摘要：運(yùn)動(dòng)控制在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛。隨著中國(guó)制造業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)運(yùn)動(dòng)控制的要求越來(lái)越高，特別是在網(wǎng)絡(luò)控制方面的需求顯得十分迫切。本文針對(duì)國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制模式提出了一種嵌入式開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)動(dòng)控制器的新思路，并在一實(shí)際的立體倉(cāng)庫(kù)中得到了很好的應(yīng)用。 1 前言 在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中，很多的生產(chǎn)設(shè)備都是通過(guò)一定的運(yùn)動(dòng)模式對(duì)工件進(jìn)行加工來(lái)完成工件的生產(chǎn)任務(wù)。由于制造系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化、信息化的發(fā)展，傳統(tǒng)的獨(dú)立加工模式不適合網(wǎng)絡(luò)化制造的需求了，因此對(duì)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)動(dòng)控制的研究是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化的重要工作。要實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)動(dòng)控制，則必須要實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)和遠(yuǎn)程的控制設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信。傳統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制大多數(shù)都基于PC機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制，要實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)程控制設(shè)備的通信并不困難，采用串口通信或以太網(wǎng)通信都可以將系統(tǒng)集成起來(lái)。但是此種以PC機(jī)為橋梁的網(wǎng)絡(luò)集成方式使得系統(tǒng)存在系統(tǒng)成本增加、維護(hù)費(fèi)用高、可靠性下降等諸多不利因素。因此一個(gè)具有網(wǎng)絡(luò)通信功能的智能網(wǎng)絡(luò)運(yùn)動(dòng)控制器將是運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)集成的最佳選擇。 2 網(wǎng)絡(luò)運(yùn)動(dòng)控制器的設(shè)計(jì) 網(wǎng)絡(luò)運(yùn)動(dòng)控制器的整體設(shè)計(jì)采用了模塊化的設(shè)計(jì)方法。其主要由網(wǎng)絡(luò)通信模塊；運(yùn)動(dòng)控制模塊和智能處理模塊組成。 本文采用了PROFIBUS-DP通信協(xié)議完成了PROFIBUS-DP的通信模塊的設(shè)計(jì)并將通信板和固高運(yùn)動(dòng)控制卡進(jìn)行了有機(jī)的組合實(shí)現(xiàn)了基于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)PROFIBUS-DP通信的開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)運(yùn)動(dòng)控制器。圖1所示為網(wǎng)絡(luò)運(yùn)動(dòng)控制器的結(jié)構(gòu)示意圖。 網(wǎng)絡(luò)運(yùn)動(dòng)控制器的通信模塊分主卡和從卡。主卡通信協(xié)議芯片是德國(guó)西門(mén)子公司ASPC2協(xié)議芯片，從卡是SPC3芯片。相關(guān)文獻(xiàn)對(duì)基于PROFIBUS－DP通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的開(kāi)發(fā)進(jìn)行了介紹。為了保證傳輸數(shù)據(jù)的可靠性和實(shí)時(shí)性，除了處理器外掛RAM以外，還采用了雙口RAM電路結(jié)構(gòu)；另外總線(xiàn)物理傳輸采用的是RS485接口，為了保證數(shù)據(jù)可靠傳輸采用了光電隔離的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。PROFIBUS通信卡電路的整體結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。采用16位單片機(jī)AM188作為通信的處理芯片，F(xiàn)LASH和RAM是AM188的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，電路的片選邏輯由GAL芯片來(lái)控制。 網(wǎng)絡(luò)通訊模塊的技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1所示。 網(wǎng)絡(luò)運(yùn)動(dòng)控制器的運(yùn)動(dòng)控制功能模塊選用固高通用運(yùn)動(dòng)控制器，該運(yùn)動(dòng)控制器采用高速DSP和FPGA技術(shù)。實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)控制處理的高速度和高精度。該運(yùn)動(dòng)控制器能夠同時(shí)控制四個(gè)電機(jī)軸，能夠?qū)崿F(xiàn)四個(gè)電機(jī)軸的點(diǎn)位以及連續(xù)軌跡的運(yùn)動(dòng)控制，并給計(jì)算機(jī)控制提供了PC104和ISA總線(xiàn)的接口形式。網(wǎng)絡(luò)通信模塊和運(yùn)動(dòng)控制模塊通過(guò)一塊PC104的工控模塊進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，通過(guò)軟件整合組成一款具有網(wǎng)絡(luò)通信能力的智能網(wǎng)絡(luò)運(yùn)動(dòng)控制器。圖3為網(wǎng)絡(luò)運(yùn)動(dòng)控制器的實(shí)物照片。 