非标数字装备通用控制器软件系统设计

因此, 研究基于嵌入式技术、 具有一定通用性的 数字装备通用控制器 , 使之既可用于机器人控制和 数控机床的控制 , 又可灵活的应用于其他各类需要 数字控制的自动化装备, 具有重大的工程应用价值 , 该装置的研制成功必将推动我国装备自动化水平的 提高, 同时带动相关产业的发展
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1 非标数字装备通用控制器系统简介
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再加上步进电机控制接口和 AD /DA 接口电路 便组成了整个控制系统, 图 1 为系统整体的结构框 架图.
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在软件系统中加入如通讯模块、 显示模块、 故障 诊断处理模块各个功能模块 , 便组成了整个软件系 统, 其结构框图如图 2 .
图 1 系统基本框架图 Fig . 1 The basic fram e of syste m 图 2 软件系统结 构框图
赵连玉, 赵文杰
( 天津理工大学 机械工程学院 , 天津 300384) 摘 要 : 本文提出了一种基于 W indBaidu Nhomakorabeaw s CE 嵌入式的非标数字装备通 用控制器 , 主控 模块选用基 于 PC104 总线 的主
板 , 再在主板 PC I插槽上嵌入运动控制卡和 内置 PLC 模块 , 实 现对伺 服电 机的控 制 , 进而 实现所 需要 的工 业控制 。 本文在已有的硬件设备 上进行整体的软件系统的设计 , 并对整体软件架构进 行了详细的阐述 . 关键词 : W indo w s CE; PC104 ; 数字装备 ; 控制器 中图分类号 : TP273 文献标识码 : A do: i 10. 3969 / j . issn . 1673 095X. 2010. 03. 021
进入 21 世纪后 , 随着国际产 业结构调 整和转 移 , 中国将成为世界最重要的制造和供应基地之一. 但是, 与国际先进水平相比 , 我国的制造业和制造技 术还存在着相当大的差距, 因此数字装备便应运而 生 , 数字装备包括数控机床、 焊接机、 工业机器人和 坐标测量机 , 已从单纯的制造执行实体逐步发展为 综合信息处理装置, 其数字信息处理能力是数字制 造系统的重要特征. 这些设备具备运动规划、 性能建 模、 状态检测、 自控制、 自维护和自重组的功能 , 以满 足快速产品开发和快速响应市场的需要, 适应产品 创新和市场竞争的环境. 数字装备的特征集中体现 在运动数字化, 包括驱动过程的数字建模、 多约束条 件下的运动规划、 基于传感信息的参数识别以及对 工况变化的自适应控制等方面 .
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/* W rite to 操作速度 * / # defin e WPRUR 0x83 /* W rite to 加速度 * / 然后是对一些基本函数的定义 , 定义如下 : 写入命令代码及轴选择函数 p645_w com ( l16 base_addr , U8 comw ) 向输出端口写入函数 p645_wo tp( l16 base_addr , U16 otpw ) 向寄存器写入数据函数 p645_w reg( l16 base_addr , U8 r w com, l32 data) 读寄存器函数 p645_rreg( l16 base_addr , U8 rrcom ) 等待运行结束函数 p645_w ait( l16 base_addr) 最后是对运动控制芯片功 能函数的定义, 以下 是部分功能函数的定义: 初始化函数 USB _in itia l( vo id) ; 清除函数 USB_c lo se( void); 读取芯 片的设定地址 USB _get _base _addr( l16 cardNo, U16 * irq_no) ; 读取中断号 USB _get _ irq_channel( l16 card No , U16 * base_ addr); 减速停止 USB _sd_stop( l16 Ax isNo ) ; 本文采用运动控制芯片 PCL 6045B, 是为了方便 开发人员的二次开发 , 把 AP I 函数库以动态链接库 的形式提供给了开发人员 , 为后续的开发提供了很 多便利 , 为实现各种功能提供了可能 . 用户使用这些 库函数时只需将提供的 ap.i lib , ap. i dl, l np m 6045. h , usb_npm. h 这四个文件在 EVC 中进行链接即可 , 链接过程如下: 1) 在 EVC 下新建一个应用程序 . 2) 把以上四个文件复制到新建应用程序当前目 录下. 3) 在 T ools- Op itions- D irectories选项卡下选择 ap.i lib 的所在路径 . 4) 在 P ro ject - Setting - L ink - Object/ L ibrary m odules选项卡下写 ap. i lib . 5) 在源文件中包含 npm 6045 . h , usb _npm. h 两 个头文件. 通过以上操作, AP I函数库中的功能函数便能在
收稿日期 : 2009 11 23 . 第一作者 : 赵连玉 ( 1963 ), 男 , 教授 .
