1 引言

本文作者利用黃石市科威自控有限公司的嵌入式plc芯片組，設計出了kp3-05m06r型運動控製器。該控製器集plc、can總線、rs485/232等功能於(yu) 一體(ti) ，與(yu) 步進驅動器或伺服驅動器配套使用，具有對步進電機或伺服電機進行點動、定位、脈衝(chong) 正反插補、脈衝(chong) 分頻等功能。多個(ge) 運動控製器通過can通信接口互連，其中一台運動控製器作為(wei) 主站，其餘(yu) 運動控製器均作從(cong) 站。該係統可接人機界麵，實現工藝集中顯示、控製和管理，如配備web服務器還可實現控製係統的遠程監控和診斷。

2 運動控製器的功能

自2005年至今，kp3-05m06r型運動控製器在紡織、印染行業(ye) 現場應用了數千台。實踐證明該款控製器不但性能優(you) 越，而且使用和維護非常簡便。其中主要參數如下：

輸入：5路光耦+1路最高100khz脈衝(chong) 信號。

輸出：6路繼電器+5路晶體(ti) 管+1路0～10vdc +1路級連脈衝(chong) +1路分頻脈衝(chong) 。

通信功能：

can接口，波特率160kbit/s，可實現多個(ge) 運動控製器互連;

串口0，可完成梯形圖下載、監控、接字符屏或人機界麵;

串口1，支持三菱fx2n計算機鏈接方式格式1的部分主從(cong) 協議，按此協議可實現本運動控

製器與(yu) fx2n係列plc、操作終端或其他設備互連，完成信息交換、參數設置、異地操作等功能。

控製功能：

脈衝(chong) 分頻，頻率=輸入脈衝(chong) 頻率/k，其中4.000≤k<∞，小數點後有效數字為(wei) 3位;

脈衝(chong) 點動，自動定位，直線插補;

編程語言：

梯型圖語言，與(yu) 三菱fx2n指令兼容。

3 硬件設計方案

3.1 主控製器及外圍電路框圖

主控製器及外圍電路框圖如圖1所示。





 

圖1 主控製器及外圍電路框圖

3.2 從(cong) 控製器及外圍電路框圖

從(cong) 控製器及外圍電路框圖如圖2所示。





 

圖2 從(cong) 控製器及外圍電路框圖

4 軟件設計方案 

4.1 主控製器軟件設計

主控製器采用嵌入式plc芯片組，完成開關(guan) 量輸入輸出、uart0、uart1、can、rs485/232互連和通信功能。基本軟件框架由以下七個(ge) 子程序組成。

init-config：端口初始化程序，完成輸入輸出端口配置，中間變量初始化，啟動spi。

init-start：上電初始化程序，複位所有輸出口。

init-set：設置初始化程序，複位所有輸出口。

init-run：運行初始化程序。

step：指令周期掃描程序

tms：2.5ms周期掃描程序，采樣輸入口狀態、刷新輸出口狀態、spi通信報文的發送和接收。

scan：演算周期掃描程序，輸入口狀態濾波，spi通信報文的解讀。

4.2 從(cong) 控製器軟件設計

從(cong) 控製器采用c8051f330單片機，指令運算速度高達25mips。從(cong) 控製器對輸入脈衝(chong) 采樣，接受主控製器發送的命令並進行相應的處理，輸入脈衝(chong) 經過分頻後，輸出相應頻率的脈衝(chong) ，並將有關(guan) 信息發送給主站控製器。從(cong) 控製器的作用相當於(yu) 一個(ge) 執行機構，它接受主控製器的命令執行不同的動作，並把執行的狀態反饋給主控製器，主要由以下5個(ge) 功能程序組成。

start：上電複位初始化程序，輸入輸出端口配置，複位中間變量單元，啟動spi、int0中斷。

int-int0：外部中斷0服務程序，對輸入脈衝(chong) 進行分頻處理及脈衝(chong) 插補。

int-spi：spi中斷服務程序，spi通信報文的接收和發送。

int-t3：定時器t3中斷服務程序，監控spi通信狀態和主程序執行狀態。

main：主程序，解讀spi通信報文，完成脈衝(chong) 點動、定位。

4.3主從(cong) 控製器的組合設計

主、從(cong) 控製器之間以spi接口連接，spi通訊速率為(wei) 500kbit/s，因此有利於(yu) 提高係統的快速性和實時性。

主站采用定時發送/接收模式，嵌入程序初始化時，啟動spi發送，定時時間到，先接收一字節數據，然後發送下一字節數據。當所有報文發送完成後，暫停發送等待主程序處理報文，報文處理完後才啟動下一輪發送。

從(cong) 站采用中斷接收/發送模式，進入中斷服務程序後，先接收一字節數據，然後發送一字節數據，當所有報文接收完成後，對應的有相同字節的報文發送完成。此時從(cong) 站停止接收報文，等待主程序處理接收到的報文，報文處理完後，又啟動下一輪報文接收過程。

報文結構：stx+報文內(nei) 容+etx+crc。

stx：報文起始代碼，固定為(wei) 02h。

報文內(nei) 容：起始2個(ge) 字節為(wei) 命令字對應的ascii碼，以區別不同的報文，後麵為(wei) 報文實際 數據，全部采用ascii碼。

etx：報文結束代碼，固定為(wei) 03h。

crc：校驗和，報文內(nei) 容所有字節相加後再加etx的數值，然後轉換成ascii碼。

5 應用舉(ju) 例

5.1控製設備名稱

控製設備名稱：4套色圓網印花機控製係統。

5.2技術要求

同步傳(chuan) 動包括兩(liang) 部分：主傳(chuan) 動同步主要是進布電機與(yu) 超喂電機、印花電機、烘房電機、立柱烘焙電機(含立柱烘焙電機與(yu) 落布電機等單元之間的同步)之間的同步傳(chuan) 動;分同步傳(chuan) 動則是實現印花電機與(yu) 網頭分電機之間的同步傳(chuan) 動，要求同步精度高。

電控係統由主軸運動控製噐(即主站)、從(cong) 軸控製噐(4合)、人機界麵等組成, 方便用戶編輯工藝程序(程序可保密)。

5.3控製係統框圖

控製係統框圖如圖3所示。





 

圖3 控製係統框圖

5.4控製方案

5.4.1同步控製

kp3-05m06r型運動控製器接收到由編碼器檢測的主電機轉速數據並進行處理後，輸出頻率可調的、用於(yu) 控製網頭分電機的脈衝(chong) ，實現導帶與(yu) 網頭同步。

主傳(chuan) 動是由嵌入式plc與(yu) 同步控製器共同完成同步調節功能的。

5.4.2自動對花控製

自動對花不需要安裝高故障率的接近開關(guan) ，隻要編寫(xie) 梯形圖程序並用觸摸屏輸入的步數傳(chuan) 送到d5904和d5905寄存器，且將自動回零控製字d5907置1即可實現自動對花。

5.4.3插步控製

因為(wei) 印花精度要求高，生產(chan) 現場必須經常修改插步數據，既耗時又達不到要求。使用該款運動控器後，隻需對d5902和d5903寄存器賦值就能實現插步控製。

因篇幅所限，控製方案不能祥細介紹。

6 結論

實踐證明，采用基於(yu) 嵌入式plc芯片組設計的運動控製噐，印花精度高、傳(chuan) 動速度快、生產(chan) 效率高、產(chan) 品質量優(you) ，社會(hui) 效益和經濟效益巨大，深受客戶好評。該設計方案具有推廣價(jia) 值。