郭北濤，趙呈龍

(沈陽化工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，遼寧沈陽 110142)

隨著技術(shù)的進(jìn)步，工業(yè)生產(chǎn)線對(duì)其送料裝置提出了越來越高的要求，如應(yīng)滿足送料的高精度和高效率。文中所設(shè)計(jì)的基于運(yùn)動(dòng)控制卡和PC機(jī)的控制方式充分發(fā)揮了伺服系統(tǒng)控制精度高、響應(yīng)速度快和運(yùn)行平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)，有效地提高了送料的精度和效率，滿足了生產(chǎn)廠家的控制要求［1］。

1 送料裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

送料裝置包括機(jī)械部分、控制部分、動(dòng)力源、檢測(cè)部分和執(zhí)行元件，主要由伺服電機(jī)、滾珠絲杠、直線導(dǎo)軌和光柵尺等組成。簡化的送料裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)簡圖如圖1 所示［2］。

圖1 送料裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)簡圖

在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案中，PC機(jī)和運(yùn)動(dòng)控制卡構(gòu)成主從式控制結(jié)構(gòu)，圖2為基于運(yùn)動(dòng)控制卡搭建的送料裝置控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖。在基于運(yùn)動(dòng)控制卡的送料系統(tǒng)控制方案中，PC機(jī)作為控制系統(tǒng)的中心部分，可以專注于人機(jī)界面、實(shí)時(shí)監(jiān)控和發(fā)送指令等系統(tǒng)管理工作;運(yùn)動(dòng)控制卡負(fù)責(zé)處理所有運(yùn)動(dòng)控制的細(xì)節(jié)，如升降速計(jì)算和行程控制等，且無需占用PC機(jī)資源。運(yùn)動(dòng)控制卡還提供了功能強(qiáng)大的運(yùn)動(dòng)控制軟件庫如C語言運(yùn)動(dòng)庫、Windows DLL動(dòng)態(tài)鏈接庫等，讓用戶更快、更有效地解決復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制問題［3］。

圖2 送料裝置控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

運(yùn)動(dòng)控制卡以PCI插卡形式嵌入PC機(jī)中，將PC機(jī)的信息處理能力和運(yùn)動(dòng)控制能力有機(jī)地結(jié)合到一起，具有開放性程度高、使用簡便、功能豐富、實(shí)時(shí)調(diào)整優(yōu)點(diǎn)突出、運(yùn)動(dòng)控制軌跡準(zhǔn)確、通用性好和可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。運(yùn)動(dòng)控制函數(shù)庫為單軸及多軸的伺服或伺服控制提供了許多運(yùn)動(dòng)函數(shù)，如單軸運(yùn)動(dòng)、多軸獨(dú)立運(yùn)動(dòng)、多軸插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)等。另外，為了配合運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的開發(fā)，還提供了以下輔助函數(shù)，如中斷處理、編碼器反饋、間隙補(bǔ)償，運(yùn)動(dòng)中變速等［4］。

運(yùn)動(dòng)控制卡嵌入到PC機(jī)中，其本身不能直接與普通的二四相、或三六相伺服電機(jī)連接，必須要有伺服電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器作為功率級(jí)、相序發(fā)生單元。伺服電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器的選型與伺服電機(jī)相關(guān)，比如電機(jī)的相數(shù)和工作電壓、電流等。通過PC上的人機(jī)交互界面設(shè)置系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制參數(shù)，軟件控制運(yùn)動(dòng)控制卡發(fā)送出脫機(jī)、方向速度脈沖給伺服電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器控制伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。該系統(tǒng)采用Panasonic伺服驅(qū)動(dòng)器，該驅(qū)動(dòng)器有速度控制模式和位置控制模式，可以接收差分和光耦輸入，并有伺服報(bào)警、定位完成、速度到達(dá)、轉(zhuǎn)矩限制和速度限制等伺服電機(jī)控制的反饋信號(hào)［5］。

2 軟件設(shè)計(jì)

為滿足精確定位和大負(fù)荷平穩(wěn)運(yùn)行等要求，與伺服電機(jī)直接相連的增量式碼盤用于速度反饋;安裝在工作臺(tái)上的直線光柵尺用于測(cè)量位置信號(hào)。對(duì)工作臺(tái)的位移進(jìn)行實(shí)時(shí)采集測(cè)量并反饋到運(yùn)動(dòng)控制卡上進(jìn)行閉環(huán)控制。相比于開環(huán)和半閉環(huán)控，制能部分消除絲杠的加工誤差和隨絲杠磨損出現(xiàn)的誤差，精度、速度及動(dòng)態(tài)特性均有一定的優(yōu)越性［6］。

電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，其流程如圖3所示。首先啟動(dòng)系統(tǒng)，并進(jìn)行系統(tǒng)初始化和設(shè)置相應(yīng)的運(yùn)行參數(shù);其次，根據(jù)位置傳感器傳送的信號(hào)由上位機(jī)經(jīng)過判斷和運(yùn)算，發(fā)出指令給運(yùn)動(dòng)控制卡;運(yùn)動(dòng)控制卡發(fā)送出脈沖信號(hào)給伺服電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器繼而控制伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制［7］。

圖3 伺服電機(jī)控制流程圖

系統(tǒng)采用研華PCI-1240二軸運(yùn)動(dòng)控制卡，該卡提供了功能強(qiáng)大的Windows DLL動(dòng)態(tài)鏈接庫程序。在運(yùn)動(dòng)函數(shù)庫中所使用到的函數(shù)主要有如下幾種:控制卡及軸設(shè)置函數(shù)，獨(dú)立運(yùn)動(dòng)和插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)函數(shù)，制動(dòng)函數(shù)，位置和狀態(tài)設(shè)置及查詢函數(shù)，I/O口操作函數(shù)，錯(cuò)誤代碼函數(shù)。Visual C++6.0作為開發(fā)工具，利用PCI1240運(yùn)動(dòng)控制卡的Windows驅(qū)動(dòng)程序以及API運(yùn)動(dòng)函數(shù)庫，實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與運(yùn)動(dòng)控制卡的實(shí)時(shí)通信，可以高效地開發(fā)出運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)軟件［8］。圖4為所開發(fā)的送料裝置軟件操作界面。

圖4 軟件操作界面

3 結(jié)束語

文中基于控制運(yùn)動(dòng)控制卡的送料裝置能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)工件的精確定位和控制。系統(tǒng)具有硬件組建周期短、精度高、易于維護(hù)和實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。通過調(diào)用運(yùn)動(dòng)函數(shù)庫使得軟件開發(fā)周期大為縮短，并且具有良好的人機(jī)交互界面，在實(shí)際使用中運(yùn)行良好。該系統(tǒng)可提高送料效率和精度，具有一定的通用性和推廣性。

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