基于运动控制卡的步进电机控制系统

　　1 引言

　　运动控制系统的上位控制方案一般有单片机系统、专业运动控制PLC、专用控制系统和“PC+运动控制卡”。采用单片机系统实现运动控制，成本较低，但开发难度较大，周期长。这种方案一般适用于产品批量较大、控制系统功能简单、有单片机系统开发经验的用户。许多品牌的PLC都可选配定位控制模块，有些PLC的CPU单元本身就具有运动控制功能，如松下公司的FP0。这种方案一般适用于运动过程比较简单、运动轨迹固定的设备，如送料器、自动焊机等。专用控制系统一般是针对专用设备或专用行业，比如西门子公司的车床数控系统和铣床数控系统等。“PC+运动控制卡”的方案随着PC的普及用得越来越多，将是运动控制系统的主要发展趋势。这种方案可充分利用计算机资源，用于运动过程、机械轨迹都比较复杂，而且柔性比较强的机器设备，比如目前很热门的开放式数控系统大多采用这种方案。

　　本文介绍的控制系统采用的就是“PC+运动控制卡”方案，这是本文的主要内容。

　　2 系统组成及硬件介绍

　　图1示出本系统的硬件组成框图。其中采用德国百格拉三相混合式步进电机(VRDM3910/LHA)及其配套驱动器(D921)。控制卡是成都步进机电有限公司生产的MPC02型运动控制卡。

　　2.1 驱动器面板及其功能设置

　　图2是D921型驱动器的面板配置及功能。

　　功能选择：STEP1、STEP2 设置电机每转步数；

　　所有输入信号均为光耦输入。

　　2.2 运动控制卡的结构

　　MPC02型运动控制卡的结构如图3所示。

　　该卡插在PC的PCI扩展槽内使用；MPC02卡完成运动控制的所有细节，包括脉冲和方向信号的输出、自动升降速的处理、原点和限位信号的检测等。它采用先进的专用控制集成电路，具有梯形及S形升降速度曲线。使用68芯SISC接口，外接线可采用屏蔽线缆，以提高控制卡的抗干扰能力。其信号接口定义如下：

　　脉冲量信号：脉冲/方向(编号17～28)；编码器反馈(35～52)；光隔电源(29、30)。

　　开关量信号：限位(55、56、60、61、65、66)；减速(53、54、58、59、63、64)；原点(57、62、67)；伺服使能(9、11、13)；偏差清零(10、12、14)；外部报警(68)；通用输入(31～34)；通用输出(1～8)；光隔电源(15、16)。

　　3 运动控制系统的软件

　　3.1 控制卡的软件

　　在函数库中使用的单位和函数返回值通常约定如下。

　　3.1.1 单位

　　1)位移或距离的单位为P(Pulse)，即脉冲数；