LabVIEWNISoftMotion和C系列驱动接口入门剖析.docx
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LabVIEWNISoftMotion和C系列驱动接口入门剖析
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LabVIEWNISoftMotion和C系列驱动接口入门
发布日期:
十一月15,2009 |1评级| 3.00 outof5|
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概览
本指南展示了如何使用美国国家仪器公司的LabVIEWNISoftMotionModule和NI951xC系列驱动接口来开发运动控制的应用。
该应用使用了NICompactRIO可重配置嵌入式系统以及LabVIEW、LabVIEWNISoftMotion和NI-Motion驱动软件，用来执行一系列双轴运动。
在开发这项应用的过程中，您可以学习到使用NIRIOScanInterface开发运动应用的概念和技术。
利用RIOScanInterface，用户可以在LabVIEWReal-TimeModule中，对C系列模块进行直接访问。
目录
1.所需元件
2.LabVIEWNISoftMotionModule概览
3.设置硬件
4.在控制器上安装和配置软件
5.在扫描接口模式下创建工程
6.在LabVIEW项目中增加NISoftMotion资源
7.配置步进式驱动接口模块的轴
8.使用交互式测试面板测试系统
9. 配置定时循环
10.创建运动配置文件
11.发布、测试并使用VI
12.连接至伺服式和步进式驱动
13.您所学到的东西
14.更多资源
1.所需元件
这篇指南需要使用到下列软件：
∙LabVIEW2009或后续版本
∙LabVIEWReal-TimeModule2009或后续版本
∙NI-RIO3.2.0或后续版本
∙LabVIEWNISoftMotionModule2009或后续版本
这篇指南还需要使用下列硬件：
∙CompactRIO控制器和可提供ScanInterface（扫描接口）模式的机箱或NI9144分布式机箱
∙两个NI9512单轴步进式驱动接口
∙控制器电源
∙单独的模块电源
∙以太网连接和线缆
即使您没有指定的硬件，仍可以遵循这篇文章中的“LabVIEW NISoftMotionModule指南”一节，进行离线的配置以学习在LabVIEW中使用该模块的方法。
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2.LabVIEWNISoftMotionModule概览
通过LabVIEWNISoftMotionModule，您可以借助于LabVIEWReal-TimeModule使用功能块编程范例和RIOScanInterface构建确定性的运动控制应用。
RIOScanInterface让用户可以从LabVIEWReal-TimeModule中直接访问C系列模块。
这篇文档包含了NI951xC系列驱动接口和RIOScanInterface应用开发方面的内容。
需要了解关于在LabVIEWFPGAModule中使用NI951x模块的信息，请查阅951xC系列模块和LabVIEWFPGA入门指导》。
需要使用NISoftMotion功能块进行本指南中所说的双轴运行，可以在开环状态下使用NI9512步进式驱动接口——而不需要额外的反馈设备或其它硬件连接。
这篇指南中的配置参数，也许对实际的运动系统并不合适。
为了演示的需要，我们对硬件连接进行了最小化。
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3.设置硬件
完成下列步骤，为本指南中的应用设置硬件。
1.如果您不是使用集成的控制器和背板，那么需要在现场可编程门阵列（FPGA）背板上安装CompactRIO实时控制器。
查阅控制器操作指南，获得安装控制器的信息。
2.在机箱的1和2插槽中，安装NI9512步进式驱动接口模块。
3.将模块连接到电源上。
查阅模块操作指南，以选择合适的电源。
4.将控制器连接到电源和拥有相同子网的以太网络中，以作为开发用的计算机。
查阅控制器操作指南，获得关于将控制器连接到电源和以太网络的信息。
5.将模块连接到驱动器和其它I/O上，如果条件允许的话请使用NI9512-to-P7000StepperDrivesConnectivityBundle（NI9512至P7000步进式驱动连接包）、NI951xCableandTerminalBlockBundle（NI951x线缆和接线终端），或者使用自定义线缆用于直接连接。
