多轴运动控制系统上位机软件开发

引言

针对工业控制中多轴运动控制系统下位机软件代码繁琐、软件通用性差等特点 ,开发出能满足当前人们对个性化产品需求的上位机软件控制系统成为一种必要 。本文基于研发的多轴运动控制系统 ,开发了对应的上位机软件来控制运动控制卡以及搭建人机交互界面。

1 总体设计方案

上位机的人机交互大致流程为:上位机软件通过对运动控制卡的操作 ,从而间接操作轴的运行控制来完成多轴运动控制系统的运行。上位机是通过厂家提供的TrioPC.ocx控件与运行控制卡完成通信。

上位机软件设计 ,主要分为四个大的功能:

一是上位机与运动控制卡之间的通信连接/断开、运动控制卡的参数配置下发等功能。

二是上位机与运动控制卡之间的轴运动控制操作 ,主要包括了搜寻原点、多轴协作下的直线运动、曲线运动控制等 ,以及对运动控制卡所保存程序的运行。

三是上位机对画图数据的文件保存与打开 、画图数据的编辑等 。可以通过该功能 ,对所画出图形的数据进行保存 ,也可以打开该数据文件进行图形的还原。

四是上位机软件对所需要勾画图形数据的直观显示控制。通过对图形数据的编辑操作 ,可以对所需要勾画图形进行预览。

2 软件设计

2. 1 上位机初始化

上位机与运动控制卡之间的通信连接与断开功能 ,使用了TrioPC控件的open与Close方法 ,连接之前首先设置连接参数 ,包括参数HostAddress ,为运动控制卡的通信IP地址 ,IP地址采用文本控件进行输入传递:参数PortType , 为上位机与运动 控制卡之间 的物理接 口 , 本系统 使 用 的Ethernet: 参 数 PortMode,为上位机与运动控制卡之间的通信模式 ,本系统采用的是同步模式 ,值为0。

上位机与运动控制卡的连接建立 ,上位机通过PortType的接口 , 同步模式连接运动控制卡 ,具体代码如下:

AxTrioPC1.open(PortType. intPortID)

上位机与运动控制卡的连接断开 ,关闭同步模式的连接:

AxTrioPC1.Close(intPortID)

上位机与运动控制卡连接成功后 ,会返回一个True的值 ,表示连接成功 ,否则连接失败 ,也可以通过Isopen进行查询连接状态 。连接成功后 , 即可通过setAxisVariable函数对运动控制卡进行参数设置 ,参数variable表示写入系统变量的名字 ,参数axis表示控制的轴参数 , 参数value表示写入数据变量或数据值。

2 .2 上位机对运动控制卡的控制

上位机与运动控制卡成功连接后 ,可以开始驱动运动控制卡 ,进行对多轴运动控制系统的操作 ,完成图形的绘制[3]。本上位机软件设计可绘制的图形包括直线、三角形、圆形 、矩形和封闭多边形等 ,其中直线、三角形、矩形和封闭多边形的实质均是直线操作 , 圆形的绘制涉及的是弧线操作。

直线类图形绘制中 ,软件首先使用Base函数设置运动轴的基本信息 。参数axes表示操作直线涉及到的运动轴的数量 ,参数order表示单一 的数值或者一 串代表轴序号的数值 ,它决定了接下来运动命令所对应的轴的顺序。

弧形类图形的绘制中 , 也是首先使用Base函数设置轴运动的参数信息 ,然后使用MoveCirc函数控制轴运动绘制弧形 。参数finishBase表示基准轴在结束运动时的位置距离 , 参数 finishNext表示紧接着基准轴序号的下一个轴在运动结束时的位置距离 ,参数centreBase表示基准轴在圆心位置的距离 ,参数 centreNext表示紧接着基准轴序号的下一个轴在圆心位置的距离 ,参数direction表示旋转方向的设定 , 1表示正半轴上顺时针方向 ,0表示正半轴上逆时针方向。

2.3 上位机软件绘制图形的预览

该功能的开发主要是为了在绘制图形前对将要绘制的图形进行预览、修订 ,直到达到满意的效果 ,然后才进行图形的打印绘制 ,方便用户进行操作。坐标数据可以在图形绘制板上进行点击输入 ,也可以通过键盘输入。

数据输入完成后 ,可以对所绘制的图形进行预览与修订 。软件可以对三角形、直线、矩形、封闭多边形、圆形等基本图形 进行绘制和预览。

3 运行与调试

3. 1 图形的绘制

当需要绘制三角形图形时 ,首先在"图型"下拉选项中选择"三角形"类型 ,然后可以通过点击画图板上的坐标 ,分别选择所要勾画三角形的三个顶点坐标 , 或者手动输入三角形的三个顶点坐标。

坐标数据选择或输入完成后 , 点击"预览"按钮 ,可以对三角形进行初步的预览 ,观察其效果是否满足需求。

如果预览效果不满意 ,可以继续选择三角形的三个顶点 ,直到满意后再点击"开始打印"按钮进行图形的绘制操作 。

3.2 文件导入绘制图形

点击上位机软件界面上的"打开文件"按钮 ,选择需要导入的数据文件 ,可以把数据文件中的数据导入到列表中 , 点击预览对图形进行预览操作 。确定后点击"开始打印"按钮进行图形的绘制操作 ,如图l所示。

图1 文件导入及图形预览

3.3 运动控制卡程序的运行

首先点击"ReadProgram"按钮 ,从运动卡中读取已经编辑完成的程序。然后选中需要运行的程序 ,点击"RunProgram"按钮 ,控制运动控制卡运行该程序。点击"stopProgram"按钮可停止正在执行的程序。

4 运行结果及分析

该运动控制卡的核心功能 , 即手动画图和文件画图 。以画圆为例 ,在上位机软件的画布上任意点运 ,控制卡均会做出相应的动作进行画圆 ,在画布上画出任意一个圆形后 , 点击"开始打印"的按钮 ,就会在平台上打印出如图2所示的圆形。

可以观察到 , 由打印平台打印出的圆弧轨迹趋近于借助工具手工绘图的效果 ,所以该多轴运动控制卡的功能具备精确、高效的优点 ,整个系统实时同步迅速。