伺服電機(jī)廣泛用于各類工業(yè)傳動裝置中，對伺服電機(jī)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控檢測是控制系統(tǒng)中必要的環(huán)節(jié)中，特別是在多臺電機(jī)協(xié)同工作的系統(tǒng)中。本文以三軸交流伺服傳動系統(tǒng)為例，闡述如何用VC++設(shè)計伺服驅(qū)動系統(tǒng)上位機(jī)監(jiān)控軟件，并通過串行通信口與交流伺服驅(qū)動器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。 1 系統(tǒng)基本組成 交流伺服電機(jī)驅(qū)動器由于其應(yīng)用簡便和性能可靠，已廣泛的應(yīng)用在工業(yè)位置傳動裝置中。市場上新型的交流伺服電機(jī)驅(qū)動器都具有符合RS485協(xié)議的串行通信接口，計算機(jī)可利用這一接口電路與驅(qū)動器之間實(shí)現(xiàn)串行通信，向驅(qū)動器發(fā)出相應(yīng)的位置運(yùn)行指令和速度運(yùn)行指令，控制伺服電機(jī)的運(yùn)行，并及時反饋電機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，供計算機(jī)分析。由于這種方法控制的穩(wěn)定性好、精度高、傳輸距離遠(yuǎn)、可雙向交流控制信息、線路簡單、很有發(fā)展前景。采用計算機(jī)與多臺交流伺服電機(jī)驅(qū)動器構(gòu)成串行控制網(wǎng)絡(luò)圖1所示。 網(wǎng)絡(luò)中計算機(jī)是主機(jī)，而各驅(qū)動器為分支從機(jī)。在電機(jī)驅(qū)動器上各有一個旋轉(zhuǎn)開關(guān)。如圖１中分別為ID1,ID2,ID3。每個開關(guān)一般有01H～0FH共16個位置，用以確定唯一的驅(qū)動器識編碼。計算機(jī)以廣播方式發(fā)出控制指令，由于識別碼唯一，每次只有一臺驅(qū)動器可以有效地收到計算機(jī)發(fā)出的指令。相反，當(dāng)各驅(qū)動器信息反饋給計算機(jī)時，識別碼是唯一的，因此計算機(jī)不會出現(xiàn)誤判。 三維運(yùn)動系統(tǒng)工作原理為：伺服電機(jī)驅(qū)動器在計算機(jī)控制下，通過絲杠帶動三維工作臺X，Y，Z軸作三軸聯(lián)動運(yùn)行，將工件固定在X，Y軸上，雕刻工具（激光）固定在Ｚ軸上。從而形成空間軌跡曲線，從而雕刻出設(shè)計好的模型。 2 系統(tǒng)上位機(jī)的人機(jī)界面設(shè)計 在軟件編程過程中，人機(jī)界面（HMI）的設(shè)計非常重要，它將直接與操作員產(chǎn)生信息交流，友好的人機(jī)界面要求真實(shí)再現(xiàn)控制設(shè)備的狀態(tài)以及準(zhǔn)確地采集所需參數(shù)的數(shù)據(jù)，這主要依靠VC++的控件組合及原代碼完成。整個人機(jī)界面包括主畫面、參數(shù)設(shè)置畫面、歷史曲線畫面、狀態(tài)測試畫面、報警畫面，各畫面間可以相互切換。當(dāng)然也可根據(jù)用戶習(xí)慣編輯不同的人機(jī)界面。 主畫面主要有三軸聯(lián)動圖像雕刻控件、參數(shù)設(shè)置控件、歷史曲線控件、狀態(tài)測試控件、報警控件、圖像重復(fù)雕刻控件、圖像雕刻暫?？丶?、圖像雕刻停止控件、程序進(jìn)程退出控件及客戶區(qū)實(shí)時圖像雕刻顯示曲線。主畫面為監(jiān)控系統(tǒng)的窗口，基本上所有操作員需要了解的數(shù)據(jù)都集中在這里，其畫面的友好程度及功能完整性直接影響人機(jī)界面成功與否。 參數(shù)設(shè)置畫面集中了所有需要修改的參數(shù)，它包括導(dǎo)程設(shè)置、運(yùn)行速度、雕刻范圍、分解步長、最小點(diǎn)距、坐標(biāo)原點(diǎn)、位置控制PID參數(shù)、正反轉(zhuǎn)間隙誤差補(bǔ)償、步序、分步時間、滾珠絲杠螺距長度誤差補(bǔ)償、出光延時等。該畫面功能多，操作較為復(fù)雜。為了限制操作員的訪問權(quán)限，設(shè)置了模態(tài)口令對話框，主要是確保工藝的保密性，防止不必要的誤操作，口令可以在輸入正確口令后修改。 為方便操作者記錄原始數(shù)據(jù)，每天雕刻的圖像都存放在當(dāng)天的數(shù)據(jù)庫里，要查看哪天的雕刻記錄，只要打開當(dāng)天的數(shù)據(jù)庫就可以畫出當(dāng)天的歷史曲線畫面。 報警畫面顯示機(jī)電設(shè)備的報警信息，一旦出現(xiàn)異常情況，報警畫面中顯示報警文字和指示燈信息，同時連接在上位機(jī)的音箱發(fā)出聲音或?qū)缶畔鬟f給報警鈴。提醒操作員及時采取措施處理故障。 狀態(tài)測試畫面能顯示出三運(yùn)動軸的運(yùn)動狀態(tài)，可觀察到三運(yùn)動軸的是否回到坐標(biāo)原點(diǎn)的信息以及單軸正反轉(zhuǎn)運(yùn)動狀態(tài)。通過該畫面，可以檢測Ｘ，Ｙ，Ｚ軸到位開關(guān)是否處于正常的工作狀態(tài)，每軸的旋轉(zhuǎn)方向是否與規(guī)定一致，確保在雕刻圖像時電機(jī)按正確的指令運(yùn)行，達(dá)到要求的空間運(yùn)行軌跡。 