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4.在控制器上安装和配置软件
完成下列步骤，在控制器上安装软件并进行配置。
1.在开发计算机上，启动NIMeasurement&AutomationExplorer（MAX，NI测量与自动化导航器）配置工具。
2.在配置窗格中的远程系统下选择控制器。
如果没有看到控制器，那么您可能需要禁用开发计算机上的防火墙。
3.检查识别中的序列号是否与设备上的序列号相符。
4.如果您不想格式化控制器上的磁盘（那样会删除所有已经安装的软件和文件），那么给控制器通电，并跳到步骤13。
5.将控制器上的安全模式开关调到On的位置上。
6．给控制器通电。
如果控制器已经通电了，那么按控制器上的Reset按钮，重新启动。
7.右键点击配置窗格中远程系统下的控制器，选择格式化磁盘。
在出现的对话框里点击Yes。
8.在MAX完成磁盘格式化之后，将安全模式开关调到Off的位置上，并按控制器上的Reset按钮，重新启动。
9.选择自动获取IP地址单选按钮分配IP地址；或者选择使用以下IP地址单选按钮，在IP地址栏中指定静态IP地址。
10．在名称域中为系统输入描述性的名称。
11.点击网络设置选项卡上的应用，让MAX重新启动系统。
12.当新系统名称出现在远程系统下时，在列表中展开控制器条目，右击软件，并选择添加/删除软件。
13.选择推荐的软件组合，其包含了NI-RIO3.2.0或后续版本，且带有NIScanEngine支持和下列附加功能：
•LabVIEWNISoftMotionModule
•对LabVIEWNISoftMotionModule软件的NIScanEngine支持
•NI-Motion驱动软件
14.点击下一步，在控制器上安装选择的软件。
如果需要了解关于推荐软件组合的信息，请点击帮助。
15.在MAX中完成控制器上的软件安装后，关闭MAX。
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5.在扫描接口模式下创建工程
扫描接口模式允许用户从LabVIEWReal-Time中，直接访问C系列模块。
这些模块出现在项目浏览器窗口中机箱条目下的扫描接口模式中。
与多数C系列模块不同，NI951x接口不是直接在项目浏览器窗口中配置的，该模块不支持直接可用的I/O变量。
在开发计算机上，使用LabVIEW项目管理VI、目标和I/O模块。
完成下列步骤，来创建一个LabVIEW项目。
1.启动LabVIEW。
2.在启动窗口中点击 项目链接，显示项目浏览器窗口。
也可以选择文件»新建项目，显示项目浏览器窗口。
3.选择帮助，并确认显示即时帮助被选中。
在整个指南中，您可以查阅上下文帮助，来获得方框图上条目的信息。
4.右击项目浏览器窗口中的顶层工程项目，从快捷菜单中选择新建»终端和设备，显示添加终端和设备对话框。
5.确认已有终端或设备单选按钮已被选中。
如果您没有安装硬件，可以选择新终端或设备单选按钮，显示出一系列在没有实物情况下即可创建的目标和设备。
在这篇指南里，可以执行相似的离线配置步骤，学习使用CompactRIO和LabVIEW。
6.展开Real-TimeCompactRIO。
7.选择添加到工程中的CompactRIO控制器，并点击OK。
8.如果您已经安装了LabVIEWFPGA，将会出现选择编程模式对话框。
选择ScanInterface，使系统处于扫描接口模式。
使用CompactRIO 属性对话框，改变已有工程中的编程模式。
在项目浏览器窗口中的CompactRIO机箱上点击右键，从快捷菜单上选择属性，显示该对话框。
9.如果出现查找C系列模块?
对话框，请点击查找。
10.点击继续。
LabVIEW会将控制器、机箱和所有模块添加到工程中。
11.在LabVIEW完成硬件搜索后，选择文件»保存项目，并将工程保存为951x_Tutorial.lvproj。
在完成了这些步骤之后，您的LabVIEW项目应该与图1类似。
图1. 项目浏览器窗口，扫描接口模式
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6.在LabVIEW项目中增加NISoftMotion资源
现在来创建捆绑到C系列模块的NISoftMotion资源。
在VI中使用运动I/O资源来代替I/O变量。
查阅LabVIEWHelp中的NISoftMotionModule一节，了解更多关于运动I/O资源和NISoftMotion的信息。
在项目中增加轴
在项目中，NISoftMotion轴被捆绑到专门的C系列模块中，而且允许对模块上的I/O进行配置。
