0 引言

　　運動控制是根據(jù)上位數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的命令來控制電機運動的方法，在數(shù)控系統(tǒng)中占據(jù)重要的位置。目前，國外有關(guān)運動控制方面的技術(shù)研究已經(jīng)比較成熟。

　　相對而言，我國在運動控制領(lǐng)域的研究起步較晚，在穩(wěn)定性、可靠性和實用性方面都仍存在問題。開放式數(shù)控制碼系統(tǒng)主要是在小零件上制作標(biāo)記的加工過程，對速度要求高、位置要求準(zhǔn)確。根據(jù)中國國情，為開放式數(shù)控制碼系統(tǒng)開發(fā)一款成本低廉、功能完備穩(wěn)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(shù)控系統(tǒng)的組成

　　開放式數(shù)控系統(tǒng)分軟件系統(tǒng)和硬件結(jié)構(gòu)兩部分。軟件系統(tǒng)就是安裝在PC主機上控制開放式數(shù)控制碼機運作的程序；硬件部分主要由負(fù)責(zé)人機操作的PC電腦主機、PCI光電隔離運動控制卡、硬件驅(qū)動器和開放式數(shù)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(tǒng)發(fā)出制碼指令，指令通過PCI光隔卡轉(zhuǎn)換成高低電平信號，硬件驅(qū)動器再將高低電平信號的電壓放大，最后驅(qū)動制碼機中的三個步進(jìn)電機進(jìn)行加工制碼。

圖2 制碼的整個流程

　　整個制碼過程中，系統(tǒng)的運行性能及控制精度都與PCI光電隔離運動控制卡的設(shè)計息息相關(guān)。因此，開放式數(shù)控制碼系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵就是PCI光電隔離運動控制卡的改造設(shè)計 。

　　PCI光隔運動控制卡的主要功能是負(fù)責(zé)制碼機與PC機之間的數(shù)據(jù)通信，將PC機中的輸入輸出信號以高低電平的方式進(jìn)行傳輸，該卡是嵌入于PC機的主板上聯(lián)合運作的。

　　硬件驅(qū)動器主要負(fù)責(zé)是將PCI光隔卡輸出的高低電平信號放大，足以驅(qū)動制碼機運轉(zhuǎn)，主要包括穩(wěn)壓器、放大電路等。開放式數(shù)控制碼機里包含三相六拍的步進(jìn)電機三個，分別用來控制制碼機的刀架轉(zhuǎn)動、刀架上下移動和被加工零件架的轉(zhuǎn)動。

2 運動控制卡

　　開放式數(shù)控制碼系統(tǒng)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(guān)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(qū)動24V/200mA或12V/200mA負(fù)載，采用光隔離技術(shù)，實現(xiàn)16路開關(guān)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(yīng)用光電隔離技術(shù)，各輸入輸出開關(guān)量相互獨立，從而實現(xiàn)16路電壓型開關(guān)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(yīng)不同電壓的開關(guān)量輸入。

　　PCI-7505包括開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出、PCI-ISA總線轉(zhuǎn)換橋電路和地址譯碼及數(shù)據(jù)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(wù)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(guān)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(xiàn)對步進(jìn)電機的控制。

　　再則，現(xiàn)使用的制碼機中是36伏的穩(wěn)壓電源；PC中的制碼控制程序發(fā)出高電平輸出信號，經(jīng)PCI光隔卡輸出10V電壓，再進(jìn)入驅(qū)動器，經(jīng)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(jìn)入驅(qū)動器的電壓達(dá)到10V，則需對PCI光電隔離運動控制卡進(jìn)行改造設(shè)計。

3 運動控制卡的改造設(shè)計

　　3.1 實現(xiàn)TTL電平輸出

　　宏拓PCI-7505光隔卡出廠時默認(rèn)為功率輸出方式，而我們開放式數(shù)控制碼系統(tǒng)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(qū)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(qū)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(xiàn)TTL電平輸出。

　　3.2 實現(xiàn)放大驅(qū)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(shù)，經(jīng)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(jīng)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(chǎn)生大于1mA的電流，經(jīng)改造過的PCI卡中的光偶器件可輸出10V電壓，再通過硬件驅(qū)動器進(jìn)行放大，從而驅(qū)動開放式數(shù)控制碼機運作。

4 實驗結(jié)果

　　在開放式數(shù)控制碼系統(tǒng)運行的一年中，零件制碼加工運作完全正常，成功率達(dá)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(fā)事件的發(fā)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(shè)計，不但能很好的應(yīng)用于開放式數(shù)控制碼系統(tǒng)中，而且還大大降低了成本，實現(xiàn)了一個經(jīng)濟(jì)型的開放式數(shù)控制碼系統(tǒng)，具有較高的實用價值。