徐 陽(yáng) 徐長(zhǎng)春 鄭 楠 張?jiān)?周慶貴

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

0 引言

旋耕機(jī)作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備中的主要裝備，其可以達(dá)到疊加一般犁耙?guī)状巫鳂I(yè)的碎土效果，縮短了整理農(nóng)田的時(shí)間，在市場(chǎng)中有較大的需求。在其制造過(guò)程中，旋耕機(jī)刀軸和刀具間的焊接工藝水平對(duì)整機(jī)的產(chǎn)品質(zhì)量有較大影響。國(guó)內(nèi)的絕大多數(shù)小型企業(yè)采用人工手動(dòng)的方式對(duì)旋耕機(jī)刀軸與刀具進(jìn)行焊接，勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作效率低，刀軸質(zhì)量得不到保證。

該文提出了1 種基于運(yùn)動(dòng)控制板卡的旋耕機(jī)刀軸與刀具焊接工序數(shù)字點(diǎn)定位控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)價(jià)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(tái)（VB）開(kāi)發(fā)的監(jiān)控平臺(tái)，其適用于中小型監(jiān)控系統(tǒng)，具有系統(tǒng)開(kāi)發(fā)周期短和工藝適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，并且它還適用于一些有特殊功能性要求的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中。

1 硬件構(gòu)成

1.1 ADT8949控制卡介紹

ADT8949 是32 位PCI 總線式運(yùn)動(dòng)控制器，它可以做到即插即用，并實(shí)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(dá)4 MHz，可以選擇A/B 相脈沖輸入。其有32 位計(jì)數(shù)和4 倍率，支持硬件序列號(hào)。 DSP+FPGA 專用運(yùn)動(dòng)芯片技術(shù)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(kāi)路輸出。2 路DA 模擬量輸出信號(hào)范圍為0 V～10 V ，精度為0.01 V。

該運(yùn)動(dòng)控制板卡是1 種基于PCI 總線的板卡，可以插入計(jì)算機(jī)的PCI 擴(kuò)展槽，通過(guò)接口板與驅(qū)動(dòng)器和外部控制信號(hào)端子連接，在PC 機(jī)上基于通用軟件VB 開(kāi)發(fā)的控制軟件可以實(shí)現(xiàn)插補(bǔ)運(yùn)算和邏輯信號(hào)處理，從而控制工作平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)。采用通用編程語(yǔ)言（例如VB）時(shí)，調(diào)用函數(shù)庫(kù)內(nèi)的函數(shù)就可以控制驅(qū)動(dòng)器及驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，同時(shí)還可以控制工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)。

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(yùn)動(dòng)控制卡、ADC-9192 接線板、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電機(jī)、I/O 開(kāi)關(guān)信號(hào)和交流轉(zhuǎn)直流電源變換器等組成。ADT8949 運(yùn)動(dòng)控制卡安裝于計(jì)算機(jī)的PCI總線插槽中，ADT8949 運(yùn)動(dòng)控制卡外接ADC-9192 接線端子板，接線板上的端子與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、I/O 開(kāi)關(guān)信號(hào)以及位置傳感器相連，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的點(diǎn)動(dòng)、自動(dòng)和保護(hù)控制[1-2]。

2 軟件設(shè)計(jì)

2.1 運(yùn)動(dòng)指令函數(shù)調(diào)用

基于VB 編程環(huán)境建立的應(yīng)用工程，由于VB 不能直接訪問(wèn)硬件的物理地址，因此，在執(zhí)行外部的輸入輸出信號(hào)時(shí)，需要通過(guò)調(diào)用函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)程序的各種功能；在編程時(shí)，還需要聲明控制卡的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)函數(shù)。應(yīng)用運(yùn)動(dòng)控制板卡時(shí)，需要調(diào)用板卡的指令庫(kù)函數(shù)，在上位機(jī)PC 建立與運(yùn)動(dòng)控制板卡的通信后，在通用語(yǔ)言編程環(huán)境中調(diào)用相關(guān)運(yùn)動(dòng)形式的指令函數(shù)就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)直線和圓弧等軌跡的控制。