要以扫描接口模式来配置并使用NI951x模块，您必须在RT目标中增加轴，并使用与VI中的轴所相关的运动I/O资源。
完成下述步骤，在项目中增加一个NISoftMotion轴：
1.在项目浏览器窗中右击目标，并在快捷菜单中选择新建»NISoftMotionAxis，打开轴管理器对话框，如图2所示。
2.双击添加轴，使两个NI9512模块都关联到NISoftMotion轴。
轴自动捆绑到一个可用模块中。
你可以双击轴的名称对其重新命名，赋予其一个描述性的名字，但是两个不同的轴不可以使用同一个名字。
图2.轴管理器对话框
3.单击修改绑定打开资源绑定对话框。
如果需要的话，更改与该轴相关联的硬件。
4.单击OK关闭轴管理器对话框。
将所有轴都添加到项目浏览器窗口中。
同一个C系列模块，最多只能关联一个轴。
在项目中增加坐标
NISoftMotion轴可以组成坐标空间。
坐标空间就是轴的逻辑性多维组合。
坐标空间跟轴类似，也有可以作为资源输入的关联I/O资源。
完成以下步骤，在项目中增加坐标空间：
1.在项目浏览器窗口中右击目标，并从快捷菜单中选择新建»NISoftMotion 坐标空间，打开ConfigureCoordinateSpace对话框。
2.从AvailableAxes栏中选择Axis1和Axis2，并使用箭头标志将它们移至CoordinateAxes栏。
图3. 配置坐标空间对话框
当使用坐标资源的时候，目标位置和其它坐标信息都包含在一个一维矩阵中，其中轴的信息是按照采用该对话框增加轴的顺序进行排列的。
3.单击OK关闭ConfigureCoordinateSpace对话框。
至此，你的工程中已经包含了应用程序所需的轴和坐标空间。
你的LabVIEW项目应该与图4中类似。
图4.采用运动资源所完成的项目
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7.配置步进式驱动接口模块的轴
在本部分中，采用轴配置对话框，对与NI9512C系列模块相关联的轴进行配置。
该对话框中包含了步进式驱动命令信号的配置选项、反馈设备、运动和数字I/O、轨迹以及轴的设置。
图5中显示了NI9512C系列模块的轴配置对话框。
无法配置的部分以灰色显示。
图5. NI9512模块的轴配置对话框
完成下述步骤，对轴进行配置：
1.右击项目浏览器窗口中的轴，并从快捷菜单中选择属性，打开轴配置对话框。
2.在AxisSetup页面中，确认将循环模式设置为开环。
配置为开环模式的轴会生成步进式输出，但无需电动机的反馈信息来确认位置。
3.同样在AxisSetup页面中，确认AxisEnabled和EnableDriveonTransitiontoActiveMode复选框包含有复选标志。
这样配置后，在运行VI的时候将自动激活轴。
要避免自动激活轴，需禁用这些选项。
4.如果模块中并不包含有物理信号连接，那么为了保证系统正常运行，必须禁用这些输入信号。
要禁用限制信号和引导信号（home翻译为引导合适吗？
），转至MotionI/O页面，在ForwardLimit、ReverseLimit和Home部分中，从Enable复选框中删除这些复选标志。
5.根据系统需求，配置所有额外I/O。
6.单击OK关闭轴配置对话框。
7.重复步骤1到步骤6，配置轴2。
注意：
请确保在部署项目之前，已经连接好所有的硬件，并接通了电源。
项目的部署将NI扫描引擎切换为Active（活动）模式，并使轴和驱动有效（如果已经连接好轴和驱动的话），这样你就可以立即启动运动。
参考LabVIEWHelp中的《在RT目标上部署并运行VI》一章节，了解更多关于配置和问题解决技巧方面的知识。
8.右击项目浏览器窗口中的控制器项目，并从快捷菜单中选择部署全部，将轴、坐标和轴设置部署成实时目标。
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8.使用交互式测试面板测试系统
使用InteractiveTestPanel（交互式测试面板）来测试并调试您的运动系统和所选轴上的配置设置。
借助于交互式测试面板，你可以执行简单的直线运动、监测运动和I/O状态信息、改变运动限制、获取系统中的错误和故障信息并查看运动的位移或者速度曲线。
如果系统中连接有一个反馈设备的话，你还可以获取反馈的位置以及位置错误信息。
在配置好轴后，完成以下步骤，采用轴配置对话框测试所做设置。
1.右击项目浏览器窗口中的轴，并从快捷菜单中选择交互测试面板。
2.使用选项卡设置期望位置、运动模式和运动限制。
参考LabVIEW帮助中的NISoftMotion模块部分，详细了解该对话框中的条目。
3.在对话框的底部单击开始按钮，根据配置好的选项启动运动。
4.使用状态和曲线选项卡，在运动进行中监测其状态。
以扫描接口模式创建一个VI
