基于VC的多軸運(yùn)動(dòng)控制器網(wǎng)絡(luò)控制應(yīng)用

摘 要：闡述了網(wǎng)絡(luò)控制的原理和特點(diǎn)，分析了目前比較先進(jìn)的基于VC分布式組件技術(shù)(DCOM技術(shù))的網(wǎng)絡(luò)控制應(yīng)用方法，并以多軸運(yùn)動(dòng)控制器GT-400-SV為例，介紹其編程方法與應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)控制；多軸運(yùn)動(dòng)控制器；DCOM
1引言
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，尤其是Internet/Intranet的普及，人們對(duì)工業(yè)系統(tǒng)的過(guò)程控制提出了越來(lái)越高的要求，控制應(yīng)當(dāng)不僅僅局限于現(xiàn)場(chǎng)控制，它們應(yīng)該與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)尤其是Internet/Intranet技術(shù)相結(jié)合，通過(guò)它們遠(yuǎn)程對(duì)實(shí)際控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。網(wǎng)絡(luò)控制的應(yīng)用非常廣泛，如遠(yuǎn)程控制數(shù)控機(jī)床、遙作機(jī)器人。另外對(duì)于工作在有毒、有害、有危險(xiǎn)的環(huán)境下的控制系統(tǒng)更具有實(shí)際意義。
2基于Internet的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)
網(wǎng)絡(luò)控制，即網(wǎng)絡(luò)化的控制，是指在某個(gè)區(qū)域內(nèi)一些現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、控制及操作設(shè)備和通信線路的集合中，用以提供設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸，使該區(qū)域內(nèi)不同地點(diǎn)的用戶(hù)實(shí)現(xiàn)資源共享和協(xié)調(diào)操作。網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：
(1) 網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)。它支持如總路線型、星型、樹(shù)型等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，與分層控制系統(tǒng)的遞階結(jié)構(gòu)相比，顯得更加扁平與穩(wěn)定。
(2) 智能化節(jié)點(diǎn)。帶有CPU的智能化節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息傳輸和功能協(xié)調(diào)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是組成網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的1個(gè)細(xì)胞，且具有各自相對(duì)獨(dú)立的功能。
(3) 更好、更完全地實(shí)現(xiàn)了ISO7層模型，大大提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性。網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)使原先由中央控制器實(shí)現(xiàn)的任務(wù)下放到智能化現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備上執(zhí)行，這使危險(xiǎn)因素得到分散，從而提高了系統(tǒng)的可靠性和安全性。在網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中，各節(jié)點(diǎn)都是智能體，具有計(jì)算、分析、處理和通信的能力，能對(duì)其管轄范圍內(nèi)發(fā)生的事件做出反應(yīng)并提供控制。
(4) 混合的通信媒介。可以使用雙絞線、同軸電纜、光纖、無(wú)線電射頻、紅外線等等。
基于Internet/Intranet的分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，就是將自動(dòng)控制技術(shù)和Internet/Intranet技術(shù)相結(jié)合，使控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和Internet/Intranet網(wǎng)絡(luò)互連，從而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)控制信息在Internet/Intranet上實(shí)時(shí)共享和在Internet/Intranet上對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備功能的在線編程。
3多軸運(yùn)動(dòng)控制器GT\|400\|SV
GT-400-SV是固高公司開(kāi)發(fā)的高性能伺服運(yùn)動(dòng)控制器，它可以同步控制4個(gè)運(yùn)動(dòng)軸，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的多軸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)。其核心由ADSP2181數(shù)字信號(hào)處理器和FPGA組成，實(shí)現(xiàn)高性能的控制計(jì)算。它廣泛應(yīng)用于包括機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、裝配線等領(lǐng)域。
GT-|400-SV運(yùn)動(dòng)控制器以IBM\|PC及其兼容機(jī)為主機(jī)，提供標(biāo)準(zhǔn)的ISA總線或PCI總線，方便用戶(hù)配置系統(tǒng)硬件。該運(yùn)動(dòng)控制器提供C語(yǔ)言函數(shù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能，用戶(hù)能夠?qū)⑦@些控制函數(shù)靈活地與自己控制系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)處理、界面顯示、用戶(hù)接口等部分集成在一起，建立符合特定應(yīng)用要求的控制系統(tǒng)。
PC機(jī)通過(guò)主機(jī)通訊接口與GT-400-SV運(yùn)動(dòng)控制器交換信息。包括向運(yùn)動(dòng)控制器發(fā)出運(yùn)動(dòng)控制指令，并通過(guò)該接口獲取運(yùn)動(dòng)控制器的當(dāng)前狀態(tài)和相關(guān)控制參數(shù)。運(yùn)動(dòng)控制器完成實(shí)時(shí)軌跡規(guī)劃、位置閉環(huán)伺服控制、主機(jī)命令處理和控制器I/O管理。運(yùn)動(dòng)控制器通過(guò)編碼器接口，獲得運(yùn)動(dòng)位置反饋信息，通過(guò)4路模擬電壓輸出（或脈沖輸出）接口，控制伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)主機(jī)要求的運(yùn)動(dòng)。
運(yùn)動(dòng)控制器還提供8路限位開(kāi)關(guān)（每軸2路）輸入，4路原點(diǎn)開(kāi)關(guān)（每軸1路）輸入，4路伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器報(bào)警信號(hào)（每軸1路）輸入，4路伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器使能信號(hào)（每軸1路）輸出，4路伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器復(fù)位信號(hào)（每軸1路）輸出以及16路通用數(shù)字量輸出接口、16路通用數(shù)字量輸入接口。實(shí)現(xiàn)復(fù)雜靈活的運(yùn)動(dòng)控制。
4VC環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)控制應(yīng)用
基于VC的網(wǎng)絡(luò)控制二維教學(xué)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示。