2010 年 6 月
赵连玉 , 等 : 非标数字装备通用控制器软件系统 设计
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用于扩展的 PC I 插槽 , 一 个用于 连接 CPU 板 卡的 PC104 总线插槽, 该总线以 针 !和 孔 !形式层叠连 接 , 这种层叠封装有极好的抗震性. 内置 PLC 模块为实现外围设备的同步控制及其 他开关量的输入输出, 同时需要设计主控单元和内 置 PLC 之间的双向数据传输线路. 其主要作用包括: 外部操作面板的逻辑输入、 外部开关设备的逻辑输 出、 传感器的输入及其他 I /O 接口 . CPU 板 卡 选 择 采 用 基 于 PC104 总 线 的 研 华 PC M - 3370E. 该板卡带有图形显示芯片、 VGA /LCD 接口、 512 M 内存、 CF卡插槽、 RS232和 RS485 接口、 USB 控制芯片及接口、 10 M /100M 以太网接口
该系统总体包括以 下几个组件 : PC104 总线的 主板, 内置 PLC 模块 , 用 PCL 6045B 运动控制芯片自 行研发的运动控制卡 , 研华 PCM - 3370E CPU 板卡 , 手持式编程器, 液晶触摸屏. 下面对各个组件做简单 介绍. 主控模块采用 PC104总线主板, 主板上有四个
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信息. 扩展性体现在用户可以自行开发和扩展控制系 统的性能. 同时 , 设计整个系统的软件还需要考虑整 个软件的实时性 . 鉴于本系统对于实时性要 求比较高, 本软件系 统是采用 W indow s CE 嵌入式系统, 用 EVC 进行底 层驱动程序和人机界面的设计 . 数字装备通用控制 器的软 件在 W indow s CE 操 作系 统下使 用 EVC 开 发. 它一方面要处理用户的操作, 另一方面要协调硬 件之间的关系 , 保证整个系统按照正常的逻辑和时 序运行 . 就软件控制系统结构的开 放性而言, 主要体现 在从上到下的不同层次: 上层 PC104 上位机首先要 向用户提供一个友好的人机交换界面. 该界面可以 进行命令的输入、 粗插补运算 , 以及 PLC 上位机程序 的编制 . 在下层主 要分为两部分 , 一部分 运动控制 板, 运动控制板将接收上位机 PC104 主板传来的数 据, 实现具体的运 动控制等功能 ; 另一部 分是内置 PLC 智能控制卡 , 主要实现对外围设备的开关量控 制, 并且用户也可以根据需要通过手持式编程器向 内置 PLC 发送控制命令
2 非标数字装备通用控制器软件系统设计
2 . 1 软件系统总体框架 数字装备通用控制器的软件系统是基于嵌入式 系统的一个实时控制系统, 下面从软件系统的伸缩 性、 扩展性、 实时性和开放性对整个软件系统进行简 单说明 . 伸缩性体现在控制系统必须能够根据用户的需 要 , 增加和减少某些功能和部件, 并向用户提供系统
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第 26 卷
第 3期
程序和流接口的驱动程序. 两种外部模型用于通用 串行总线 ( USB )和网络驱动器接口标准 ( ND IS) 驱动 程序. 其中流接口驱动程序是为连接到基于 W in dow s CE 平台的外 围设备而 设计的 , 这些外 围设备 包括 SD 卡、 摄像头、 打印机等 . 流接口驱动程序由设备管 理器统一加载、 管理和卸载 , 应用程序使用 W in dow CE 操作系统的文件 AP I 函数和流接口进行通信 , 从 而达到访问驱动程序、 操作硬件的目的. 应用程序通 过操作系统对流接口驱动程序的访问是通过调用流 接口函数来实现 . 因此 , 编写流接口驱动程序就是实 现流接口驱动程序的接口函数 . 本软件系统中定义的流接口函数主要有 10 个: XXX In it 、 XXX D ein it 、XXX OP en 、 XXX C lose 、XXX Read 、XXX W r ite 、 XXX Seek 、 XXX P ow er Up 、 XXX Pow erDow n 和 XXX Iocontro, l XXX 是 驱动程序 注册 表里定义的设备前缀. 流接口驱动程序通过一组接 口函数生成驱动程序动态链接库 ( DLL ) , 然后通过 文件系统或者设备管理器与系统内核或外围设备打 交道, 驱动程序中封装了交互命令转换为所控设备 操作所需的信息及文件. 当底层驱动程序编写好了 以后, 当 W indow s CE 的平台启动时, 就启动设备管 理程 序 , 设备 管 理 程 序 读取 HKEY _LOCAL _MA CH I N E \Drivers\ Builtin 键的内容并加载已列出的驱 动程序 , 这样整个硬件系统就能运行起来了 2 . 3 API函数库的应用 AP I( Applicatio n P rog ra mm in g Interface 应用程序 编程接口 )是一些预先定义的函数 , 目的是提供应用 程序与开发人员基于某软件或硬件的以访问一组例 程的能力, 而又无需访问源码, 或理解内部工作机制 的细节
The software design of controller in comm on use to the digital equipm ent
ZHAO L ian yu , Z HAO W en jie
( Schoo l o fM echanical Eng ineering , T ian jin U n iversity o f T echno logy , T ian jin 300384, Ch ina) Abstrac t : T h is pape r pu ts fo r w ard a kind of contro ller in comm on use to the non- standard d ig ital equ ipm ent based on the W indow s CE e m bedded techno logy . T he ma in contro lm odu le o f the contro lle r is equ ipped w ith the embedded PC104 board , then insert mo tion contro l card and built in PLC modu le into the PC I slot on the board , in order to contro l the servo m o to r . T h is pape r design the so ftware system based on the hardwa re equipment , and descr ibed the ove ra ll soft w are architecture in deta i. l K ey word s : W indow s CE; PC104; d ig ita l equ ipm ent ; contro ller
Fig . 2
Syste m atic structure fram e d iagram of sof t ware
2 . 2 底层驱动程序设计 W indow s CE 的设备驱动程 序将操作 系统与硬 件联系起来 , 使得操作系统能够管理硬件设备, 向应 用程序提供访问使用硬件的调用 . 目前, W indow s CE 提供了四种设备模型 , 其中两种是专门用于 W indow s CE 的模型 , 另外 两种外部 模型来自 其他的 操作系 统. 基于 W indow s CE 的两种模型是本机的设备驱动
第 26 卷 第 3 期 2010年 6 月
天 津 理 工 大 学 学 报 JOURNAL OF T IANJIN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
Vo. l 26 N o . 3 Jun . 2010
文章编号 : 1673 095X ( 2010 ) 03 0068 04
非标数字装备通用控制器软件系统设计