在本部分中，借助于增添到工程中的模块的运动I/O资源，创建一个VI。
参考LabVIEW帮助中的Real-TimeModule（实时模块）一节，获得关于扫描接口模式和NIScanEngine（NI扫描引擎）的详细信息。
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9. 配置定时循环
将定时循环同步到NI扫描引擎，可以使得时间敏感型的运动函数模块能够以指定的扫描速度运行。
定时循环内部的任何代码都保证了每个扫描周期只执行一次。
必须最小化定时循环中的内存分配，以避免在系统中引入不确定的时间延迟。
如果你的代码不需要按照扫描速率运行，那么你可以使用带有等待下一毫秒整数倍功能的while循环来控制循环速率。
完成以下步骤，配置定时循环：
1.在项目浏览器窗口中右击控制器项目，并从快捷菜单中选择新建»VI，打开一个空白VI。
2.在VI的程序框图中放置一个定时循环。
3.双击定时循环的输入节点，打开配置定时循环对话框。
4.在循环定时源中，将源类型设为同步至扫描引擎。
你可以单击帮助按钮，获得关于如何同步至NI扫描引擎的信息。
5.在循环定时参数中，将周期设为5个扫描周期。
该步骤可选，但是可以允许定时循环以一个较低的速率同步至NI扫描引擎。
配置定时循环对话框应该与图7中类似。
图7. 配置定时循环
6.单击OK。
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10.创建运动配置文件
本示例采用NISoftMotionLineandReadfunctionblocks（线和读功能块）来创建一个简单的运动配置文件，并监测运动位置信息。
完成以下步骤，设置运动：
1.在定时循环内部放置一个Line功能块。
2.右击execute（执行）控件，并从快捷菜单中选择创建»输入控件，在前端面板中为该输入增加控件。
3.重复步骤2，在前端面板中，分别为position（位置）、velocity（速度）、acceleration（加速度）和accelerationjerk（加加速度）这几个输入增加控件。
4.将deceleration（减速度）输入连线至acceleration（加速度）输入，将decelerationjerk（减减速度）输入连接至accelerationjerk（加加速度）输入。
在有些应用中，减速度值可能必须与加速度值不同，但本应用中二者相同。
5.从LabVIEW项目中将坐标空间1资源拖至定时循环外部的方框图中，并将其连线至功能块上的资源输入。
6.在定时循环内部放置另一个Line功能块。
7.将Line功能块的错误接线端和资源接线端连接在一起。
8.将第一个Line功能块的完成输出连线至第二个Line功能块的执行输入。
9.将第二个Line功能块的velocity（速度）、acceleration（加速度）、deceleration（减速度）、accelerationjerk（加加速度）和decelerationjerk（减减速度）输入连接到步骤3中所创建的控件上。
这将使得第二个功能块的运动参数值和第一个功能块相同。
10.右击位置输入，并从快捷菜单中选择创建»输入控件，向前端面板中增加第二个位置信息的控件。
11.向方框图中增加一个合并错误VI，并将Read功能块和第二个Line功能块的错误输出连线到合并错误VI。
12.右击合并错误VI的错误输出输出，并从快捷菜单中选择创建»显示控件，向前端面板中增加一个显示控件。
13.将错误输出连线到定时循环的边沿。
14.在为错误输出所创建的循环通道上右击，并从快捷菜单中选择替换为移位寄存器。
这会将错误信息传递给下一个循环迭代。
15.将错误输出连线到定时循环另一侧的移位寄存器上。
16.右击移位寄存器，并从快捷菜单中选择创建»常量，初始化定时循环外部的错误簇。
因为最终的硬件会使用LabVIEW实时模块，所以要在定时循环外部初始化所有功能块阵列（array）和簇（cluster），以避免系统抖动。
在定时循环内部，在那两个Line功能块底下放置一个Read功能块。
一般是在主机上（而非在确定性定时循环中），通过读取目标发布的数据来读取并绘制位置信息。
为了简化，本例中包含了数据读取部分。
17.将资源和错误输出连接到第一个Line功能块的资源和错误输入上。
18.为位置[]输入创建一个常数，并将该矩阵的前两个元素设为0。
将位置[]常数移出定时循环。
这样初始化阵列可以无需为功能块分配内存。
19.右击定时循环的条件接线端，并从快捷菜单中选择创建»输入控件，向前端面板中增加一个停止按钮。
这将允许你在任何时候停止运行VI。
完成上述步骤后，你的方框图应该与下图类似：
图8. 程序框图
切换到前面板。