在VB 編程開(kāi)發(fā)環(huán)境中，應(yīng)用運(yùn)動(dòng)控制板卡實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制還要在調(diào)用函數(shù)前將“adt8949lib.bas”模塊文件添加到所開(kāi)發(fā)的工程中，否則在軟件編譯時(shí)會(huì)報(bào)錯(cuò)[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(cè)控制板卡的運(yùn)行狀態(tài)，通過(guò)讀取該函數(shù)的返回值，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)報(bào)警信息的處理[4]。其中返回值為-1 時(shí)，表示沒(méi)有安裝端口驅(qū)動(dòng)；當(dāng)返回值為-2時(shí)，表示PCI 存在故障；當(dāng)返回值為-3 時(shí)，表示DSP 程序下載錯(cuò)誤；當(dāng)返回值為-4 時(shí)，表示硬件異常。

板卡初始化函數(shù)在工程中調(diào)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(shí)現(xiàn)設(shè)置相應(yīng)軸的起始速度、運(yùn)行速度、加速度已經(jīng)正負(fù)限位模式等坐標(biāo)軸運(yùn)行參數(shù)。

2.2 參數(shù)設(shè)置界面

設(shè)置界面如圖2 所示。參數(shù)設(shè)置界面的主要功能是在控制系統(tǒng)的新工藝運(yùn)行前或系統(tǒng)維修后重新設(shè)置每個(gè)軸的有關(guān)運(yùn)動(dòng)控制的參數(shù)（例如初始運(yùn)行速度、加速度、驅(qū)動(dòng)運(yùn)行速度、齒輪比、脈沖當(dāng)量、速度類型以及對(duì)位置參數(shù)的選擇。為了方便系統(tǒng)的調(diào)整維護(hù)，還可以選擇在調(diào)整工作方式下采用直線插補(bǔ)或圓弧插補(bǔ)的運(yùn)動(dòng)形式來(lái)檢驗(yàn)點(diǎn)位控制的工藝精度等性能。

3 故障檢測(cè)與調(diào)試

基于運(yùn)動(dòng)控制卡的控制系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行和調(diào)試中，經(jīng)常會(huì)發(fā)生電機(jī)不能轉(zhuǎn)動(dòng)或者電機(jī)運(yùn)行中產(chǎn)生異常響聲的情況，出現(xiàn)上述情況主要有以下2 個(gè)原因。

圖2 參數(shù)設(shè)置界面

3.1 電機(jī)有信號(hào)，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)出異常聲響

電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)有異常響聲，說(shuō)明電機(jī)有控制信號(hào)，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(jìn)電機(jī)的機(jī)械部件卡死或聯(lián)軸器損壞。2） 傳輸給驅(qū)動(dòng)器的脈沖信號(hào)頻率過(guò)高。3） 起始始速度過(guò)高或者過(guò)低。4） 驅(qū)動(dòng)器的電流設(shè)置不正確。

3.2 電機(jī)不轉(zhuǎn)

運(yùn)動(dòng)控制卡發(fā)出有效脈沖時(shí)，電機(jī)不運(yùn)動(dòng)，其主要原因有：1） 運(yùn)動(dòng)控制卡和端子板的連接線沒(méi)有接好或出現(xiàn)松動(dòng)。2） 驅(qū)動(dòng)器的脈沖PU 和方向DR 信號(hào)線與端子板出現(xiàn)問(wèn)題。3） 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和步進(jìn)電機(jī)沒(méi)有+24 V 電源。

4 結(jié)論

基于VB 編程環(huán)境，采用運(yùn)動(dòng)控制板卡和PC 相結(jié)合所組成的硬件形式，解決了小型企業(yè)對(duì)旋耕機(jī)在生產(chǎn)過(guò)程中刀軸與刀具焊接關(guān)鍵工序的點(diǎn)到點(diǎn)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(dòng)強(qiáng)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(gòu)、易于實(shí)現(xiàn)特殊數(shù)據(jù)處理和滿足特定工藝路徑的特點(diǎn)。經(jīng)實(shí)際生產(chǎn)性驗(yàn)證，整個(gè)系統(tǒng)控制軟件與硬件操作正常，控制穩(wěn)定精度高，對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域具有類似點(diǎn)定位控制要求的生產(chǎn)設(shè)備有較高的參考應(yīng)用價(jià)值。