运动控制卡明书

第一章概述1.1PCI_SERVO4四轴运控卡的软硬件简介PCI_SERVO4四轴运控卡是基于PC机PCI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方面的工作（例如键盘和鼠标的管理、系统状态的显示、控制指令的发送、外部信号的监控等等）；该卡完成运动控制的所有细节（包括脉冲和方向信号的输出、自动升降速的处理、原点和限位等信号的检测等等）。每块该卡可控制4轴步进电机或数字式伺服电机，并支持多卡共用，以实现多于四个运动轴的控制；每轴均可输出脉冲和方向信号，以控制电机的运转；同时，可外接原点、减速、限位等开关信号，以实现回原点、保护等功能，这些开关信号由该卡自动检测并作出反应。另外，该卡还提供了适用于伺服系统的伺服使能和偏差清零信号接口，以及供用户使用的通用I/O接口。该卡采用先进的专用控制芯片，具有梯形及S形升降速曲线，最高输出频率可达4MHz，带有编码器反馈端口，主要适用于数字式交流伺服系统或闭环的步进电机控制系统。该卡配备了功能强大、内容丰富的运动控制驱动软件工具。该卡在插补算法和运动函数的执行效率方面采用了更有效的方法，提高了插补精度、插补速度和实时性。这些软件工具主要分为示范软件和运动函数库两大类。利用PCI_SERVO4的示范软件既可以很快地熟悉该卡的软、硬件功能，又可以方便快捷地测试执行电机及驱动系统在完成各种运动时的性能特性。该卡运动函数库用于二次开发，用户只要用VC＋＋或VisualBasic等支持DLL调用的开发工具编制所需的用户界面程序，并把它与该卡运动库链接起来，就可以开发出自己的控制系统，例如：数控系统、检测设备、自动生产线等。该卡的运动函数库能够完成与运动控制有关的复杂细节（比如：升降速、直线插补、圆弧插补等），这样就可以大大缩短控制系统的开发周期。1.2PCI_SERVO4的结构PCI_SERVO4控制卡作为开发运动控制系统的平台，其结构是开放式的。该卡插在PC机PCI扩展槽内使用，同时使用控制卡的数量和各卡上的控制轴数可方便地配置；PCI_SERVO4卡提供了功能强大的运动控制函数库，并可以充分利用PC机现有的资源来开发完美的运动控制系统。PCI_SERVO4控制卡的结构示意图如下：PCI总线PCI接口芯片运动控制专用芯片光耦驱动器电机编码器光耦DBABCB轴数据I/O金手指运动控制芯片和外围电路PCI接口电路1.3PCI_SERVO4的技术特性和使用范围PCI_SERVO4控制卡主要特征有：开放式结构、使用简便、功能丰富、可靠性高等。PCI_SERVO4的特征体现在硬件和软件两个方面：在硬件方面采用PC机的PCI总线方式，适用范围广，卡上无需进行任何跳线设置，所有资源自动配置，在Windows98及Windows2000操作系统中支持即插即用，使用非常方便；PCI_SERVO4的接线方式采用SISC型插头，可使用屏蔽线缆，并且所有的输入、输出信号均用光电隔离，提高了控制卡的可靠性和抗干扰能力；在软件方面提供了丰富的运动控制函数库，以满足不同的应用要求。用户只需根据控制系统的要求编制人机界面，并调用PCI_SERVO4运动函数库中的指令函数，就可以开发出既满足要求又成本低廉的多轴运动控制系统。PCI_SERVO4的技术指标主要有：1.运动方式单轴独立运动，速度控制，加速度控制，加速度率控制，任意三轴高精度插补联动，位插补模式运动。可编程S曲线运动模式，实现平滑的运动过程。可编程的梯形曲线运动模式，实现高精度的位置控制。具有捕获原位的功能，实现高精度的位置锁存。2.输入输出4路脉冲/方向或正脉冲/负脉冲信号输出接口，速度最高为4MHz。4路光电隔离驱动器使能信号输出接口。4路光电编码器信号接口，32位计数器，光电隔离施密特缓冲输入。8路光电隔离限位开关信号输入接口。4路光电隔离原位信号输入接口。4路光电隔离驱动器报警信号输入接口。4路光电隔离驱动器到位信号输入接口。