遠(yuǎn)程控制端主機(jī)通過(guò)局域網(wǎng)或Internet控制與工作站連接的二維教學(xué)平臺(tái)的動(dòng)作。各工作站帶有PCI總線接口的GT-400-SV多軸運(yùn)動(dòng)控制器，用以控制二維平臺(tái)。運(yùn)動(dòng)控制軟件包括2個(gè)部分：遠(yuǎn)程控制模塊和工作站服務(wù)模塊。
4.1遠(yuǎn)程控制與通訊
遠(yuǎn)程機(jī)的控制界面，如圖2所示。它控制2臺(tái)異地平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，可分別獨(dú)立控制各平臺(tái)的畫(huà)圓、橢圓、五角星等操作。工作站與控制機(jī)之間為Server/Client模式，工作站為服務(wù)器，控制機(jī)為客戶(hù)。兩者之間的通信基于VC的分布式組件(DCOM)技術(shù)，如圖3所示。工作站上的1組運(yùn)動(dòng)程序形成1個(gè)組件。控制程序的相應(yīng)操作通過(guò)基于分布式COM協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)調(diào)用該組件的接口，從而執(zhí)行1組特定的運(yùn)動(dòng)程序。同時(shí)與各工作站相連的電機(jī)的運(yùn)動(dòng)位置信息，定期(如20ms)返回到控制主機(jī)，這樣，在控制主機(jī)上可以實(shí)時(shí)監(jiān)控各平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)情況。整個(gè)控制軟件的模塊流程，如圖4所示。

4.2工作站運(yùn)動(dòng)控制程序
由于GT\|400\|SV提供完整的C語(yǔ)言靜態(tài)庫(kù)(GT400.LIB)和動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)(GT400.DLL)庫(kù)文件，通過(guò)VC編寫(xiě)多軸運(yùn)動(dòng)控制器的運(yùn)動(dòng)程序較為方便。以下為部分GT\|400\|SV多軸運(yùn)動(dòng)控制器的設(shè)置和運(yùn)動(dòng)的代碼。
4.2.1多軸運(yùn)動(dòng)控制器初始化(其中error()為自定義報(bào)錯(cuò)函數(shù))
rtn=GT-Open();error(rtn);//打開(kāi)控制卡
rtn=GT-Reset();error(rtn);//總復(fù)位
rtn=GT-SetSmplTm(162);error(rtn);//設(shè)置伺服時(shí)間為162μs
rtn=GT-EncSns(3);error(rtn);//設(shè)置編碼方式
rtn=GT-LmtSns(0);error(rtn);//設(shè)置限位開(kāi)關(guān)有效電平為高電平時(shí)觸發(fā)
rtn=GT-SetIntrTm(1000);error(rtn);//設(shè)置控制器定時(shí)中斷的時(shí)間常數(shù)
rtn=GT-Axis(1);error(rtn);//選定控制軸1為當(dāng)前軸
rtn=GT-SetKp(10);error(rtn);//比例增益
rtn=GT-SetKi(2);error(rtn);//積分增益
rtn=GT-SetKd(60);error(rtn);//微分增益
rtn=GT-Update();error(rtn);//使以上參數(shù)設(shè)置有效
rtn=GT-PrflS();error(rtn);//S運(yùn)動(dòng)控制模式
rtn=GT-ClrSts();error(rtn);//清狀態(tài)寄存器
rtn=GT-AxisOn();error(rtn);//控制軸1閉環(huán)
4.2.2部分運(yùn)動(dòng)代碼(radius的值由界面輸入)
#define COEF 10000
double cnt1[5]={c1,0,0,0,0};
double cnt2[5]={0,c2,0,0,0};
rtn=GT-MapAxis(1,cnt1);//從控制軸到坐標(biāo)系的映射
rtn=GT-MapAxis(2,cnt2);
rtn=GT-StrtList();//開(kāi)始緩沖區(qū)命令輸入
rtn=GT-MvXY(radius*COEF,0,7,0.001);//以指定的速度和加速度運(yùn)動(dòng)到指定位置
rtn=GT-ArcXY(radius*COEF,radius*COEF,-360);//畫(huà)橢圓
rtn=GT-LnXY(COEF,0);
rtn=GT-LnXY(0,0);//回原點(diǎn)
rtn=GT-EndList();//結(jié)束緩沖區(qū)命令輸入
rtn=GT-StrtMtn();//開(kāi)始緩沖區(qū)命令執(zhí)行
5 結(jié)束語(yǔ)
基于VC下的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)接口，友好、操作簡(jiǎn)單，并且穩(wěn)定性好、可靠性高。它具有極為廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，可應(yīng)用于遠(yuǎn)程控制多自由度機(jī)器人，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)等。