一種獨立型可編程三軸運動控制器

    董  春，劉  琨，富歷新

    (哈爾濱工業(yè)大學(xué)，黑龍江  哈爾濱  150001)

摘  要：提出的獨立型運動控制器，可通過手持編程器編寫應(yīng)用程序，也可在計算饑上編寫應(yīng)用程序，通過RS-232口送至控制器內(nèi)．然后獨立運行。文中討論了硬件電路和軟件編程設(shè)計，給出一應(yīng)用實例。

美鍵詞．運動控制；微處理器：程序設(shè)計

1  引  言

    獨立型可編程運動控制器(PMC)是一種新型的機械運動控制裝置，與可編程邏輯控制器(PLC)不同之處是它以運動控制為主，邏輯控制為輔，與基于總線的運動控制器不同之處是它不依賴于計算機，可獨立操作。一個完整的可編程運動控制器一般要具有以下幾個部分。

1．1  運動控制

    高精度的伺服電機、步進電機的運動控制，一般采用閉環(huán)方式。

1．2模擬和數(shù)字I／O

    用于像機械手爪、切割刀具、焊槍等工具的控制和限位開關(guān)、工位信號、故障狀態(tài)等輸入信號的檢測。

1．3操作員接口

    用于建立作業(yè)程序、修改系統(tǒng)參數(shù)、顯示運行狀態(tài)等。研制的HIT4000三軸運動控制器具備上述功能，并有如下一些特點。

    (1)可實現(xiàn)三軸伺服電機的閉環(huán)控制。

    (2)內(nèi)藏PLC，具有36點I／O能力。

    (3)通用RS232接口，可外接手持式編程器或計算機系統(tǒng)，將編輯好的作業(yè)程序輸送到控制器的非易失性RAM中，控制器可獨立運行。

    (4)控制器上有4位數(shù)字的狀態(tài)顯示器，以顯示運行狀態(tài)。

    (5)類似于BASlC的36條控制指令，便于掌握。

2  硬件結(jié)構(gòu)

    圖1虛框內(nèi)為系統(tǒng)硬件功能框圖。

    本系統(tǒng)選擇了MCS-51系列中的8031作為整個控制器的控制核心，此外擴展了一片27256EPROM和一片6264RAM。EPROM主要用來存放系統(tǒng)的監(jiān)控程序，SRAM主要用來存儲由上位機傳送的作業(yè)程序，并且具有掉電保護的功能。使作業(yè)程序不會由于掉電而丟失。

    利用專用精密運動控制芯片LM628來完成伺服控制，該芯片主要功能為：具有可編程數(shù)字PID控制算法；32位的位置、速度和加速度計數(shù)器；內(nèi)部梯形速度軌跡函數(shù)發(fā)生器；實時中斷。HIT4000三軸運動控制器利用8031對LM628進行編程，采用

12位D／A輸出，提供±10V的輸出電壓。

    HIT4000控制器還提供了20路由光電隔離后的開關(guān)量輸入和16路由光電隔離后的開關(guān)量輸出，用于實際系統(tǒng)中相關(guān)的I／O點控制和檢測。為了提高系統(tǒng)的實時控制能力，系統(tǒng)擴展了8路外部中斷(不包括3路伺服中斷)，同時為了實時顯示系統(tǒng)運行狀態(tài)，系統(tǒng)配置了4位數(shù)字的狀態(tài)顯示器。

3  軟件結(jié)構(gòu)

    本控制器所設(shè)計的控制軟件，包括：

    (1)將用戶作業(yè)程序編擇為目標程序的編譯軟件。

    (2)將目標程序傳送到控制器的通信軟件。

    (3)使控制器實現(xiàn)單步或連續(xù)運行的調(diào)試軟件。

    (4)固化在控制器中的監(jiān)控程序。

    用戶作業(yè)程序要按照控制器提供的指令，根據(jù)應(yīng)用要求編寫，表1為HIT4000控制器提供的指令。

    除了表1所列的命令外，控制語言還提供了豐富的運算符，主要分為三大類。算術(shù)運算符、關(guān)系運算符和邏輯運算符、算術(shù)運算符包括+、一、×、／、％(取模)、∧(乘方)；關(guān)系運算符包括：>、<、=、；邏輯運算符包括：&(位邏輯與)、|(位邏輯或)、～(位邏輯非)。

    編譯軟件所要編譯的作業(yè)程序文件可以是在任何文本編輯環(huán)境下編輯的文本文件。編譯軟件除了要將命令的外部形式(助記符)轉(zhuǎn)化為內(nèi)部形式(以一字符量代替)以外，還對作業(yè)程序進行語法檢查，能夠指出錯誤類型與錯誤所在的行號。圖2為編譯軟件的程序框圖。

    通訊軟件與凋試軟件都是系統(tǒng)機或編程器通過串行通信與控制器傳遞數(shù)據(jù)或命令的軟件，只不過通信軟件負責(zé)完成將編澤生成的目標文件傳送給