基于YK8A04-P运动控制卡的教学平台研究

基于YK8A04-P运动控制卡的教学平台研究

王文超李春亚

（郑州铁路职业技术学院机电工程学院，郑州451460）

摘要：主要采用PC机和运动控制卡建立数控教学平台的控制系统，利用PC机与运动控制卡的协同工作，达到对伺服电机的精确控制。在PC机上采用Labview语言建立良好的人机交互界面，通过调用运动控制卡的函数库，实现速度控制、圆弧插补、直线插补和G代码编程等基本功能，满足基本的数控教学应用。

关键词：数控教学平台、Labview、运动控制卡

Abstract:ThecontrolsystemNCTeachingPlatformisestablishedbyPCandmotioncontrolcard.servomotorsarecontrolledpreciselybywayofPCandmotioncontrolcardworkingCooperatively.TheinteractiveinterfaceisestablishedbyLabviewlanguageonPC.Bycallingthemotioncontrolcardlibrary,thefunctionsareachievedforexample:speedcontrol、circularinterpolation、linearinterpolation、G-codeprogrammingandotherbasicfunctions.ThebasicapplicationNCteachingofismeeted.

Keywords:CNC、Labview、Motioncontrolcard

引言：随着PC机技术的发展和成本的降低，PC机在各种工业现场的应用越来越普遍。近年来随着先进控制理论的发展和DSP技术的成熟。基于DSP技术各种集成运动控制模块不断成熟并应用到工业控制当中。相比传统的数控系统,PC机+运动控制卡模式的数控系统具有高柔性、高效性、模块化等优势，越来越受重视。笔者采用PC机+运动控制卡作为数控教学平台的数控系统，采用伺服驱动和伺服电机对教学平台进行控制。采用Labview图形化编程语言进行人机交系统的开发[6]。

1、数控实验教学平台的总体方案设计

数控实验教学平台主要模拟数控机床运动控制和G代码编程的操作，该系统主要应用于机械制造及其自动化专业的教学和实践环节的应用。其主要性能与一般的数控机床具有相同功能，能够实现X、Y、Z轴的运动控制，可以设置各轴的运动方向，最大速度、最小速度和显示刀具的相对坐标位置等，并且能够实现对G代码指令的读取、编译，实现X、Y轴的两轴联动并能都演示刀具路径。本系统采用“PC机+运动控制卡”的控制模式，其总体方案如图1所示。

该控制方案具有开放性和可扩展性，系统结构简单靠性高。由于教学实践的要求，系统由机械系统和电气系统组成。

2、教学平台机械部分的设计与组成

对于教学实验平台的设计，采用龙门式数控铣床的结构形式。基本包括：伺服电机、滚珠丝杠副、直线导轨、联轴器、固定支架和底座等部件。

通过伺服电机的转动带动联轴器，再由联轴器带动丝杠，由丝杠带动丝母，与丝母固定在一块的滑块就形成了运动机构。经过对各零件的尺寸计算和设计，加上各部分机构的配合尺寸，搭建了龙门式三轴运动试验平台平，如图2。

3、电路和控制系统的设计和组成

教学实验平台的控制系统采用“PC机+运动控制”的控制模式。PC机主要实现系统的总体控制和对软件的运行提供硬件平台支撑的作用。运动控制卡是连接工控机和伺服系统的关键部件，实现各种核心控制和运算，负责处理运动控制的细节，比如速度控制、行程控制、插补运算等。PCI总线负责上位机与下位机的通信传输。运动控制卡通过PC机主板上自带的PCI插槽内嵌到工控机中。运动控制卡通过向伺服驱动器发送脉冲和高低电平来控制伺服电机的转速、转数和方向[3]。图3所示为控制系统原理图。

4.2教学实验平台平台的软件开发

我们要实现对X、Y、Z三轴的初始速度、驱动速度及目标位置的手动设置，同时即可以手动选择控制三轴正负向的运动，让三轴按设定数据自动运行。并可以在运动期间对各轴的实际位置、逻辑位置、运动速度的实时监控。可以实现两轴圆弧插补、调用测试代码及G代码等功能。通过前后面板的设计，确立了软件系统设计框架，如图5。

4.3单轴运动界面设计

首先应明确所要实现的目标，单轴运动控制的目标就是初始化控制卡，选择控制的轴，设定运动的最大、最小速度，控制轴的正反转和运行停止等功能。

运行加工程序的实现以Labview中的读取文件命令，读取txt程序文件，执行每行的G代码命令，通过逻辑控制选择执行运动命令。如图9

5、结论

本文实现了在LabVIEW平台上开发的数控教学实验系统，作为上位机来编程的高效率与运动控制卡的灵活性。采用PC机和运动控制卡的模式对多个伺服电机进行控制，从而开发出多轴运动控制系统。该系统不同于封闭式的机床系统，可以通过人机界面和简单的传动设备，让实验者了解指令的数据传输与动作的顺序执行。该系统采用价格相对较低的普通运动控制卡，而且能避免繁琐的界面编程，缩短开发周期，提高效率，降低成本。本文所引用的程序已在数控实验系统上通过测试并已得到应用，运行稳定。

参考文献

[1]张卫星，陆文灏.基于labview的开放式数控实验平台的研究[J].计算机与信息技术，2010,12:86-87

[2]耿宏涛，舒志兵.基于Vc的多轴运动控制卡软件开发技术研究[J].机床与液压，2007,35（11）:130-133

[3]薛迪，张金波，龙泽明.开放式数控系统实验教学平台的构建[J].机械管理开发，2012,12:183,185

[4]田东红，激光打标机开放式数控系统的研究，天津大学硕士论文，20061201

[5]YK8A04-PPCI总线四轴运动控制卡使用手册，芯钰科公司

[6]苏伟，基于PMAC的开放式数控教学平台的研究，天津大学硕士论文，200501