基于V C電纜測試系統(tǒng)的設(shè)計

錢 石 ，王天雷 ，王小東 ，王大承

（1.五邑大學(xué) 機電工程學(xué)院，廣東 江門 529020；2.廣東科杰機械自動有限公司，廣東 江門 529020）

機床電纜作為機床電氣系統(tǒng)的組成部分，擔(dān)負(fù)著電能和電能信號傳送的重任，在生產(chǎn)加工過程中扮演著重要角色。但長期頻繁的往復(fù)運動必然使機床拖鏈中的電纜出現(xiàn)疲勞受損，而工作環(huán)境中的油污、粉塵等因素又加速了絕緣層老化，線芯短、斷路等現(xiàn)象。為了了解電纜的壽命并快速判斷電纜通斷，本文模擬機床拖鏈中電纜實際運行條件，搭建含有油槽的測試平臺，選用固高科技生產(chǎn)的GUC系列運動控制器，基于VS2008編譯環(huán)境中的VC++模塊，利用其提供的MFC編輯程序界面的方法以及控制器自帶的庫函數(shù)，建立“PC+運動控制器”開放式電纜測試運動控制系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

電纜測試平臺在設(shè)計搭建過程中，要充分考慮布置在拖鏈中電纜的實際運動情況以及工作環(huán)境對它的影響等因素。電纜測試系統(tǒng)試驗臺實物圖如圖1所示。

圖1 電纜測試系統(tǒng)試驗臺

電纜布置在拖鏈中，拖鏈一端固定在接線盒上，另一端固定在運動負(fù)載上，電機連接聯(lián)軸器帶動滾珠絲杠，旋轉(zhuǎn)的滾珠絲桿通過滾軸螺母帶動負(fù)載水平往復(fù)性運動。整個運動過程既可實現(xiàn)勻速運動，又可實現(xiàn)變速運動，往復(fù)運動次數(shù)以及運動距離可以實時顯示。為了更符合電纜實際工作情況，可以對油槽中加入油污或切削液，也可以每隔一段時間，手動噴灑；在電纜測試運動過程中，電纜兩端通過接線端子與控制器的I/O口相連接，構(gòu)成閉合回路，以便人機界面實時顯示電纜在反復(fù)運動中出現(xiàn)的斷路、短路等情況。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計

一般開放式運動控制系統(tǒng)主要由PC、運動控制卡、連接端子板、伺服驅(qū)動器以及伺服電機5個部分組成，如圖2所示。電纜測試運動控制系統(tǒng)采用了固高科技生產(chǎn)的GUC系列運動控制器，該控制器是PC技術(shù)與運動控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它以Intel標(biāo)準(zhǔn)X86架構(gòu)的CPU和芯片組為系統(tǒng)處理器，采用高性能DSP和FPGA作為運動控制協(xié)處理器，在實現(xiàn)高性能多軸協(xié)調(diào)運動控制的同時，可以實現(xiàn)普通PC的所有基本功能。電纜測試運動控制系統(tǒng)硬件主要由以下幾部分器件組成。

（1）GUC-300-ESV運動控制器；

（2）三洋伺服電機驅(qū)動器以及伺服電機；

（3）驅(qū)動器電源以及+24 V直流電源（用于 GUC系列運動控制器及接口板電源）；

（4）原點開關(guān)、正/負(fù)限位開關(guān)；

（5）顯示器、輸入設(shè)備或?qū)Ｓ萌藱C界面。

圖2 運動控制系統(tǒng)的組成

電纜測試系統(tǒng)采用深圳固高科技生產(chǎn)GUC-300-ESV一體化運動控制器，該控制器集系統(tǒng)處理器和運動控制處理器于一體，運動控制處理器采用GE系列控制器。這種嵌入式一體化的解決方案給用戶帶來很大的方便，一臺GUC-300-ESV控制器加上一個顯示器就可以建立一個等同于“PC+運動控制器”開放式電纜測試運動控制系統(tǒng)。

