的平臺，其PC機主要負責人機交互界面的管理和控制系統(tǒng)的實時監(jiān)控等方面的工作，主要包括運動參數(shù)的設(shè)置、系統(tǒng)狀態(tài)的顯示、控制指令的發(fā)送、外部信號的監(jiān)控等；MPC07卡則通過PCI總線接收到PC機指令，再經(jīng)內(nèi)部智能芯片處理后將控制信號送入驅(qū)動器，然后驅(qū)動器把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號轉(zhuǎn)化為步進電機的角位移控制步進電機的運行，以此來實現(xiàn)對運動控制系統(tǒng)中小車運動的精確調(diào)速和定位。



1.1 MPC07的技術(shù)特性

MPC07控制卡具有開放式結(jié)構(gòu)、使用簡便、功能豐富、可靠性高等特性。在硬件方面MPC07采用PC機的PCI總線方式，因此適用范圍廣，且卡上無需進行任何跳線設(shè)置，所有資源均自動配置。另外，在Windows98、Windows2000及Windows XP操作系統(tǒng)中支持即插即用，使用非常方便；MPC07的接線方式采用DB37型插頭，可使用屏蔽線纜，并且所有的輸入、輸出信號均用光電隔離，因此提高了控制卡的可靠性和抗干擾能力；在軟件方面MPC07還提供了豐富的運動控制函數(shù)庫，以滿足不同的應(yīng)用要求。用戶只需根據(jù)控制系統(tǒng)的要求編制人機界面，并調(diào)用MPC07運動函數(shù)庫中的指令函數(shù)，就可以開發(fā)出滿足要求的多軸運動控制系統(tǒng)。MPC07的技術(shù)指標主要有：

◇4軸步進或數(shù)字式伺服控制；

◇脈沖輸出速度可達4.0 Mpps；

◇梯形加減速；
   
◇運動中可變速；

◇多軸高速線性插補；

◇可輸出脈沖／方向或雙脈沖信號；

◇每軸帶有原點、減速和限位開關(guān)等接口；

◇16個通用輸入開關(guān)信號，24個通用輸出開關(guān)信號；
   
◇WINDOWS環(huán)境下WDM、DLL庫；

◇演示程序。

1.2 MPC07接口

MPC07控制卡采用DB37接口，外接線可采用屏蔽線纜，以提高控制卡的抗干擾能力。其中開關(guān)量信號(原點、減速、限位以及I／O信號等)采用12～24DCV開關(guān)電源；脈沖量信號(脈沖、方向等)采用5DCV開關(guān)電源。完整的MPC07運動控制器由三張板卡組成：MPC07主板，轉(zhuǎn)接板和通用IO擴展板。其中MPC07主板完成運動控制功能，它有兩個接口：DB37和40芯扁平電纜，其中DB37接口主要用于運動控制，它可通過轉(zhuǎn)接板與驅(qū)動器等外部設(shè)備相連；而40芯扁平電纜則用于通用IO，可以通過通用IO擴展板與外部設(shè)備相連。實際上，轉(zhuǎn)接板才是MPC07主板與電機驅(qū)動器的連接橋梁，可用來提供脈沖和方向差分輸出。通用IO擴展板是通用IO信號與MPC07主板的連接橋梁，可以利用40扁平電纜將擴展板與MPC07主板相連。如果控制系統(tǒng)需要使用通用輸入或輸出信號，則必須使用通用IO擴展板，而不能將IO信號直接與MPC07主板的40芯電纜管腳相連，這樣可能燒壞FPGA。

2 軟件實現(xiàn)

該運動控制系統(tǒng)的程序是在Windows系統(tǒng)下，用VC++編寫的面向?qū)ο蟮恼Z言程序，MPC07軟件中已經(jīng)將常用的MPC07．dll中DLL函數(shù)封裝成類CLoadDll，并提供該類的源代碼，該類含有與運動指令庫函數(shù)名及參數(shù)相同的成員函數(shù)?？稍贛PC07卡軟件安裝盤＼Develop＼VC文件夾下找到源代碼，文件名為LoadDll.cpp和LoadDll.h，并將其添加進工程，在程序適當?shù)胤教砑釉擃惖膶ο?，通過對應(yīng)成員函數(shù)來調(diào)用DLL中的函數(shù)。其程序流程圖如圖2所示。


程序執(zhí)行時，首先對控制卡進行自動檢測和初始化，在程序界面中可以設(shè)置的參數(shù)包括：小車初始位置、初速度、最高速度、加速度、移動距離等，參數(shù)設(shè)置不滿足要求時，還需要重新設(shè)置，只有滿足要求后，才能開始運行程序。運動過程中可進行人工干預(yù)，人工干預(yù)后小車可立即制動也可光滑制動，如不需要干預(yù)，小車按照設(shè)置運動到指定位置。

(1)初始化控制卡

首先定義DLL運動控制函數(shù)庫變量：CLoadDll m_cDll，初始化函數(shù)為InitBoard ()，其執(zhí)行代碼如下：



(2)運動實現(xiàn)

運動小車在點位運動方式下可進行常速或快速運動，軟件通過對設(shè)定的移動距離與小車當前位置的比較來確定小車的運動方向，而后系統(tǒng)根據(jù)用戶設(shè)定的運動參數(shù)進行相應(yīng)的運動，其部分實現(xiàn)代碼如下：



(3)制動

小車在運動過程中可采取立即制動和光滑制動兩種制動方式，代碼如下：



此外，程序運行時為了提高程序控制的精度，必須補償實時顯示用取得cpu的時間，也就是程序中的誤差補償部分。通過編譯程序顯示小車的運動控制界面如圖3所示。


3 結(jié)束語

本文以基于PCI總線的MPC07控制卡為開發(fā)平臺，利用VC++結(jié)合MPC07控制卡的運動控制函數(shù)庫編寫了面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)控制程序，通過MPC07卡對步進電機進行精確運動控制，從而實現(xiàn)了運動系統(tǒng)中小車的精確調(diào)速和定位，解決了運動控制系統(tǒng)中控制精度低的問題。應(yīng)用結(jié)果表明，MPC07控制卡具有開發(fā)簡單、運動可靠和控制方便等特點，能出色的完成運動控制的各個細節(jié)。