摘 要: 为了便于实验参数的调节,将给纸实验装置的给纸机构的运动和气体分配变为独立可控,设计了给纸实验装置的控制系统,系统控制的主要对象包括:伺服电机和电磁阀。采用KPCI2884运动控制卡开发了给纸实验装置的运动控制系统,用VC ++开发操作界面程序,通过运动控制卡实现了在开环控制状态下对多个伺服电机的同步控制,同时实现了其他外围信号的检测和控制。
运动控制卡运动控制卡是基于PC机PC I总线的步进电机或数字式伺服电机的上位控制单元,它与PC机构成主从式控制结构, PC机负责人机交互界面的管理和控制系统的实时监控等工作,运动控制卡完成运动控制的各种细节。基于PC机的运动控制卡在运动控制等领域具有广泛应用[ 126 ] ,运动控制卡在应用系统的开发过程中,具有更大的灵活性和开放性,使得用户能在短期内开发出功能强大的运动控制系统。
使用运动控制卡,用户可根据控制系统的要求编制人机界面,并调用运动控制卡函数库中的指令,开发出满足要求而且成本低廉的多轴运动控制系统。采用运动控制卡作为控制器,使多轴控制变得更简单, 控制系统更具开放性,且实时性强。
本文将以KPC I2884运动控制卡为例,介绍多轴运动控制卡在给纸实验装置中的应用。给纸装置是现代单张纸印刷机纸张传递的关键设备之一,其相关机构按一定的运动规律运行,实现自动化连续运行。按给纸装置的工艺要求设计了实验装置,基于运动控制卡设计了控制系统,该系统具备电机多轴同步控制、气体分配等功能。
1 实验装置控制目标根据对实际给纸装置的分析,设计了给纸实验装置[ 7 ] ,在实验装置上,除分纸吹嘴不需要机构驱动外,分纸吹嘴、分纸吸嘴、压纸吹嘴及挡纸板等在工作中需要4个独立驱动, 4个独立的气体分配控制,共有8个动作需要控制。在实验过程中,通过控制这8个动作,他们之间的相互关系可以进行调整,实现各机构动作的相互时序调整,气体分配时序的调整。
对实验装置的运动控制基本要求如下:
1)分纸吹嘴、分纸吸嘴、压纸吹嘴及挡纸板运动机构可以独立控制,速度可调,便于对各机构的运行进行控制,同时,机构和机构之间的相互动作配合关系在实验时也能进行调节。
2)原点定位和同步控制。确定各机构相对运动的参考点,同时,运动过程中,实现各驱动轴的同步运行。
3)配气可以独立控制。这里的配气是指通过吸嘴和吹嘴的气体控制顺序,便于与各机构的动作配合,完成取纸和放纸的动作。
从上述基本要求出发,实验装置的控制系统框图如图1所示。微机控制系统对外部接口主要由KPCI2884运动控制卡来完成,根据实验装置的结构设计,选用了独立四轴运动控制卡。控制系统组成主要有:驱动及零点检测、配气控制、纸堆自动升降控制及检测等。
2 控制系统硬件设计实验装置的微机控制系统对外部接口由运动控制卡实现。选用国产PC I总线的KPCI2884运动控制卡。这是一款能够同时控制4个伺服电机或步进电机的运动控制卡, 该卡能精确地控制所发出的脉冲频率(电机速度) 、脉冲个数(电机转角)及脉冲频率变化率(电机加速度) ,它能满足步进电机各种复杂的控制要求[ 8 ] 。在一个系统中,可嵌入多块卡同时使用。图2为以运动控制卡KP2CI2884为中心的微机控制系统原理图,图中只给出了单个驱动示例,其他省略。
图2 以运动控制卡为中心的微机控制系统原理根据对实验装置的基本要求,在工作过程中, 各驱动轴相互位置设置完后,要求其动作协调一致。该系统采用伺服电机作驱动,利用伺服电机和驱动控制器之间的闭环控制,通过运动控制卡发出的指令,实现多个伺服电机的同步运动。通过光电开关检测各驱动轴的初始位置,由软件调节各驱动轴的相互位置,从而达到使驱动的各机构间的动作协调一致。通过固态继电器驱动电磁阀。纸台的驱动电机为单相,其控制由常规继电控制器实现。