GUC-300-ESV運動控制器提供C語言函數(shù)庫和Windows動態(tài)鏈接庫，可實現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。該運動控制器技術(shù)參數(shù)及功能如下[1]。

（1）系統(tǒng)處理器采用X86架構(gòu)、主頻100 MHz的CPU，PCI總線通信方式；

（2）控制周期為 200 μs 且不可調(diào)；

（3）3路（每軸一路）模擬量以及脈沖信號輸出，模擬量的分辨率為16 bit，輸出電壓范圍為-10 V～10 V，脈沖輸出最大頻率為256 kHz；

（4）帶有3路編碼器信號輸入，輸入最大頻率為4 MHz；

（5）每軸分別各有一個正、負(fù)限位信號、原點信號以及驅(qū)動報警信號等專用輸入信號，還有一個伺服允許信號和驅(qū)動器復(fù)位信號；

（6）分別擁有16路經(jīng)光電隔離處理過的通用數(shù)字量輸入輸出，其中16路通用輸出是采用集電極開路輸出，驅(qū)動能力達(dá)200 mA；

（7）可實現(xiàn)直線、圓弧插補運動，提供了 8 KB的緩沖區(qū)，可實現(xiàn)運動軌跡預(yù)處理；

（8）帶有PID+速度前饋+加速度前饋濾波器；

（9）可設(shè)置跟隨誤差極限、加速度極限以及輸出電壓飽和極限等一些安全保護(hù)措施；

（10）提供了 DOS下的C語言函數(shù)庫和Windows下的動態(tài)鏈接庫，在Windows系統(tǒng)下，用戶可以使用任何能夠支持動態(tài)鏈接庫的開發(fā)工具來開發(fā)應(yīng)用程序，例如Visual C++、Visual Basic和 Delphi等。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計

電纜測試系統(tǒng)軟件設(shè)計是在Windows系統(tǒng)下基于GUC-300-ESV控制器進(jìn)行開發(fā)設(shè)計的，軟件設(shè)計主要包括兩個部分：一是可視化編程部分；另一個是代碼編程部分?？梢暬幊滩糠掷肰S2008提供的強大軟件開發(fā)工具向?qū)?，不需要手工編寫代碼，只要根據(jù)自己的設(shè)計思想，用鼠標(biāo)或鍵盤進(jìn)行操作即可。與采用代碼編寫相比，用可視化編程部分進(jìn)行Window風(fēng)格的圖形用戶界面和各種控件的制作，將更加簡單方便。代碼編寫部分采用VS2008提供的文本編輯器，用面向?qū)ο蟮腣C++語言進(jìn)行編寫。

3.1 主機與運動控制器通信的建立

使用運動控制器開發(fā)應(yīng)用程序之前，先安裝驅(qū)動程序，并把運動控制器自帶的動態(tài)鏈接庫ges.dll、頭文件ges.h以及ges.lib文件復(fù)制到工程文件夾里，在VS2008編譯器中對ges.lib文件進(jìn)行鏈接設(shè)置后，并在應(yīng)用程序文件中加入函數(shù)庫的頭文件的聲明，至此，就可以使用動態(tài)鏈接庫中的所有函數(shù)編寫應(yīng)用程序了[2]。

在安裝完驅(qū)動后，用控制器自帶軟件檢測主機是否與控制器建立聯(lián)系，自帶軟件運行界面如圖3所示。若演示程序能正常工作，說明控制器通信正常，只有通信正常，才可以進(jìn)行系統(tǒng)的操作，否則需找出問題后，重新檢測。

圖3 測試軟件運行界面

3.2 可視化控制界面的設(shè)計

可視化控制界面的設(shè)計不僅要滿足控制要求，同時還要友好美觀。電纜測試平臺主控制界面及參數(shù)設(shè)置界面運行結(jié)果分別如圖4、圖5所示。

