如何选择运动控制卡

摘要

  • 运动控制卡接口选择
  • 运动控制卡功能选择
  • 运动控制卡性能选择
  • 运动控制卡可靠性选择
  • 运动控制卡价格选择
  • 运动控制卡易用性选择
  • 运动控制卡选择的其它考虑
  • 运动控制卡选择的小结

内容

一个运动控制系统中,运动控制卡是控制系统的核心模块,也是和控制系统 的设计目的耦合最紧密的,一旦运动卡选定了,其它的设计都要围绕运动控 制进行选择和设计,所以如何选择运动控制卡,对运动控制系统的设计是非 常重要的。

上海小墨科技的多年进行高可靠复杂系统设计的经验丰富的工程师根据多年 的经验和总结,推荐用户从以下几个方面进行运动控制卡的选择

运动控制卡接口选择

运动控制卡一般有PCI、RS232、RS485、网口、USB等几种接口。除脱机模 式的卡外,其它的都需要和PC、嵌入式工控机、HMI(人机界面)或者其它 控制模块进行连接,运动控制卡只负责运动部分的控制,指令和应用的业务 逻辑由其它单元负责。用户在设计系统的时候,首先要考虑是否需有计算、 显示和参数调整等的需求。

如果运算量比较大、功能复杂,选择PC和嵌入式工控机比较好,因为在这样 的环境下有开发工具和资源都非常先进,有利于整机系统功能的实现。这种 情况下,接口的选择就比较多,以上的任何接口都可以;这个时候再考虑PC 和嵌入式工控机已经具有的接口,比如PCI需要有PCI插槽;还需要考虑通信 的速度,不同的接口,通信速度不一样,根据需要进行选择,合适就好;软 件接口就非常重要,要能提供适合自己开发工具的SDK开发包,对开发包一 定要求文档详细,例程丰富,支持的开发语言一定要丰富,可以方便自己的 技术人员选择自己熟悉的开发语言进行开发。

如果选择HMI(人机界面)配合运动控制卡进行运动控制,则RS232、RS485 和网口是比较好的选择,因为HMI一般都带有这样的接口;另外需要运动控 制卡具有标准的通信协议,最好是Modbus,因为一般用HMI的技术人员对 HMI的组态软件比较熟悉,具有Modbus接口可以非常快速的进行运动控制软 件的开发,无需了解详细的通信协议,否则还要去实现通信协议,就是费力 的事了。

如果用单片机/DSP/FPGA做主控进行控制,则RS232是比较好的选择,因为 一般的这样的主控都具有RS232接口,物理上非常方便连接。如果运动控制 卡能提供封装好对应主控芯片的通信协议(例如提供C51的lib库,DSP的lib 库等),就非常有利于控制软件的开发,技术人员无需花精力去实现通信协 议;如果没有针对专用控制芯片的lib库文件,则提供标准的通信协议,比如 Modbus就是一个非常好的选择,标准的通信协议资料和实现都比较容易找到 。

运动控制卡功能选择

运动控制卡一般能实现的功能是比较相似的,一般都包括归零、定速、点位 、直线插补、多轴联动插补和圆弧插补等功能。用户要根据自己的需要进行 选择,功能的要求一般是符合自己用就可以,没必要多而全,从软件工程的 角度来说,功能越多,可靠性越低,不需要的功能反而是累赘。一般的情况 下,功能越多,价格也越高。所以,功能的选择上,一般以够用为标准,可 以适当考虑未来的扩展。

运动控制卡性能选择

运动控制卡的性能一般包括通信速度、响应速度和控制速度(脉冲速度)。 用户需要根据自己的应用的最高要求,计算自己需要的性能指标,然后预留 20%左右的余量,一般都可以满足未来的要求,没有必要进行个别指标的强 烈追求,需要综合进行考虑,否则会付出不必要的成本。比如步进控制器的 一般接收脉冲的能力是80KHz左右,你选1MHz的脉冲速度,是没有任何意义 的。如果根据整机设计计算出需要达到的精度需要500KHz,那一定要选择满 足这个要求的运动控制卡。

运动控制卡可靠性选择

用户使用运动控制卡,一定非常关心运动控制卡的稳定性。一个控制系统的 稳定性,是由几个部分组成的,包括电机和驱动的可靠性(比如驱动器)、 整机电子学的可靠性(比如电源)、运动控制卡硬件的可靠性、运动控制卡 嵌入式软件的可靠性、主控软件的可靠性(比如HMI的组态软件,PC软件异 常情况处理等)。一般的能经过市场检验的运动控制卡,在隔离设计(比如 电源隔离、光耦隔离等)、滤波和保护(限位保护、接口保护)等都是有考 虑的,能力上不会有多大的差别。有经验的工程师观察一下控制卡上的电路 ,进行一下地连线的分析,都可以进行判断;如果明显连个光耦(或者磁隔 离)都没有,或者虽然有光耦,但是地还是在一起,根本就没有隔离开,那 可靠性肯定是没法保证的。简单的说,板卡上的地线如何处理,可以快速的 判断硬件上的可靠性;嵌入式软件的可靠性这个就很难一下判断,和开发工 程师的水平有很大的关系。

一般的故障都符合浴盆曲线,是早期和寿命后期发生率最高,用户在初期推 出产品到市场前,进行老化测试是非常必要的。

运动控制卡价格选择

一般运动控制卡价格的组成由固定成本(人工、水电)、硬件成本(BOM成 本)、研发成本、测试成本、销售成本、售后成本(应用支持、售后技术、 售后服务等)和利润组成,这个完全需要用户进行合理的判断。市场的生态 系统需要多赢,否则最终还是大家都受损。对于个人玩玩或者实验,用用完 全山寨的产品是没有多大的问题;对于正式的产品,还是需要正规的有技术 能力的公司产品,否则出问题的时候,后悔都来不及。

运动控制卡易用性选择

易用性包括硬件的易用性和软件的易用性。硬件的易用性需要连线方便实用 ,从用户方便实用的角度考虑,比如一个接插件螺丝空位上需要插入十几根 电线再拧螺丝是很难的,也不可靠的。软件的易用性包括文档的质量、例程 的质量和软件入手的难度上,重要的是能快速有效的完成自己需要的功能, 而不是很复杂很难用。时间也是成本。

运动控制卡选择的其它考虑

这个和客户的个人喜好有很大的关系,比如喜好某个品牌,熟悉某种操作方 式,这个都无可厚非,自己喜好,用起来心情也好,遇到问题也有耐心进行 分析解决

运动控制卡选择的小结

选择适合功能、性能、价格和易用性的运动控制卡产品,进行比较试用和实 验(特别是批量产品),进行合理比较判断,只唯实,不跟风,大胆假设, 小心验证。非常少量的使用,买最贵的或者最便宜的都也是一种选择。

上海小墨科技有限公司的MT-200系列的运动控制卡可以满足一部分用户的需 求,希望用户能根据以上的原则进行比较选择,选到自己适合的卡。

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