基于运动控制卡的数控转塔冲床数控系统研究

0 引言

现阶段，在我国转塔数控冲床运动控制系统方面的开发与研究主要基于两种模式: 1) 基于PC + PLC 的数控转塔冲床运动控制系统; 2) 基于PC + 运动控制卡的数控转塔冲床运动控制系统。由于PC + PLC 的数控转塔冲床运动控制系统，采用单片机PLC 来实现设备移动部件的速度控制和位置控制，外围电路比较复杂，计算速度比较慢，所以人们更倾向于使用运算速度快，可以满足高精度的速度和位置控制的运动控制系统，因而基于PC + 运动控制卡的数控转塔冲床运动控制系统随着运动控制技术的发展而得到了广泛应用。此外，本系统采用的是伺服电机实现机器的加减速运动控制，伺服电机作为一种把电脉冲转化为角位移的执行机构，能够随着脉冲信号的频率和数量控制设备移动部件的速度和距离，通过方向信号控制设备移动的方向，是一种既经济又简单的控制极速方案。

1 运动控制系统的工作原理

本系统采用PC + 运动控制卡的运动控制系统方案，利用Visual C + + 6． 0 语言进行系统程序和界面的开发与设计，实现对伺服电机的运动控制功能。本系统通过人工在PC 机上操作接口传递给机器控制软件，机器控制软件将操作信息转化为运动参数并根据这些参数调用DLL 库中的运动函数，运动函数调用运动控制卡驱动程序发出控制指令给控制卡，运动控制卡再根据控制指令发出相应的控制信号( 脉冲、方向信号) 给电机驱动器，电机驱动器根据控制信号来驱动电机运动带动机器部件的运动。

2 控制系统硬件组成

2.1 硬件设备的组成

系统在硬件上由PC 机、DMC1410B 运动控制卡、伺服电机驱动器以及伺服电机组成。DMC1410B 运动控制卡为雷赛公司自主研发的脉冲式四轴运动控制卡，可输出脉冲信号和方向信号，用以控制电机的转速和方向。DMC1410B 运动控制卡具有即插即用、连续运动、直线插补、单轴运动等功能; 具有梯形和S 型加减速运动曲线，最大脉冲输出频率为1． 2 MHz，具有16 路输入和12 路输出的通用I /O 接口，输入输出信号均采用光电隔离大幅度提高了运动控制卡的可靠性能和抗干扰性能。DMC1410 卡也支持即插即用功能。

2.2 运动控制卡主要功能

通过对运动控制卡的操作实现对走刀轨迹的设定、各轴回原点、点动控制、机床启停、刀具选择，在加工状态的显示，加工任务的管理实现各轴的独立运动、以及连续运动，并可通过设定速度和加速度的参数数值，让运动轨迹呈现梯形或者S 型加减速运动控制。通过对运动控制卡的实时控制，实现二轴直线插补、三轴直线插补、多轴联动等操作。DMC1410B 运动控制卡可以输出两类脉冲信号:

1) 脉冲+ 方向形式( 单脉冲) ; 2) 正脉冲+ 反脉冲( 双脉冲) 形式。每轴都有两个减速刹车信号+ SD 和－ SD，在检测到减速信号后，电机减速至低速运行。通用数字输出信号OUT 用于控制继电器、电磁阀、指示灯等开关器件。

通用数字输入信号INPUT 用于接近开关、光电开关、按键等传感器的信号输入。

3 控制系统软件设计

3.1 运动控制函数

系统是基于Windows XP 系统支持平台，以VisualC + + 6． 0作为开发工具，进行程序设计与开发的系统，是一种基于驱动方式的消息件的程序设计系统，当用户需要完成某种特定功能时，点击相应的功能按钮，就会产生相对应的消息。然后，操作系统将对消息进行循环并开始检索消息，并将消息发送给对应的对象。每个相应的接收对象都有相对应的消息映射，用于将消息与处理函数联系起来。当目标对象接收到消息映射时，将开始搜索对应的消息映射，寻找互相匹配的消息处理函数并实现相应的功能。

系统所支持的DMC1410B 运动控制卡，主要有初始化函数、连续运动控制函数、单轴运动控制函数、直线插补函数、圆弧插补函数、回原点函数以及运动状态检测函数等各种丰富的函数。由于DMC1410B 运动控制卡支持12块DMC1410B 运动卡同时运行工作，因此一台PC 机可以完成多达48 轴的伺服电机同时进行运动控制。

在软件方面运动控制卡提供了大量的运动控制函数，用以满足用户在应用中的各种要求。用户只需根据运动控制系统的具体要求，调用相关的运动控制卡函数库中的运动控制函数，就可以满足多种要求的多轴运动控制系统。

函数列举如下:

(1) 初始化函数

d1000_board_init 软件初始化

(2) 连续运动控制函数

d1000_start_tv_move 以梯形速度曲线控制一个轴连续运动
　　d1000_start_sv_move 以S 形速度曲线控制一个轴连续运动
　　d1000_immediate_stop 以梯形或S 形急停一个轴
　　d1000_decel_stop 以梯形或S 形减速停止一个轴

(3) 单轴运动控制函数

d1000_start_t_move 以梯形速度曲线控制相对坐