1 引言

　　运动控制系统的上位控制方案一般有单片机系统、专业运动控制PLC、专用控制系统和“PC＋运动控制卡”。

　　（1）采用单片机系统实现运动控制，成本较低，但开发难度较大，周期长。

　　（2）许多品牌的PLC都可选配定位控制模块，有些PLC的CPU单元本身就具有运动控制功能。这种方案一般适用于运动过程比较简单、运动轨迹固定的设备。

　　（3）专用控制系统一般是针对专用设备或专用行业，比如车床数控系统和铣床数控系统等。

　　（4）“PC＋运动控制卡”的方案随着PC的普及用得越来越多，将是运动控制系统的主要发展趋势。这种方案可充分利用计算机资源，用于运动过程、机械轨迹都比较复杂，而且柔性比较强的机器设备，比如目前很热门的开放式数控系统大多采用这种方案。 从用户使用的角度来看，基于PC机的运动控制卡主要是硬件接口（输入输出信号的种类、性能）和软件接口（运动控制函数库的功能函数）的差异。

　　运动控制卡是基于PC机各种总线的步进电机或数字式伺服电机的上位控制单元，总线形式也是多种多样。由于计算机主板的更新换代，ISA插槽都越来越少了，PCI总线的运动控制卡应该是目前的主流。卡上专用CPU与PC机CPU构成主从式双CPU控制模式。PC机CPU可以专注于人机界面、实时监控和发送指令等系统管理工作；卡上专用CPU来处理所有运动控制的细节升降速计算、行程控制、多轴插补等，无需占用PC机资源。同时随卡还提供功能强大的运动控制软件库Ｃ语言运动库、Windows DLL动态链接库等，让用户更快、更有效地解决复杂的运动控制问题。

　　运动控制卡采用了开放式结构，使用简便，功能丰富，可靠性高。若采用PC机的PCI总线方式，卡上无需进行任何跳线设置，所有资源自动配置，并且所有的输入、输出信号均用光电隔离，提高了控制卡的可靠性和抗干扰能力；在软件方面提供了丰富的运动控制函数库，以满足不同的应用要求。用户只需根据控制系统的要求编制人机界面，并调用控制卡运动函数库中的指令函数，就可以开发出既满足要求又成本低廉的多轴运动控制系统。

　　运动函数库为单轴及多轴的步进或伺服控制提供了许多运动函数，如单轴运动、多轴独立运动、多轴插补运动等等。另外，为了配合运动控制系统的开发，还提供了一些辅助函数，如中断处理、编码器反馈、间隙补偿，运动中变速等。

　　正是由于运动控制卡的开放式结构，强大而丰富的软件功能，对于使用者来说进行二次开发的设计周期缩短了，开发手段增多了，针对不同的数控设备，其柔性化、模块化、高性能的优势得以被充分利用。

　　本文介绍的控制系统采用的就是“PC＋运动控制卡”方案，这是本文的主要内容。

　　2 系统组成及硬件介绍

　　2.1系统的硬件组成

　　图1为本系统的硬件组成框图。图中运动控制卡是北京阿尔泰科技发展有限公司生产的PCI1020型运动控制卡。

　　2.2 运动控制卡的结构

　　PCI1020型运动控制卡的结构如图2所示。

　　该卡插在PC的PCI扩展槽内使用；PCI1020卡完成运动控制的所有细节，包括脉冲和方向信号的输出、自动升降速的处理、原点和限位信号的检测等。它采用先进的专用控制集成电路，具有梯形及S形升降速度曲线。使用62芯接口，外接线可采用屏蔽线缆，以提高控制卡的抗干扰能力。其信号接口定义如下：     脉冲量信号：脉冲/方向；编码器反馈；光隔电源。     开关量信号：限位；减速；原点；伺服使能；偏差清零；外部报警；通用输入；通用输出；光隔电源。

　　3 运动控制系统的软件

　　3.1 控制卡的软件

　　在函数库中使用的单位和函数返回值通常约定如下。

　　3.1.1 单位

　　(1) 位移或距离的单位为P(Pulse)，即脉冲数；

　　(2) 速度的单位是P/S(Pulse/sec)，即脉冲/秒；

　　(3) 加速度和减速度的单位是P/s2(Pulse/s2)，即脉冲/秒2。

　　3.1.2 函数返回值

　　运动库中的大多数函数是整型函数，它们的返回意义如下：

　　0  函数执行正确；－1  函数执行错误。

　　在函数库中使用的函数有如下几种：控制卡和轴设置函数、独立运动和插补运动函数、制动函数、位置和状态的设置及查询函数、I/O口操作函数、错误代码函数和一些其他函数。