运动控制器的选型和应用实验---指导书(20111227修改)

机械设计制造及其自动化专业实验
——机电控制实验运动控制器的选型和应用实验
实验指导书
重庆理工大学
重庆汽车学院
实践教学及技能培训中心
2012年1月
运动控制器的选型和应用实验
一．实验目的
1．掌握MPC07运动控制卡对步进电机的控制及其工作原理
2．掌握CNC可编程步进电机控制器对步进电机的控制及其工作原理
3．熟悉一维工作台的工作原理及使用方法，
4．了解上述两种运动控制器+一维工作台的结构组成
5．熟练使用CNC可编程步进电机控制器专用指令进行运动轨迹的编程
6．掌握VB编程方法，熟练使用VB语言对MPC07运动控制卡进行运动轨迹的编程7．通过本实验提高学生对自动化控制的熟悉和了解,锻炼同学的动手和实践能力
二．实验简介
1、M PC07运动控制卡的软硬件简介：
MPC07主要适用于点位运动控制系统。

MPC07控制卡是基于PC机PCI总线的步进电机或数字式伺服电机的上位控制单元，它与PC机构成主从式控制结构：PC机负责人机交互界面的管理和控制系统的实时监控等方面的工作（例如键盘和鼠标的管理、系统状态的显示、控制指令的发送、外部信号的监控等等）；MPC07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、原点和限位等信号的检测等等）。

每块MPC07卡可控制4轴步进电机或数字式伺服电机，并支持多卡共用，以实现多于四个运动轴的控制；每轴均可输出脉冲和方向信号，以控制电机的运转；同时，可外接原点、减速、限位等开关信号，以实现回原点、保护等功能，这些开关信号由MPC07卡自动检测并作出反应。

另外，MPC07卡提供了的通用I/O接口，用于开关量控制。

MPC07卡采用先进的控制芯片，具有梯形升降速曲线，最高输出频率可达4.0MHz，有编码器反馈端口，主要适用于步进电机控制系统，也可用于有编码器反馈的数字式交流伺服系统。

MPC07配备了功能强大、内容丰富的Windows驱动程序、DLL函数库及示例程序。

MPC07在插补算法和运动函数的执行效率方面采用了更有效的方法，提高了插补精度、插补速度和实时性。

利用MPC07的示例程序既可以很快地熟悉MPC07控制卡的软、硬件功能，又可以方便快捷地测试执行电机及驱动系统在完成各种运动时的性能特性。

MPC07运动函数库用于二次开发，用户只要用VC＋＋或Visual Basic等支持Windows 标准32位动态链接库（DLL）调用的开发工具编制所需的用户界面程序，并把它与MPC07运动库链接起来，就可以开发出自己的控制系统，例如：数控系统、检测设备、自动生产线等。

MPC07的运动函数库能够完成与运动控制有关的复杂细节（比如：升降速、直线插补等），这样就可以大大缩短控制系统的开发周期。

2、C NC可编程步进电机控制器简介：
CNC可编程步进电机控制器可与步进电机驱动器、步进电机组成一个完善的步进电机控制系统，能控制多台步进电机多段分时运行。

本控制器核心为单片机芯片，采用计算机式的编程语言，拥有输入、输出、计数、循环、条件转移、无条件转移、中断等多种指令。

具有编程灵活、适应范围广等特点，可广泛应用于各种控制的自动化领域。

技术指标
1. 可控制3台步进电机（分时工作）
2. 可编100段程序指令（不同的工作状态）
3. 可选择5条升降速曲线
4. 最高输出频率：10 KPPS（脉冲/秒）
5. 可接受外接信号控制
6. 可控制外部其它部件工作
7. 数码显示，可显示当前的运行状态、循环次数、脉冲数等
8. 采用超高速单片机控制，采用共阳接法
本实验分为二部分内容：
1、通过操作CNC可编程步进电机控制器的面板按键实现对一维工作台的编
程控制。

