凹版印刷機干燥測試平臺運動控制卡選型

常見的機電控制系統多為微機負責通訊下，微機負責電機驅動來實現機電系統的控制。運動控制卡是基于PC總線的一種高性能的步進/伺服電機運動控制卡，它可以利用大規模可編程器件及高性能微處理器（如DSP等）實現多個伺服電機多軸的協調控制。包括數字輸入、數字輸出、脈沖輸出、脈沖計數及D/A輸出等功能，它可以發出高頻率的連續脈沖串。電機的位置可以通過改變發出的脈沖數量來控制，電機的速度可以通過改變發出的脈沖頻率來控制，脈沖輸出模式有脈沖+方向、正反脈沖這兩種方式。可用脈沖計數作為編碼器的位置反饋，由脈沖數量來提供機器的準確位置，進而便于糾正在傳動過程中所產生的誤差。數字輸入、輸出點可用于原點開關、限位等。庫函數包括T型、S型加速，多軸聯動、圓弧插補和直線插補函數等。把硬件和運動控制的底層軟件集成在一起，可實現伺服電機控制所需要的各種位置和速度控制功能，同時這些功能還可以通過計算機方便地調用。由于這些特點在工業自動化控制領域中，如需要定長和定位的位置控制系統以及基于PC機的NC控制系統，已被廣泛應用。

一、運動控制卡選型步驟

運動控制卡一般可按照如下步驟來選型：

步：首先需要確定控制卡的總線類型。

一般PC機的總線類型為PCI或ISA總線。PCI總線系統需要有安裝在PCI插槽內的PCI控制卡。PCI插槽是當前臺式機主板上面帶有較多數量的插槽類型。ISA總線即工業標準體系結構是IBM公司為PC/AT電腦而制定的總線標準。

第二步：確定運動的軸數。一般單卡可控制兩軸，如果運動需要使用四軸以上的多卡控制則需要考慮各軸間的聯動關系。

第三步：確定系統的性能要求。需要確定比如圓弧、直線、連續插補以及輸出脈沖和是否需要模擬量控制等。

第四步：確定是否處理模擬量。標準運動控制卡沒有模擬量處理的功能，系統如果想具備處理模擬量的功能，就需要配合帶有模擬量處理功能的輔助卡。通過以上四個步驟就可以確定所選控制卡的類型。此外，通常情況下還可以參照一個這樣的約定，即PC機在Windows的環境下，一般選用PCI、USB以及ISA卡。本課題項目擬實現與LabVIEW開發平臺的無縫結合，即通過LabVIEW的開發平臺測試軟件來實現定位控制和數據采集的控制。因此選用的控制卡在滿足一般選型要求的同時還必須支持LabVIEW開發環境。同時為了能和手提電腦結合以便于操作和現場控制調試，選用USB接口的運動控制卡會更好。

二、控制卡與電機驅動主要匹配參數

1、控制脈沖的種類

控制脈沖信號是控制電機驅動器的，不同類型的脈沖信號控制電機驅動器的方式不同，當控制脈沖類型與控制電機的驅動不相匹配時可能不能正常地驅動電機。電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數，不受負載變化的影響[31]。常用的控制脈沖有正反轉控制脈沖與脈沖加方向這兩種類型。正反轉控制脈沖(CW/CCW)是雙脈沖的控制方式。兩根線都作為脈沖信號輸出線，CW是正轉脈沖信號，CCW是反轉脈沖信號，通常兩信號的相位差為90度，通過相位的超前或滯后來控制旋轉方向，而脈沖數量決定電機的轉動角度。脈沖加方向信號(CP/DIR)是單脈沖的控制方式，脈沖信號決定電機的轉動角度，而方信號是電平信號，如需要正轉就加高電平，需要反轉就加低電平。當電機向一個方向運轉時，控制信號只用保持原有的電平不需改變。這兩種類型脈沖控制均可以控制電機的運轉，如果要作控制系統的話，用方向脈沖控制方式會簡單些，但是具體選用哪種控制脈沖形式主要依據驅動器，一般所有的電機驅動器都支持脈沖加方向控制信號，有些低端的驅動器不一定均支持CW/CCW類型控制脈沖信號。作為差分信號的CW/CCW抗干擾能力與傳輸距離方面的性能更高。

2、源極與漏極的選擇

源型是設備需自帶供電電源，具有輸入驅動源與輸出點具有電源。源型輸入是模塊對外電路提供電源，即輸入端子電流的方向是由模塊內部流出。漏型是設備沒有自帶供電電源，需要外部給輸入點的驅動提供電源。漏型輸入的輸入端子電流方向是從外部流入模塊的，輸出的是無源的觸點信號。一般是幾個輸入點公用同一COM點，由于源型設備有自帶的驅動電源，因此在接線時只需把輸入點和com點短接即可。而漏型需要外接的電源才可以驅動輸入。使用光電開關輸入時，需要正確的選擇源型及漏型輸入。光電開關若為PNP形式，則應選擇源型輸入；若為NPN形式時，則需選擇漏型輸入，否則不能匹配。

3、控制卡型號的確定

※、控制卡型號初選

阿爾泰USB1020是USB總線的漏型四軸伺服/步進電機運動控制卡，它以高頻率脈沖串形式輸出，控制伺服/步進電機的運動。可選擇輸出脈沖模式：CP/DIR，CW/CCW，該卡能控制所發出的脈沖個數（電機轉角）、脈沖頻率（電機速度）及脈沖頻率變化率（電機加速度）；USB接口即插即用，且每軸獨立控制互不影響；與LabVIEW開發平臺源代碼實現無縫連接。

※、運動控制卡性能分析驗證

測試平臺由于要實現定位會盡量提高脈沖分辨率，因此需要發送高速脈沖。USB1020運動控制卡輸出脈沖范圍為1-4MPPS，輸出速度精度在正負0.1%以下；一倍頻時驅動速度為范圍可達1-8000PPs；同時可以在驅動中改變輸出脈沖數和驅動速度；同時還具備位置計數器和比較寄存器來實現脈沖控制，因此針對本項目傳動速度不高的特點，此運動控制卡能很好地滿足項目控制需求。http://www.upheartbreakhill.com