PCL6143运动控制器的原理及应用.docx

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1、PCL6143运动控制器的原理及应用网络转载导语：PCL6143适用于高速数控机床、机器人、纺织包装机械等运动控制领域，是开发运动控制系统设备的良好选择1引言PCL6143是美国NPM公司设计的一款高性能、低本钱的专用运动控制器。该器件具有智能化、高柔性等特点。用户通过简单的内部控制指令就能实现直线插补、圆弧插补、梯形加减速和S曲线加减速等控制功能。PCL6143适用于高速数控、纺织包装机械等领域，是开发运动控制系统设备的良好选择。2PCL6143功能构造PCL6143内部构造框图如图1所示，PCL6143的主要功能如下：CPU-IF接口形式：PCL6143内部集成有各种不同接口电路，允许与4

2、种类型的CPU连接，分别是Z80、8086、H8和68000。通过设置IF0、IF1引脚，便于与CPU相连，实现8位或者16位数据传输。加减速驱动：每个轴都能实现线性加减速驱动和S曲线加减速驱动。在S曲线加减速驱动经过中，可插入线性加减速控制。插补驱动功能：4轴中的任何2轴、3轴或者4轴都能实现直线插补，其直线插补的位置精度为+LSB最小插补单位。速度与位置控制功能：在单轴控制经过中，用户可根据需要改变当前被控轴速度；而在线性插补时，那么不允许改变速度。当实际位置超过指定位置时，电机将减速停顿或者立即停顿，接着反方向进给。多个计数器与比拟器电路：每个轴都有4个独立的28位计数器和2个比拟器电路

3、。每个比拟器可实现逻辑计数值与实际目的值相比拟。同步启动停顿功能：多轴控制可采用一个PCL6143或者多个PCL6143实现，并通过相关指令控制多个轴同时启停。操纵形式：具有连续、位形式、原点返回、线性插补等根本操纵。通过设置操纵形式存放器RMD设定各个根本操纵，实现位置、方向、速度等控制。机械输入信号：每个轴有4个机械输入信号，即正负限位信号、减速信号和原点信号。这些信号可通过软件和限位使能信号设置，实现正负方向进给轴的减速运动、减速停顿运动以及原点返回。伺服电机接口信号：伺服电机接口信号包括到位信号、计数器偏向去除信号和报警信号。这些接口信号可由软件编程设置，并通过伺服马达控制位置状态和去

4、除计数器偏向值。当报警信号有效时，各个运动轴立即停顿。中断产生功能：9种错误发生中断，14种事件发生中断。通过中断输出信号控制电机的运动和停顿。当外部错误状态发生时，中断产生。通过设置中断发生存放器RIRQ，确定输失事件是否中断。前瞻功能：在处理当前数据时，下一操纵数据被提早写入预置存放器；在当前操纵完毕时，预置存放器中的数据立即被送往当前存放器。3主要存放器及相关系统指令3.1主要存放器预置存放器：指令在当前执行经过中，存放器预先处理接下来的操纵指令，PCL6143有11个预置存放器，可以实现对目的位置、速度状态、速度放大率、加减速率、减速启动、操纵形式、主轴进给脉冲数、S曲线加减速范围等各

5、种操纵控制。环境设置存放器RENV1、RENV2、RENV3：PCL6143有3个环境设置存放器。主要用于设置输入输出端口、指定通用IO端口、AB编码器、外部脉冲信号功能以及计数功能、锁存功能和同步启动功能。数据比拟存放器RCMP1、RCMP2：PCL6143有2个数据比拟存放器，用于设定比拟值的大小，实现比拟器1和比拟器2的比拟。设置范围为：-134217728+134217727。中断存放器RIRQ、REST、RIST：中断存放器为事件中断发生存放器RIRQ、错误中断状态存放器REST和事件中断状态存放器RIST。这些中断存放器是用于使能事件产生中断、检查错误产生中断和事件产生中断。当中断