8路通用输入接口。8路通用输出接口。3.抗干扰措施四轴电源相互独立信号输入输出光电隔离4.通讯方式标准PCI总线通讯方式5.系统软件用户接口函数库WindowsXP设备驱动程序用户示例程序正是由于PCI_SERVO4的开放式结构，使之应用范围十分广泛，在由步进电机和数字式伺服电机组成的基于PC机的运动控制系统中，都可以使用PCI_SERVO4作为核心控制单元，例如：数控机床、加工中心、机器人等；X-Y-Z控制台；绘图仪、雕刻机、印刷机械；送料装置、云台；打标机、绕线机；医疗设备；包装机械、纺织机械；等等。1.4PCI_SERVO4的运动控制功能PCI_SERVO4控制卡的运动控制功能主要取决于运动函数库。运动函数库为单轴及多轴的步进或伺服控制提供了许多运动函数：单轴运动、多轴独立运动、多轴插补运动等等。1.4.1单轴运动控制PCI_SERVO41.4.2多轴独立运动控制1.4.3多轴插补运动控制1.4.4光码盘反馈和其它能力第二章控制卡的安装2.1硬件安装PCI_SERVO4控制卡对PC机的硬件要求十分简单：能安装Windows2000及以上操作系统，并带有PCI插槽的486以上机型即可，建议使用更高主频的Pentium及以上机型以获取更好的性能。为了整个控制系统的可靠性，建议使用工控PC机。PCI_SERVO4卡基于PCI总线，因此卡上无需进行跳线设置。为了保证安全，插卡时应按照下列步骤操作：1)关PC机，并切断电源；2)打开PC机箱，选择未用的扩展槽，并插入PCI_SERVO4控制卡；3)固定PCI_SERVO4控制卡，并盖好PC机；4)连接PCI_SERVO4与电机驱动器等；5)接上电源，并启动PC机。2.2软件安装2.2.1驱动程序安装和使用插入运动控制卡，启动电脑，进入操作系统后，计算机提示找到新硬件，如果没有提示则打开设备管理器，右键选择“扫描硬件改动”，扫描后会提示找到新硬件，按要求加载安装信息文件和驱动程序，根据提信息，打开驱动文件所在的文件夹，找到所编制的安装文件Pci9052.inf，然后根据安装文件提供的驱动序信息，系统自动安装驱动程序Pci9052.sys。安装后重新启动系统，所安装的驱动程序便可以正常的工作了。驱动的使用方法可以参考示例程序。2.2.2运动函数库安装和使用可以参考4.1.2章的DLL的显示链接和示例程序。2.3PCI_SERVO4接口PCI_SERVO4控制卡采用100芯SISC接口，外接线可采用屏蔽线缆，以提高控制卡的抗干扰能力。其中开关量信号（原点、减速、限位以及I/O信号等）采用5DCV光电隔离；脉冲量信号（脉冲、方向、编码器反馈等）采用5DCV高速光电隔离。2.3.1信号接口定义PCI_SERVO4卡SISC100的接口定义为：编号名称定义ZH编号名称定义51EX5VXX轴+5V外部电源正50EX5VXX轴+5V外部电源正～52GNDXX轴+5V外部电源地49GNDXX轴+5V外部电源地53SDIRXX轴方向输出48XALRMX轴报警输入54SDATAXX轴脉冲输出47XLMTPX轴正向限位输入55XENABLEX轴使能输出46XLMTMX轴负向限位输入56XINPOSX轴到位信号输入45XORGIN回原点57XSTATEX轴的准备状态44XENCAX轴编码器A/脉冲+入58NC43XENCBX轴编码器B/脉冲-入59EX5VYY轴+5V外部电源正42EX5VYY轴+5V外部电源正60GNDYY轴+5V外部电源地41GNDYY轴+5V外部电源地61SDIRYY轴方向输出40YALARMY轴报警输入62SDATAYY轴脉冲输出39YLMTPY轴正向限位输入63YENABLEY轴使能输出38YLMTMY轴负向限位输入64YINPOSY轴到位信号输入37YORGIN65YSTATE36YENCAY轴编码器A/脉冲+入66NC35YENCBY轴编码器B/脉冲-入67OS1通用输出(与OS2构成