網(wǎng)絡(luò)運(yùn)動(dòng)控制器是通過(guò)高速數(shù)字處理器芯片和嵌入式的操作系統(tǒng)完成包括運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，多軸聯(lián)動(dòng)，邏輯控制等各種運(yùn)動(dòng)控制功能。當(dāng)運(yùn)動(dòng)控制器投入運(yùn)行后，則通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口與其它設(shè)備以及上位機(jī)進(jìn)行通信。對(duì)運(yùn)動(dòng)控制器的配置、功能設(shè)定、以及系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控等工作都通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)完成。它具有以下幾個(gè)特點(diǎn)： （1）采用目前國(guó)際上標(biāo)準(zhǔn)的高速現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議作為系統(tǒng)各個(gè)模塊之間的信息接口，同上位機(jī)通信完成控制器與驅(qū)動(dòng)設(shè)備、輸入/輸出邏輯設(shè)備的控制, 使硬件結(jié)構(gòu)更為開(kāi)放和標(biāo)準(zhǔn)化。 （2）采用網(wǎng)絡(luò)接口后，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)各模塊之間的信號(hào)線(xiàn)連接數(shù)目減到最少，系統(tǒng)功能重組簡(jiǎn)單方便，生產(chǎn)安裝簡(jiǎn)化，生產(chǎn)成本會(huì)大大降低。 （3）采用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)及差動(dòng)或光纖通信方式，系統(tǒng)可靠性和可維護(hù)性大大提高。 （4）采用高速DSP作為運(yùn)動(dòng)控制器的中央處理單元，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制的高速和高精度。 （5）將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)控制、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和遠(yuǎn)程監(jiān)控結(jié)合，可以方便地組成一個(gè)分布式的自動(dòng)化智能控制系統(tǒng)。 3 網(wǎng)絡(luò)運(yùn)動(dòng)控制器的應(yīng)用案例 立體倉(cāng)庫(kù)是現(xiàn)代物流系統(tǒng)的一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。一般的立體倉(cāng)庫(kù)都是由一個(gè)伺服控制的自動(dòng)堆跺機(jī)來(lái)完成對(duì)指定的倉(cāng)位的存取貨物操作。本文擬采用網(wǎng)絡(luò)運(yùn)動(dòng)控制器來(lái)對(duì)自動(dòng)堆跺機(jī)進(jìn)行控制使得對(duì)立體倉(cāng)庫(kù)的控制可以進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，使得整個(gè)物流系統(tǒng)的響應(yīng)速度得到提高。 立體倉(cāng)庫(kù)的控制由遠(yuǎn)程的工控機(jī)通過(guò)PROFIBUS－DP通訊來(lái)控制倉(cāng)庫(kù)自動(dòng)堆跺機(jī)的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)動(dòng)控制器，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)倉(cāng)庫(kù)存取貨物的遠(yuǎn)程控制并獲取倉(cāng)庫(kù)的庫(kù)存信息。系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。 立體倉(cāng)庫(kù)遠(yuǎn)程控制程序操作界面如圖5所示，界面上半部分顯示的是倉(cāng)庫(kù)的倉(cāng)位信息。下半部分為任務(wù)編輯欄。中間的功能按鈕是對(duì)倉(cāng)庫(kù)的初始化的操作。開(kāi)始執(zhí)行任務(wù)后系統(tǒng)自動(dòng)的將編輯好的一系列控制命令及參數(shù)通過(guò)PROFIBUS－DP通信傳送到網(wǎng)絡(luò)運(yùn)動(dòng)控制器，控制器實(shí)時(shí)的檢測(cè)來(lái)自上位機(jī)的控制命令及參數(shù)，并按照上位機(jī)的目的來(lái)對(duì)立體倉(cāng)庫(kù)堆跺機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，然后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信將立體倉(cāng)庫(kù)的狀態(tài)信息反饋給上位機(jī)（例如界面的X，Y方向的位置）。 倉(cāng)庫(kù)的自動(dòng)堆跺機(jī)的控制程序運(yùn)行在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)動(dòng)控制器的工控模塊上，立體倉(cāng)庫(kù)上電后網(wǎng)絡(luò)運(yùn)動(dòng)控制器自動(dòng)運(yùn)行開(kāi)發(fā)好的堆跺機(jī)控制程序，并等待遠(yuǎn)程控制終端的控制命令及控制參數(shù)。其程序流程如圖6所示。 4 結(jié)束語(yǔ) 當(dāng)今社會(huì)在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的推動(dòng)下發(fā)展迅速，市場(chǎng)的變化越來(lái)越頻繁，這對(duì)社會(huì)生產(chǎn)提出了更為苛刻的要求。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)作為一種有力的生產(chǎn)服務(wù)手段進(jìn)入到社會(huì)生產(chǎn)的各行各業(yè)，運(yùn)動(dòng)控制作為工業(yè)生產(chǎn)的主要環(huán)節(jié)，同樣也進(jìn)入了網(wǎng)絡(luò)化的階段。為了滿(mǎn)足市場(chǎng)需求，使運(yùn)動(dòng)控制器具有開(kāi)放式控制結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)通信能力和系統(tǒng)重構(gòu)能力，基于網(wǎng)絡(luò)通信的開(kāi)放式的智能網(wǎng)絡(luò)運(yùn)動(dòng)控制器已成為未來(lái)的運(yùn)動(dòng)控制器發(fā)展的主要方向。