圖4 主控制界面

圖5 參數(shù)設(shè)置界面

主控制界面主要包括兩個部分：一部分負(fù)責(zé)實時顯示控制狀態(tài)；另一部分是控制按鈕。控制狀態(tài)顯示包括顯示控制器初始化是否成功、測試工作臺是否回零，實時顯示往復(fù)運動循環(huán)次數(shù)、工作臺運行的規(guī)劃位置、實際位置以及運行速度，主界面中間的I/O口狀態(tài)的顯示實時反映電纜在運動過程中是否出現(xiàn)短路、斷路等情況；控制按鈕主要完成運動控制的開始、停止、運動控制的參數(shù)設(shè)置以及運動方式的選擇等。

參數(shù)設(shè)置界面主要由軸運動參數(shù)設(shè)置和控制器I/O口信號輸出選擇設(shè)置兩部分組成。軸運動參數(shù)設(shè)置主要完成工作臺運動速度、運動方式（勻速或變速）以及往復(fù)運動次數(shù)的設(shè)置；通過對I/O信號輸出口選擇設(shè)置，結(jié)合主控制界面I/O口狀態(tài)指示燈的顯示，可以判斷電纜是否出現(xiàn)短路、斷路等情況。

3.3 程序內(nèi)部代碼的編寫

打開MicrosoftVisualStudio 2008軟件，選擇新建一個基于對話框的MFC應(yīng)用程序類型的項目，接著對對話框資源視圖添加一些控件，建立友好控制界面，最后對程序內(nèi)部手動編寫相應(yīng)的運動控制代碼[3-6]，總體程序編寫流程圖如圖6所示。

圖6 總體程序編寫流程圖

在OnInitDialog函數(shù)中，先對控制界面的大小、顯示的位置、界面字體和菜單按鈕進(jìn)行了初始化。檢測控制卡是否打開，調(diào)用運動控制器函數(shù)庫中的GT_Open、GT_Reset函數(shù)對運動控制器初始化并對專用信號參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。部分初始化程序如下。

將運動中電纜兩端接在控制器通用數(shù)字I/O口上，形成閉合回路，在參數(shù)設(shè)置界面中設(shè)置輸出口，使控制器相應(yīng)I/O口向與之相連的電纜輸出電平信號，并檢測是否有返回信號，通過主控制界面的I/O口指示燈的亮滅來判斷電纜在運行中是否出現(xiàn)斷路、短路等情況。在程序中分別調(diào)用控制器函數(shù)庫中GT_ExInpt、GT_ExOpt函數(shù)讀取16路通用數(shù)字I/O輸入的電平狀態(tài)和設(shè)置16路通用數(shù)字I/O輸出的電平狀態(tài)來實現(xiàn)電纜通斷檢測。通斷測試流程如圖7所示。

圖7 通斷測試流程圖

實時更新I/O狀態(tài)程序如下。

基于VC和GUC-300-ESV運動控制器建立的電纜測試平臺，界面美觀實用、操作簡單，編寫測試實驗程序，模擬機床在各種工況下運行：勻速運動、變加、減速運動、快速定位運動等，并對電纜進(jìn)行檢測，實時顯示電纜的通斷情況。電纜測試平臺還可對氣管、油管的可靠性進(jìn)行檢測，具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。

[1]孫鑫，余安萍.VC++深入詳解[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007.

[2]侯俊杰.深入淺出 MFC（第 2版）[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2001.

[3]謝莉.VC++動態(tài)鏈接庫的開發(fā)及調(diào)用[J].微型機與應(yīng)用，2001，20（9）：10-12.

[4]深圳固高科技有限公司.GE系列運動控制器編程手冊[Z].2009.

[5]深圳固高科技有限公司.GE系列運動控制器用戶手冊[Z].2009.

[6]高煊，何廣平.基于VC++的四軸運動控制卡軟件系統(tǒng)開發(fā)研究[J].制造技術(shù)與機床，2009（6）：24-28.

[7]范寶德，劉驚雷.基于VC的多線程編程技術(shù)及其實現(xiàn)[J].微型機與應(yīng)用，2002，21（7）：10-12.