6、产生时，存放器的相应位置为1。自动计算减速开场存放器RSDC：该存放器用于检查位置操纵时自动计算减速开场位置值。3.2操纵指令设置轴状态控制存放器COMB1实现各个轴的选取。向写控制指令存放器COMB0写入实现启动或者停顿PCL6143以及改变其输出脉冲的速度。操纵指令包含启动指令直接启动指令、脉冲启动指令、同步启动指令、速度变化指令以及停顿指令直接停顿指令、同步停顿指令、急停指令。3.3控制指令PCL6143提供各种控制指令，实现PCL6143的软件复位、计数器复位、计数器偏向清零输出控制、存放器预置控制、位置启动输入、计数器锁存输入、存放器控制、通用输出端口控制及通用输出位控制。4应用电路

7、4.1运动控制卡的硬件设计4轴运动控制卡是以PCL6143为核心，选用PC104总线作为运动控制卡与PC机之间的通讯方式。PCL6143的16位数据通过74LS245与PC104总线连接，这样便于实现与各种PC104总线标准的主控制板连接。为进步系统的可靠性、集成化与柔性化，PC104总线的地址译码、数据指令的读写、中断信号以及复位信号都可利用CPLD可编程逻辑器件实现。PC机经过地址译码选中PCL6143片选信号，通过读写信号和数据总线，设置PCL6143内部存放器，以实现各种运动控制。4轴运动控制卡的硬件框图如图2所示。PCL6143控制每个轴的方向与脉冲输出信号、通用IO端口输出信号、正

8、负方向限位信号、减速停顿信号、原点信号、伺服报警信号、编码器输入信号及外部手轮正负方向信号等。PCL6143的方向脉冲输出信号分为正负脉冲方式和脉冲方向方式，方向脉冲输出信号经高速光电耦合器进展信号隔离，最后通过AM26LS31输出差分信号来控制外部电机。通用IO端口信号由内部存放器进展输人输出设置，作为输出使能控制电机驱动器，实现计数器误差去除、报警复位等功能，或者作为加减速、位置计数器和比拟存放器状态设置。正负方向限位信号、减速停顿信号、原点信号和伺服报警信号通过光电耦合器与内部信号隔离，实现系统保护、电机驱动停顿、系统原点确认以及电机驱动异常的控制。AB相和Z相编码器信号通过高速光电耦合

9、器与内部线路隔离；编码器AB相检测电机的实际位置，并通过位置计数器增减计数；在原点返回操纵形式中，Z相编码器信号用于输入一个标志信号，该信号还能改善原点返回操纵精度。外部手轮正负方向信号通过光电耦合器与内部电路隔离，该信号还可通过手动脉冲或者外部开关信号产生外部脉冲信号。急停输入信号通过光电耦合器与内部电路隔离，有效时，各个轴立即停顿工作。4.2功能函数库的编写PCL6143具有灵敏强大的控制模块，按照一定的序列操纵内部存放器，实现各种复杂的运动控制功能。为方便用户二次开发，需将一系列内部存放器的操纵序列封装成各个函数，这些函数就构成了运动控制卡的功能函数库。用户通过调用功能函数库中相应的函数

10、就可对PCL6143内部存放器进展读写操纵。功能函数库编写好后，用VisualC+编程工具编写上层应用软件，与功能函数库链接，开发独立的控制系统。运动控制卡的操纵流程如图3所示。由此可见，功能函数库在控制系统中非常重要。作者采用C语言编写4轴运动控制卡的功能函数库，按功能可分为：初始化函数：定义PCL6143输入输出引脚、相关存放器地址、常用变量和数据构造，设置控制轴数和操纵形式。运动驱动函数：包含独立运动函数和插补驱动函数。独立运动函数用于实现各个独立轴的连续控制、越限控制和回原点等操纵；插补驱动函数用于实现4轴中的任意2轴、3轴或者4轴的直线插补和圆弧插补；IO端口操纵函数：包含输入信号的输入函数、输出信号的输出函数以及反应位置信号的输入函数，用以获取逻辑位置、输入输出点状态的控制。加减速控制函数：包括线性加减速函数和S曲线加减速函数。中断信号驱动函数：治理内部中断存放器以及控制外部异常情况。其他辅助函数：包括位置、状态的查询与设置等相关函数。需要留意的是，不同的操纵形式和运动控制，其存放器的读写参数也不一样，详细操纵步骤也有相应要求。5完毕语具体介绍了PCL6143的内部构造、主要存放器以及相关指令系统，结合实际应用，设计一款4轴运动控制卡，并给出了相关运动库函数，具有实际的应用价值和市场推广前景。