0 引言

　　运动控制是根据上位数控系统发出的命令来控制电机运动的方法，在数控系统中占据重要的位置。目前，国外有关运动控制方面的技术研究已经比较成熟。

　　相对而言，我国在运动控制领域的研究起步较晚，在稳定性、可靠性和实用性方面都仍存在问题。开放式数控制码系统主要是在小零件上制作标记的加工过程，对速度要求高、位置要求准确。根据中国国情，为开放式数控制码系统开发一款成本低廉、功能完备稳定、效果良好的运动控制卡是十分可行和必要的。

1 开放式数控系统的组成

　　开放式数控系统分软件系统和硬件结构两部分。软件系统就是安装在PC主机上控制开放式数控制码机运作的程序；硬件部分主要由负责人机操作的PC电脑主机、PCI光电隔离运动控制卡、硬件驱动器和开放式数控制码机四部分组成，如图1。

　　如图2为给零件加工制码的整个流程，先由PC机上的开放式制码系统发出制码指令，指令通过PCI光隔卡转换成高低电平信号，硬件驱动器再将高低电平信号的电压放大，最后驱动制码机中的三个步进电机进行加工制码。

图2 制码的整个流程

　　整个制码过程中，系统的运行性能及控制精度都与PCI光电隔离运动控制卡的设计息息相关。因此，开放式数控制码系统硬件结构设计的关键就是PCI光电隔离运动控制卡的改造设计 。

　　PCI光隔运动控制卡的主要功能是负责制码机与PC机之间的数据通信，将PC机中的输入输出信号以高低电平的方式进行传输，该卡是嵌入于PC机的主板上联合运作的。

　　硬件驱动器主要负责是将PCI光隔卡输出的高低电平信号放大，足以驱动制码机运转，主要包括稳压器、放大电路等。开放式数控制码机里包含三相六拍的步进电机三个，分别用来控制制码机的刀架转动、刀架上下移动和被加工零件架的转动。

2 运动控制卡

　　开放式数控制码系统中的运动控制卡采用了宏拓PCI-7505光隔16路输入/16路输出开关量板。

　　PCI-7505板主要有TTL电平输出和功率输出两种方式，输出端最大功率可驱动24V/200mA或12V/200mA负载，采用光隔离技术，实现16路开关量独立输出。PCI-7505光隔卡采用的是共地方式，不需要外接电源，由于应用光电隔离技术，各输入输出开关量相互独立，从而实现16路电压型开关量的并行输入，所以在光隔板上的光耦器件焊接上合适的限流电阻，使其输入电流维持在4mA左右，便能适应不同电压的开关量输入。

　　PCI-7505包括开关量输入、开关量输出、PCI-ISA总线转换桥电路和地址译码及数据锁存四大功能模块，如图3所示。光电隔离芯片采用的是电流方式工作，电流务必保持4mA左右，因此，在电流不变的前提下，改变限流电阻的阻值，便可改变开关量输入信号电压。信号值“1”表示高电压信号，信号值“0”表示低电压信号。

　　首先，利用PCI光电隔离卡来控制制码机运作，需要的是TTL电平输出方式，通过高低电平信号的变换来实现对步进电机的控制。

　　再则，现使用的制码机中是36伏的稳压电源；PC中的制码控制程序发出高电平输出信号，经PCI光隔卡输出10V电压，再进入驱动器，经放大电路放大到36V，带动制码机制码。PCI光隔卡采用TTL电平输出方式时，其输出电压为5V，要使其进入驱动器的电压达到10V，则需对PCI光电隔离运动控制卡进行改造设计。

3 运动控制卡的改造设计

　　3.1 实现TTL电平输出

　　宏拓PCI-7505光隔卡出厂时默认为功率输出方式，而我们开放式数控制码系统中需要的是TTL电平输出方式，所以首先需要将PCI光隔卡改造为TTL电平输出方式。

　　具体方法是将功率驱动芯片MC1416卸下，将其插座上除8，9脚之外的所有输入输出脚用短路线端短接，如图4中各脚之间的短接示意图。然后将PCI板卡上其它二块相同的功率驱动芯片，都采用图4中相同的方法短接改造。

　　这样改造之后，可使光隔离输出的信号直接送到XS1输出端，来实现TTL电平输出。

　　3.2 实现放大驱动器电压的方法

　　PCI-7505卡输入输出信号的传送都采用光电隔离技术，经过多次尝试和试验操作测试，可以将一个30k的上拉电阻焊接在短接的MC1416各端（除8，9脚）与外接电源端之间，通过焊接的30K上拉电阻来增大输出电阻，从而使输出电压由5V放大到10V。

　　经过焊接上拉电阻的方法改造之后，外接36V电压的PCI光隔卡，会产生大于1mA的电流，经改造过的PCI卡中的光偶器件可输出10V电压，再通过硬件驱动器进行放大，从而驱动开放式数控制码机运作。

4 实验结果

　　在开放式数控制码系统运行的一年中，零件制码加工运作完全正常，成功率达95%，速度和精度的要求都完全合格，下位机中各种故障及突发事件的发生，也能即时通过此次改造的运动控制卡将信号传递回上位机。

　　此次运动控制卡的改造设计，不但能很好的应用于开放式数控制码系统中，而且还大大降低了成本，实现了一个经济型的开放式数控制码系统，具有较高的实用价值。