一種獨(dú)立型可編程三軸運(yùn)動(dòng)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(dú)立型運(yùn)動(dòng)控制器，可通過(guò)手持編程器編寫應(yīng)用程序，也可在計(jì)算饑上編寫應(yīng)用程序，通過(guò)RS-232口送至控制器內(nèi)．然后獨(dú)立運(yùn)行。文中討論了硬件電路和軟件編程設(shè)計(jì)，給出一應(yīng)用實(shí)例。
美鍵詞．運(yùn)動(dòng)控制；微處理器：程序設(shè)計(jì)
1 引 言
獨(dú)立型可編程運(yùn)動(dòng)控制器(PMC)是一種新型的機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制裝置，與可編程邏輯控制器(PLC)不同之處是它以運(yùn)動(dòng)控制為主，邏輯控制為輔，與基于總線的運(yùn)動(dòng)控制器不同之處是它不依賴于計(jì)算機(jī)，可獨(dú)立操作。一個(gè)完整的可編程運(yùn)動(dòng)控制器一般要具有以下幾個(gè)部分。
1．1 運(yùn)動(dòng)控制
高精度的伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)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(jī)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(hào)、故障狀態(tài)等輸入信號(hào)的檢測(cè)。
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(yùn)行狀態(tài)等。研制的HIT4000三軸運(yùn)動(dòng)控制器具備上述功能，并有如下一些特點(diǎn)。
(1)可實(shí)現(xiàn)三軸伺服電機(jī)的閉環(huán)控制。
(2)內(nèi)藏PLC，具有36點(diǎn)I／O能力。
(3)通用RS232接口，可外接手持式編程器或計(jì)算機(jī)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(dú)立運(yùn)行。
(4)控制器上有4位數(shù)字的狀態(tài)顯示器，以顯示運(yùn)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(gè)控制器的控制核心，此外擴(kuò)展了一片27256EPROM和一片6264RAM。EPROM主要用來(lái)存放系統(tǒng)的監(jiān)控程序，SRAM主要用來(lái)存儲(chǔ)由上位機(jī)傳送的作業(yè)程序，并且具有掉電保護(hù)的功能。使作業(yè)程序不會(huì)由于掉電而丟失。
利用專用精密運(yùn)動(dòng)控制芯片LM628來(lái)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(jì)數(shù)器；內(nèi)部梯形速度軌跡函數(shù)發(fā)生器；實(shí)時(shí)中斷。HIT4000三軸運(yùn)動(dòng)控制器利用8031對(duì)LM628進(jìn)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(shí)際系統(tǒng)中相關(guān)的I／O點(diǎn)控制和檢測(cè)。為了提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制能力，系統(tǒng)擴(kuò)展了8路外部中斷(不包括3路伺服中斷)，同時(shí)為了實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)運(yùn)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(jì)的控制軟件，包括：
(1)將用戶作業(yè)程序編擇為目標(biāo)程序的編譯軟件。
(2)將目標(biāo)程序傳送到控制器的通信軟件。
(3)使控制器實(shí)現(xiàn)單步或連續(xù)運(yùn)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(yǔ)言還提供了豐富的運(yùn)算符，主要分為三大類。算術(shù)運(yùn)算符、關(guān)系運(yùn)算符和邏輯運(yùn)算符、算術(shù)運(yùn)算符包括+、一、×、／、％(取模)、∧(乘方)；關(guān)系運(yùn)算符包括：>、<、=、；邏輯運(yùn)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(duì)作業(yè)程序進(jìn)行語(yǔ)法檢查，能夠指出錯(cuò)誤類型與錯(cuò)誤所在的行號(hào)。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(jī)或編程器通過(guò)串行通信與控制器傳遞數(shù)據(jù)或命令的軟件，只不過(guò)通信軟件負(fù)責(zé)完成將編澤生成的目標(biāo)文件傳送給 |