23.在 位置[]数组中，将数组的前两个元素设为5000。
这将指定一个xy坐标（5000,5000）。
24.在 位置[]2数组中，将矩阵的前两个元素设为0。
这将xy轴移回至（0,0）。
25.暂时保持速度、加速度和加加速度的默认值。
26.在前面板中增加一个波形图。
27.切换到程序框图，将Read功能块的位置[]输出接线端连接到波形图显示控件上。
完成以上步骤后，您的前面板应该与图9类似。
图9. 前端面板
28.保存VI。
29.保存项目。
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11.发布、测试并使用VI
完成以下步骤，发布、测试并使用VI。
1.运行VI。
LabVIEW将该VI以及该VI所使用的所有模块和I/O变量部署至控制器中。
2.点击执行输入控件，启动任务。
3.在前面板中，确认位置图在更新。
4.单击停止按钮，停止VI。
5.修改任意输入参数，然后运行VI，再次点击执行控件，看看不同参数的结果如何。
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12.连接至伺服式和步进式驱动
针对CompactRIO的NI951xC系列驱动接口可以直接连接到数以百计的步进式和伺服式驱动/电机。
这些运动模块提供了单轴的伺服式或步进式驱动接口信号。
另外，它们还提供了一组完整的运动I/O，包括原点开关和限位开关的输入、位置反馈信号的正交增量式编码输入，以及数字输入线和数字输出线。
NI951x驱动接口包含有一个处理器，运行样条插值函数和NI专利的步长生成算法或控制环。
下面来看看如何连接至NIP7000系列步进式驱动。
要了解如何连接到第三方的P-command步进式或伺服式驱动，请参考安装在LabVIEWNISoftMotionModule中的NISoftMotion帮助文件。
连接到P7000系列步进式驱动
本部分介绍了如何采用NI9512-to-P7000StepperDrivesConnectivityBundle（NI 9512-to-P7000步进式驱动连接包），将NI9512步进式驱动接口连接到P7000系列步进式驱动。
该产品中有一根线缆，直接将NI9512D-Sub连接到P7000系列步进式驱动；以及一个37管脚的接线块和线缆，将NI9512MDR连接头连接到其它I/O上。
完成以下步骤，将NI9512驱动接口连接到P70530直流驱动或者P70360交流驱动和其它I/O。
图10中是一幅简化的连接图。
1.根据机箱文档说明，在机箱中安装模块。
2.采用NI9512-to-P7000线缆，将D-sub连接头模块连接到P7000系列驱动上的CommandI/O连接头上。
该线缆为步进式输出、驱动使能输出和驱动错误信号提供连接。
3.将电源连接到NI9512-to-P7000上的直接连接线缆+24V输入。
4.采用接线盒线缆，将MDR连接头模块连接到37管脚的接线块上。
5.将硬件设备上的其它I/O信号连接到37管脚接线块或者自定义线缆上。
参考图11了解接线盒的引脚。
a.将接线块上的ForwardLimit（前向限位）、ReverseLimit（反向限位）和Home（原点）输入连接到限位和原点传感器上。
b.如果你使用编码器来反馈位置信息，则请将编码器的输入连接到编码器上。
c.采用所提供的接线端，连接所有额外I/O。
6.将驱动电源连接到P7000驱动上。
图10. NI9512-to-P7000系列驱动连接图
注意：
如果只需要将MDR连接头连接到接线盒上，则接线盒上的所有D-Sub信号都是无连接（noconnects，NC）。
图11中显示了只连接MDR连接头时的37管脚接线盒的引脚。
图11. NI951237管脚接线块只连接MDR时的管脚分配
7.在控制器中安装软件，创建一个LabVIEW项目，并添加NISoftMotion轴。
8.在项目浏览器窗口中右击轴，并从快捷菜单中选择属性，打开轴配置对话框。
9.针对P7000驱动，在轴配置对话框中改变下述项目的默认轴设置：
a.右击轴，并从快捷菜单中选择属性，显示轴配置对话框。
b.在步进电机页面中，将输出方式设置为单端。
c.在运动I/O页面的驱动信号标签页中，将驱动使能信号的输出方式设置为源输出。
d.在数字I/O页面中，将驱动器错误/报警映射到DI1，并将输入方式设置为源输入。
10.在项目浏览器窗口中单击控制器项目，并选择部署全部来部署轴信息。
连接到伺服式驱动器
伺服式轴的配置
伺服式轴只能以闭环模式运行，所以必需有一个反馈设备。
如果你使用NI9514或者NI9516驱动接口模块，那么你必须另外对
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