3 控制系统软件部分系统软件采用VC来进行编程,在程序进行初始化时,利用头文件的形式将运动控制卡动态链接库(DLL)进行链接后,用户就可以像调用W indows内部函数一样来调用运动控制卡KPCI2884的运动控制函数,用户很快就能在W indows系统环境下开发出自己的运动控制系统。
控制系统的软件结构如图3所示,各部分的功能如下。
1)主控界面。进行初始化,并根据用户的选择进入相应的子功能。
2)运行监控显示。显示机构运行的速度、各机构的相位等。
3)运行控制。控制相应的电机和电磁阀的自动与点动运行。
4)运行参数设置。设置启动时的初始速度、加速度、运行时的速度。
5)机构零点设置。调整各机构运行时的参考点。
6)机构相位设置。调整各机构的动作间隔。
7)气体分配相位设置。参考机构动作位置,设置各气嘴的吸气或吹气的间隔顺序。
根据上述软件的结构和功能,设计的主控界面如图
在其上部放置了运行的控制按钮;左下部空间用于显示相位图;右下部放置参数设置按钮和调试按钮。同时,自动运行速度也可在此设置,并对运行进行监控显示等。在自动运行状态下,驱动轴和电磁阀按设定的参数运行。图5为机构相位设置子界面。以相同起始点来输入各机构的动作间隔角度,单位为( °) 。在左侧显示出各机构之间的位置关系,通过参考轴的选择,可以进行各机构与参考轴之间角度间隔的变换。
机构相位设置通过调用运动控制卡的函数,实现对伺服电机的控制。下面为驱动伺服电机运转的代码。
UpdateData ( true) ;long qdnum;switch (m nuNIt) {case 0:
qdnum = long ( 100 3 m nqdl/36) ; ∥以角度输入,转换为脉冲数break;case 1:
qdnum = long(m nqdl) ; ∥以脉冲数输入break;}
Switch (m naxis) {case 0: ∥选择x轴驱动Move DV ( 1, 1, 100, 50, 400, 0, qdnum) ;break;?.
case 3: ∥选择u轴驱动Move DV ( 1, 4, 100, 50, 400, 0, qdnum) ;break;}
?.
4 结 语
本系统在采用了运动控制卡和伺服驱动系统后,通过伺服的反馈功能,能够迅速有效地调整驱动轴的相互位置和同步运行控制,实现系统要求。运动控制卡使用非常方便,它只需从微机接收控制命令,然后自己完成与运动有关的控制,几乎不占用微机CPU时间。以运动控制卡为主的运动控制,大大缩短了研制和开发周期,能实现更完善的运动控制。
参考文献:
[ 1 ] 徐志鹏. 一种基于运动控制卡的数控专用机床[ J ]. 微计算机信息, 2008, 24 (621) : 1882189.
[ 2 ] 张晓朋,夏田,蒋新萍. PMAC运动控制卡在AGV控制系统中的应用[ J ]. 起重运输机械, 2009 (2) : 56257.
[ 3 ] 白培基. 基于运动控制卡的喷涂机控制系统设计[ J ]. 数控技术, 2007 (5) : 50251.
[ 4 ] 黄迎辉. 基于运动控制卡的玻璃自动切割机控制系统[ J ]. 机械工程师, 2008 (6) : 1112112.
[ 5 ] 祝建礼,徐志农,杨辰龙,等. 基于PMAC卡的超声检测运动控制系统[ J ]. 机械工程师, 2008 (6) : 57258.
[ 6 ] 冉生学,刘品潇,任德志,等. 用运动控制卡实现旋切机数控功能[ J ]. 新技术新工艺, 2007 (10) : 1432145.
[ 7 ] 张晓桂, 高波. 印刷机高速给纸实验装置的设计[ J ]. 包装工程, 2008, 29 (10) : 1432145.
[ 8 ] 北京科瑞兴业科技有限公司. KPCI2884 步进电机控制卡使用说明书[ EB /OL ]. [ 2009204210 ]. http: ∥www. krxgk. com /up load /2009151459091728. pdf.
