0 引言
運動控制是根據上位數控系統發出的命令來控制電機運動的方法，在數控系統中占據重要的位置。目前，國外有關運動控制方面的技術研究已經比較成熟。
相對而言，我國在運動控制領域的研究起步較晚，在穩定性、可靠性和實用性方面都仍存在問題。開放式數控制碼系統主要是在小零件上制作標記的加工過程，對速度要求高、位置要求準確。根據中國國情，為開放式數控制碼系統開發一款成本低廉、功能完備穩定、效果良好的運動控制卡是十分可行和必要的。
1 開放式數控系統的組成
開放式數控系統分軟件系統和硬件結構兩部分。軟件系統就是安裝在PC主機上控制開放式數控制碼機運作的程序；硬件部分主要由負責人機操作的PC電腦主機、PCI光電隔離運動控制卡、硬件驅動器和開放式數控制碼機四部分組成，如圖1。
如圖2為給零件加工制碼的整個流程，先由PC機上的開放式制碼系統發出制碼指令，指令通過PCI光隔卡轉換成高低電平信號，硬件驅動器再將高低電平信號的電壓放大，最后驅動制碼機中的三個步進電機進行加工制碼。
圖2 制碼的整個流程
整個制碼過程中，系統的運行性能及控制精度都與PCI光電隔離運動控制卡的設計息息相關。因此，開放式數控制碼系統硬件結構設計的關鍵就是PCI光電隔離運動控制卡的改造設計 。
PCI光隔運動控制卡的主要功能是負責制碼機與PC機之間的數據通信，將PC機中的輸入輸出信號以高低電平的方式進行傳輸，該卡是嵌入于PC機的主板上聯合運作的。
硬件驅動器主要負責是將PCI光隔卡輸出的高低電平信號放大，足以驅動制碼機運轉，主要包括穩壓器、放大電路等。開放式數控制碼機里包含三相六拍的步進電機三個，分別用來控制制碼機的刀架轉動、刀架上下移動和被加工零件架的轉動。
2 運動控制卡
開放式數控制碼系統中的運動控制卡采用了宏拓PCI-7505光隔16路輸入/16路輸出開關量板。
PCI-7505板主要有TTL電平輸出和功率輸出兩種方式，輸出端最大功率可驅動24V/200mA或12V/200mA負載，采用光隔離技術，實現16路開關量獨立輸出。PCI-7505光隔卡采用的是共地方式，不需要外接電源，由于應用光電隔離技術，各輸入輸出開關量相互獨立，從而實現16路電壓型開關量的并行輸入，所以在光隔板上的光耦器件焊接上合適的限流電阻，使其輸入電流維持在4mA左右，便能適應不同電壓的開關量輸入。
PCI-7505包括開關量輸入、開關量輸出、PCI-ISA總線轉換橋電路和地址譯碼及數據鎖存四大功能模塊，如圖3所示。光電隔離芯片采用的是電流方式工作，電流務必保持4mA左右，因此，在電流不變的前提下，改變限流電阻的阻值，便可改變開關量輸入信號電壓。信號值“1”表示高電壓信號，信號值“0”表示低電壓信號。
首先，利用PCI光電隔離卡來控制制碼機運作，需要的是TTL電平輸出方式，通過高低電平信號的變換來實現對步進電機的控制。
再則，現使用的制碼機中是36伏的穩壓電源；PC中的制碼控制程序發出高電平輸出信號，經PCI光隔卡輸出10V電壓，再進入驅動器，經放大電路放大到36V，帶動制碼機制碼。PCI光隔卡采用TTL電平輸出方式時，其輸出電壓為5V，要使其進入驅動器的電壓達到10V，則需對PCI光電隔離運動控制卡進行改造設計。
3 運動控制卡的改造設計
3.1 實現TTL電平輸出
宏拓PCI-7505光隔卡出廠時默認為功率輸出方式，而我們開放式數控制碼系統中需要的是TTL電平輸出方式，所以首先需要將PCI光隔卡改造為TTL電平輸出方式。
具體方法是將功率驅動芯片MC1416卸下，將其插座上除8，9腳之外的所有輸入輸出腳用短路線端短接，如圖4中各腳之間的短接示意圖。然后將PCI板卡上其它二塊相同的功率驅動芯片，都采用圖4中相同的方法短接改造。
這樣改造之后，可使光隔離輸出的信號直接送到XS1輸出端，來實現TTL電平輸出。
3.2 實現放大驅動器電壓的方法
PCI-7505卡輸入輸出信號的傳送都采用光電隔離技術，經過多次嘗試和試驗操作測試，可以將一個30k的上拉電阻焊接在短接的MC1416各端（除8，9腳）與外接電源端之間，通過焊接的30K上拉電阻來增大輸出電阻，從而使輸出電壓由5V放大到10V。
經過焊接上拉電阻的方法改造之后，外接36V電壓的PCI光隔卡，會產生大于1mA的電流，經改造過的PCI卡中的光偶器件可輸出10V電壓，再通過硬件驅動器進行放大，從而驅動開放式數控制碼機運作。
4 實驗結果
在開放式數控制碼系統運行的一年中，零件制碼加工運作完全正常，成功率達95%，速度和精度的要求都完全合格，下位機中各種故障及突發事件的發生，也能即時通過此次改造的運動控制卡將信號傳遞回上位機。
此次運動控制卡的改造設計，不但能很好的應用于開放式數控制碼系統中，而且還大大降低了成本，實現了一個經濟型的開放式數控制碼系統，具有較高的實用價值。
(審核編輯: 智匯張瑜)
分享