3 上位機(jī)與伺服驅(qū)動器間的通信設(shè)計 現(xiàn)在工業(yè)用伺服驅(qū)動器通常都配置了RS485通信接口，利用該接口通過編制相應(yīng)的驅(qū)動程序即可以實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與伺服驅(qū)動器的信息交互。 3.1 RS485串行通信 工業(yè)RS485通信采用2線雙絞傳輸方式，即數(shù)據(jù)D+和數(shù)據(jù)D-，這種數(shù)據(jù)差動傳輸方式可以有效地消除干擾的影響。另外，RS485通信為1:N方式，１臺主控機(jī)（上位機(jī)）可級連多達(dá)16臺被控機(jī)（伺服驅(qū)動器）。 3.2 RS485通信規(guī)則 采用選擇／查詢方式，被控機(jī)常處于等待主機(jī)選擇或查詢狀態(tài)。伺服驅(qū)動器在待機(jī)狀態(tài)時，符合編號的被控機(jī)接收到主機(jī)的要求幀，判斷為正常接收信號后，對要求幀處理，并返回肯定應(yīng)達(dá)幀，否則返回否定應(yīng)達(dá)幀。 3.3 通信功能 上位機(jī)與伺服驅(qū)動器之間進(jìn)行通信主要完成如表１所示的功能。 3.4 通信連接 主控機(jī)側(cè)：RS232/RS485轉(zhuǎn)換接口。 被控機(jī)側(cè)：RS485通信口。 在主控機(jī)和被控機(jī)之間用２不著線雙絞屏蔽電纜連接，末端被控機(jī)加終端電阻。 3.5 通信軟件的開發(fā) ①初始化串行通信口。通過計算機(jī)串口進(jìn)行通信之前，必須根據(jù)監(jiān)控設(shè)備的有關(guān)通信參數(shù)，約定雙方的通信方式，包括波特率的設(shè)置、奇偶位校驗及停止位的設(shè)立。確定數(shù)據(jù)傳輸幀格式，確定UART操作方式，逐個對線路控制寄存器和MODEM寄存器寫入操作。 ②查詢發(fā)送流程。只需CPU檢測到UART發(fā)送器保持寄存器為空，即向UART輸出一個字符，發(fā)送方首先輸出RTS和DTR有效，檢測MODEM寄存器，只有收到DEC輸入的CTS、DSR有效，CPU才向UART輸出一發(fā)送字符。 ③查詢接收流程。只需CPU檢測到UART接收器數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒，既可從接收器數(shù)據(jù)寄存器中讀取一字符，接收方首先輸出終端就緒有效（DTR=1），然后檢測MODEM狀態(tài)寄存器，只有DSR=1，CPU才接收一字符。 下面一段程序是采用VC++編程實(shí)現(xiàn)在Win98環(huán)境下讀取規(guī)定數(shù)目的全部數(shù)據(jù)代碼: ．．．．．． COMMTIMEOUTS timeOver; memset （&timeOver, 0, sizeof （timeOver））; DWORD timeMultiplier, timeConstant; timeOver.ReadTotalTimeoutMultiplier= timeMultiplier; timeOver.ReadTotalTimeoutConstant= timeConstant; SetCommTimeouts （hComport, &timeOver）; ．．．．．． ReadFile （hComport, inbuffer, nWantRead, &nRealRead, NULL） ．．．．．． COMMTIMEOUTS結(jié)構(gòu)用于設(shè)置超時，指定讀寫函數(shù)的等待時間。 在ReadFile（ ）函數(shù)中hComport為待讀串口句柄；inBuffer為輸入緩沖區(qū)大??；nWantRead為每次調(diào)用ReadFile（ ）時，函數(shù)試圖讀出的字節(jié)數(shù)；nRealRead為實(shí)際讀出的字節(jié)數(shù);最后一個參數(shù)值NULL代表ReadFile（ ）將采用同步文件讀寫方式。 通過這段代碼，應(yīng)用程序中的某一線程定時地查詢串口的接收緩沖區(qū)，如果緩沖區(qū)有數(shù)據(jù)，就讀取數(shù)據(jù)；若緩沖區(qū)中沒有數(shù)據(jù)，該線程繼續(xù)執(zhí)行。 3.6 通信實(shí)驗 將上位計算機(jī)和伺服驅(qū)動器通過RS485連接，并設(shè)置好伺服驅(qū)動器內(nèi)01H～0FH的單元定義，啟動應(yīng)用程序運(yùn)行，在屬性設(shè)置窗口中輸入通信口的參數(shù)，實(shí)驗驗證如下： 頻率設(shè)定:在送入框中設(shè)置頻率，通過對比伺服驅(qū)動器顯示面板的讀數(shù)，證明送入正確性。 頻率讀出:置伺服驅(qū)動器為鍵盤操作模式，通過上下鍵選定頻率，在窗口的讀出框中顯示頻率與設(shè)定一致，證明讀出正確。 4 結(jié)論 本例已成功地應(yīng)用于三維激光內(nèi)雕機(jī)伺服控制系統(tǒng)中，控制精度高，操作方便，可靠性高，具有良好的性能價格比，對用不同的交流伺服電機(jī)位置驅(qū)動的三維控制系統(tǒng)的檢測可參考本設(shè)計進(jìn)行。 第二屆伺服與運(yùn)動控制論壇論文集 第三屆伺服與運(yùn)動控制論壇論文集