开关型输出)34OS2通用输出(与OS1构成开关型输出))68OS3通用输出(与OS4)33OS4通用输出(与OS3)69OS5通用输出(与OS6)32OS6通用输出(与OS5)70OS7通用输出(与OS8)31OS8通用输出(与OS7)71OS9通用输出(与OS10)30OS10通用输出(与OS9)72OS11通用输出(与OS12)29OS12通用输出(与OS11)73OS13通用输出(与OS14)28OS14通用输出(与OS13)74OS15通用输出(与OS16)27OS16通用输出(与OS15)75NC26NC76IOINP2通用输入2+25IOINP1通用输入1+77IOINN2通用输入2-24IOINN1通用输入1-78IOINP4通用输入4+23IOINP3通用输入3+79IOINN4通用输入4-22IOINN3通用输入3-80IOINP6通用输入6+21IOINP5通用输入5+81IOINN6通用输入6-20IOINN5通用输入5-82IOINP8通用输入8+19IOINP7通用输入7+83IOINN8通用输入8-18IOINN7通用输入7-84NC17NC85EX5VZZ轴+5V外部电源正16EX5VZZ轴+5V外部电源正86GNDZZ轴+5V外部电源地15GNDZZ轴+5V外部电源地87SDIRZZ轴方向输出14ZALARMZ轴报警输入88SDATAZZ轴脉冲输出13ZLMTPZ轴正向限位输入89ZENABLEZ轴使能输出12ZLMTMZ轴负向限位输入90ZINPOSZ轴到位信号输入11ZORGIN91ZSTATE10ZENCAZ轴编码器A/脉冲+入92NC9ZENCBZ轴编码器B/脉冲-入93EX5VUU轴+5V外部电源正8EX5VUU轴+5V外部电源正94GNDUU轴+5V外部电源地7GNDUU轴+5V外部电源地95SDIRUU轴方向输出6UALRMU轴报警输入96SDATAUU轴脉冲输出5ULMTMU轴正向限位输入97UENABLEU轴使能输出4UORGINU轴负向限位输入98UINPOSU轴到位信号输入3UORGIN99USTATE2UENCAU轴编码器A/脉冲+入100NC1UENCBU轴编码器B/脉冲-入注：NC为空连接红色标记的nINPOS（XYZU）硬件连接有错，它和nState共用了一条线2.3.2接线方法接线方法可以参看电路图。第三章运动控制系统的开发3.1开发Windows下的运动控制系统利用PCI_SERVO4的动态链接库（DLL），开发者可以很快开发出Windows平台下的运动控制系统。PCI_SERVO4动态链接库是标准的Windows32位动态链接库，选用的开发工具应支持Windows标准的32位DLL调用。以下介绍如何利用两种常用的开发工具MicrosoftVisualBasic和MicrosoftVisualC++开发基于Windows平台的运动控制程序3.1.1开发VisualBasic控制程序1.概述2.动态链接库函数调用方法3.演示示例程序的使用3.1.2用VisualC++开发控制程序1.开发环境用户可以使用VC6.0或更高版本，来进行Windows平台下运动控制系统开发。2.动态链接库函数调用方法在VC中调用动态链接库DLL中函数有两种方法：1)隐式调用隐式调用需要如下文件：DLL函数声明头文件PCI_SERVO4.h；编译连接时用的导入库文件PCI_SERVO4.lib；动态链接库文件PCI_SERVO4.dll；设备驱动程序PCI_SERVO4.sys；注：对于以上的调用方法可以参考MFC中关于对DLL调用的那一章2)显式调用显式调用只需要如下文件：动态链接库文件PCI_SERVO4.dll；设备驱动程序PCI_SERVO4.sys。显式链接是应用程序在执行过程中随时可以加载DLL文件，也可以随时卸载DLL文件，这是隐式链接所无法做到的，所以显式链接具有更好的灵活性。它需要调用Windo