一种独立型可编程三轴运动控制器

    董  春，刘  琨，富历新

    (哈尔滨工业大学，黑龙江  哈尔滨  150001)

摘  要：提出的独立型运动控制器，可通过手持编程器编写应用程序，也可在计算饥上编写应用程序，通过RS-232口送至控制器内．然后独立运行。文中讨论了硬件电路和软件编程设计，给出一应用实例。

美键词．运动控制；微处理器：程序设计

1  引  言

    独立型可编程运动控制器(PMC)是一种新型的机械运动控制装置，与可编程逻辑控制器(PLC)不同之处是它以运动控制为主，逻辑控制为辅，与基于总线的运动控制器不同之处是它不依赖于计算机，可独立操作。一个完整的可编程运动控制器一般要具有以下几个部分。

1．1  运动控制

    高精度的伺服电机、步进电机的运动控制，一般采用闭环方式。

1．2模拟和数字I／O

    用于像机械手爪、切割刀具、焊枪等工具的控制和限位开关、工位信号、故障状态等输入信号的检测。

1．3操作员接口

    用于建立作业程序、修改系统参数、显示运行状态等。研制的HIT4000三轴运动控制器具备上述功能，并有如下一些特点。

    (1)可实现三轴伺服电机的闭环控制。

    (2)内藏PLC，具有36点I／O能力。

    (3)通用RS232接口，可外接手持式编程器或计算机系统，将编辑好的作业程序输送到控制器的非易失性RAM中，控制器可独立运行。

    (4)控制器上有4位数字的状态显示器，以显示运行状态。

    (5)类似于BASlC的36条控制指令，便于掌握。

2  硬件结构

    图1虚框内为系统硬件功能框图。

    本系统选择了MCS-51系列中的8031作为整个控制器的控制核心，此外扩展了一片27256EPROM和一片6264RAM。EPROM主要用来存放系统的监控程序，SRAM主要用来存储由上位机传送的作业程序，并且具有掉电保护的功能。使作业程序不会由于掉电而丢失。

    利用专用精密运动控制芯片LM628来完成伺服控制，该芯片主要功能为：具有可编程数字PID控制算法；32位的位置、速度和加速度计数器；内部梯形速度轨迹函数发生器；实时中断。HIT4000三轴运动控制器利用8031对LM628进行编程，采用

12位D／A输出，提供±10V的输出电压。

    HIT4000控制器还提供了20路由光电隔离后的开关量输入和16路由光电隔离后的开关量输出，用于实际系统中相关的I／O点控制和检测。为了提高系统的实时控制能力，系统扩展了8路外部中断(不包括3路伺服中断)，同时为了实时显示系统运行状态，系统配置了4位数字的状态显示器。

3  软件结构

    本控制器所设计的控制软件，包括：

    (1)将用户作业程序编择为目标程序的编译软件。

    (2)将目标程序传送到控制器的通信软件。

    (3)使控制器实现单步或连续运行的调试软件。

    (4)固化在控制器中的监控程序。

    用户作业程序要按照控制器提供的指令，根据应用要求编写，表1为HIT4000控制器提供的指令。

    除了表1所列的命令外，控制语言还提供了丰富的运算符，主要分为三大类。算术运算符、关系运算符和逻辑运算符、算术运算符包括+、一、×、／、％(取模)、∧(乘方)；关系运算符包括：>、<、=、；逻辑运算符包括：&(位逻辑与)、|(位逻辑或)、～(位逻辑非)。

    编译软件所要编译的作业程序文件可以是在任何文本编辑环境下编辑的文本文件。编译软件除了要将命令的外部形式(助记符)转化为内部形式(以一字符量代替)以外，还对作业程序进行语法检查，能够指出错误类型与错误所在的行号。图2为编译软件的程序框图。

    通讯软件与凋试软件都是系统机或编程器通过串行通信与控制器传递数据或命令的软件，只不过通信软件负责完成将编泽生成的目标文件传送给