2、通过对MPC07运动控制卡进行二次开发（使用VB或C语言编程）实现对
一维工作台的编程控制。

三．实验仪器和设备
1．计算机一台
2．EM-300型步进电机控制系统一台
3．一维工作台(带步进电机：步距角α=1.8°) 一台
4．MPC07演示软件
5．CNC步进电机可编程控制器应用板一块
6．霍尔传感器一个
7．多功能电源板一块
8．导线若干
四．实验步骤及内容
1．本实验所使用的均为精密贵重仪器设备，在实验前必须对操作步骤进行充分的预习。

连接CNC可编程步进电机控制器与一维工作台，根据CNC可编程步进电机控制器使用说明书（在“校内网—〉机械工程实验教学中心网站：/—〉数字资源—〉实验教学资料下载—〉实验参考资料”
上下载），熟练使用控制器的面板按纽对一维工作台的运动进行控制。

2．根据预习题一的内容，在CNC可编程步进电机控制器上现场编制控制程序，并调试运行。

3．结束实验后，关闭CNC可编程步进电机控制器电源，将实验仪器设备归位。

4．连接EM-300型步进电动机控制系统与一维工作台，根据MPC07运动控制卡操作手册（“校内网—〉机械工程实验教学中心网站：/—〉数字资源—〉实验教学资料下载—〉实验参考资料”），熟练使用DEMO软件的控制界面对一维工作台的运动进行控制。

5．熟悉一维工作台的结构及工作原理。

测出一维工作台的丝杠导程，了解步进电机驱动器细分的原理及意义，测出不同细分数下的脉冲当量。

6．根据预习题二的内容，编制运动控制程序。

7．经指导老师检查同意后，接通EM-300型步进电动机控制系统电源，开始实验，调试程序并运行系统。

8．结束实验后，关闭EM-300型步进电动机控制系统电源，将实验仪器设备归位。

五．预习要求
1．预习MPC07运动控制卡操作手册中的有关内容：
4运动控制系统的开发
5函数描述
6常见问题及解决方法
7函数索引
2．参考MPC07运动控制卡操作手册P41中的有关内容，设计一个运动过程，在VB编程环境下编写完成该运动过程的程序代码。

3．预习CNC可编程步进电机控制器的使用说明书中的面板操作。

4．参考CNC可编程步进电机控制器使用说明书附录二的程序实例，设计一维工作台往复运动的控制程序，运动距离、速度，重复次数等参数请同学们自己选择，同时要求使用传感器作为限位控制。

六．注意事项
1．仪器设备由实验老师检查后才能开启电源，接通电路。

尤其是同学在运行自己设计的程序时，一定要征询实验指导老师的意见，在老师同意，并检查通过后才可以进行通电调试。

并要在断电的情况下才能进行拆、接线。

2．同学们操作时一定要注意人身安全。

七．实验报告要求
1．画出MPC07运动控制器+一维工作台实验系统框图，要求标出有效接线。

2．在MPC07运动控制器+一维工作台实验系统上，设计表格记录有关测量参数（5次取平均值），参数包括：步进电机的步距角、一维工作台的运动速度、一维工作台的移动距离、一维工作台的移动方向、滚珠丝杆导程【1】、步进电机-滚珠丝杆副的脉冲当量【2】（注意：步进电机驱动器上细分的设置）等。

（注：1、导程：指同一螺旋线上相邻两牙对应点的轴向距离。

用代号S表示。

它与螺距不同，螺距指的是螺纹上相邻两牙对应点的轴向距离，代号是P。

单线螺纹的导程等于螺距，多线螺纹的导程等于头数（n）乘于螺距，即S=nP。

2、脉冲当量：相对于每一脉冲信号的机床运动部件的位移量称为脉冲当量，又称作最小设定单位。

）
3．通过对MPC07运动控制卡进行二次开发，请提交调试完毕，并可实际运行的程序代码。

4．通过对CNC可编程步进电机控制器的现场编程，请描述一维工作台的运动过程
5．思考题
1．通过本次实验，你对在实际中选择运动控制器的意义有何认识？你对本实验有何心得体会？
2．叙述在你熟悉的编程环境下(如VB语言)，运动控制程序的调试过程。

3．在CNC可编程步进电机控制器的现场编程中，CNC可编程步进电机控制器是采用何种操作来解决传感器对一维工作台的限位？。