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1、LabVIEWNISoftMotion和C系列驱动接口入门LabVIEWNISoftMotion和C系列驱动接口入门ronggang导语：LabVIEWNISoftMotion和C系列驱动接口入门概览本指南展示了怎样使用美国国家仪器公司的LabVIEWNISoftMotionModule和NI951xC系列驱动接口来开发的应用。该应用使用了NICompactRIO可重配置和LabVIEW、LabVIEWNISoftMotion和NI-Motion驱动软件，用来执行一系列双轴运动。在开发这项应用的经过中，您可以学习到使用NIRIOScanInterface开发运动应用的概念和技术。利用RIOSc
2、anInterface，用户可以在LabVIEWReal-TimeModule中，对C系列模块进展直接访问。所需元件这篇指南需要使用到以下软件：LabVIEW2020或者后续版本LabVIEWReal-TimeModule2020或者后续版本NI-RIO3.2.0或者后续版本LabVIEWNISoftMotionModule2020或者后续版本这篇指南还需要使用以下硬件：CompactRIO控制器和可提供ScanInterface扫描接口形式的机箱或者NI9144分布式机箱两个NI9512单轴步进式驱动接口控制器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LabV
3、IEWNISoftMotionModule指南一节，进展离线的配置以学习在LabVIEW中使用该模块的方法。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。需要解析关于在LabVIEWFPGAModu
4、le中使用NI951x模块的信息，请查阅ni/manuals网站上的?NI951xC系列模块和LabVIEWFPGA入门指导?。需要使用NISoftMotion功能块进展本指南中所讲的双轴运行，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应设备或者其它硬件连接。这篇指南中的配置参数，也许对实际的运动系统并不适宜。为了演示的需要，我们对硬件连接进展了最小化。设置硬件完成以下步骤，为本指南中的应用设置硬件。1.假如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
5、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，以选择适宜的电源。4.将控制器连接到电源和拥有一样子网的以太网络中，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，假如条件允许的话请使用NI9512-to-P7000StepperDrivesConnectivityBundleNI9512至P7000步进式驱动连接包、NI951xCableandTerminalBlockBundleNI951x线缆和接线终端，或使用自定义线缆用于直接连接。在控制器上安装和配置软件完成以下步骤，在控制
6、器上安装软件并进展配置。1.在开发计算机上，启动NIMeasurementAutomationExplorerMAX，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。假如没有看到控制器，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.假如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.将控制器上的平安形式开关调到On的位置上。6.给控制器通电。假如控制器已经通电了，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
7、框里点击Yes。8.在MAX完成磁盘格式化之后，将平安形式开关调到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地址单项选择按钮分配IP地址;或选择使用以下IP地址单项选择按钮，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绘性的名称。11.点击网络设置选项卡上的应用，让MAX重新启动系统。12.当新系统名称出如今远程系统下时，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或者后续版本，且带有NIScanEngine支持和以下附加功能：LabVIEWNISoftMotionModule
8、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。假如需要解析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。在扫描接口形式下创立工程扫描接口形式允许用户从LabVIEWReal-Time中，直接访问C系列模块。这些模块出如今工程阅读器窗口中机箱条目下的扫描接口形式中。与多数C系列模块不同，NI951x接口不是直接在工程阅读器窗口中配置的，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工程管理VI、目的和I/O模块。完成以下步
9、骤，来创立一个LabVIEW工程。1.启动LabVIEW。2.在启动窗口中点击工程链接，显示工程阅读器窗口。可以以选择文件新建工程，显示工程阅读器窗口。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.右击工程阅读器窗口中的顶层工程工程，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.确认已有终端或者设备单项选择按钮已被选中。假如您没有安装硬件，可以选择新终端或者设备单项选择按钮，显示出一系列在没有实物情况下即可创立的目的和设备。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
10、Real-TimeCompactRIO。7.选择添加到工程中的CompactRIO控制器，并点击OK。8.假如您已经安装了LabVIEWFPGA，将会出现选择编程形式对话框。选择ScanInterface，使系统处于扫描接口形式。使用CompactRIO属性对话框，改变已有工程中的编程形式。在工程阅读器窗口中的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.假如出现查找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，选择文件保存工程，并将工程保存为951x_Tutorial.
11、lvproj。在完成了这些步骤之后，您的LabVIEW工程应该与图1类似。图1.工程阅读器窗口，扫描接口形式在LabVIEW工程中增加NISoftMotion资源如今来创立捆绑到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，解析更多关于运动I/O资源和NISoftMotion的信息。在工程中增加轴在工程中，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进展配置。要以扫描接口形式来配置并使用NI951x模块，您必须在RT目的中增加轴，并使用与VI中的轴所
12、相关的运动I/O资源。完成下述步骤，在工程中增加一个NISoftMotion轴：1.在工程阅读器窗中右击目的，并在快捷菜单中选择新建NISoftMotionAxis，翻开轴管理器对话框，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，赋予其一个描绘性的名字，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.单击修改绑定翻开资源绑定对话框。假如需要的话，更改与该轴相关联的硬件。4.单击OK关闭轴管理器对话框。将所有轴都添加到工程阅读器窗口中。同一个C系列模块，最多只能关联一个轴。在工程中
13、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，在工程中增加坐标空间：1.在工程阅读器窗口中右击目的，并从快捷菜单中选择新建NISoftMotion坐标空间，翻开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，目的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展排列的。3.单击O
14、K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工程应该与图4中类似。图4.采用运动资源所完成的工程配置步进式驱动接口模块的轴在本局部中，采用轴配置对话框，对与NI9512C系列模块相关联的轴进展配置。该对话框中包含了步进式驱动命令信号的配置选项、反应设备、运动和数字I/O、轨迹和轴的设置。图5中显示了NI9512C系列模块的轴配置对话框。无法配置的局部以灰色显示。图5.NI9512模块的轴配置对话框完成下述步骤，对轴进展配置：1.右击工程阅读器窗口中的轴，并从快捷菜单中选择属性，翻开轴配置对话框。2.在Ax
15、isSetup页面中，确认将循环形式设置为开环。配置为开环形式的轴会生成步进式输出，但无需电动机的反应信息来确认位置。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。要防止自动激活轴，需禁用这些选项。4.假如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翻译为引导适宜吗?，转至MotionI/O页面，在ForwardLimit、ReverseLimit和Home局部中，从Enable
16、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：请确保在部署工程之前，已经连接好所有的硬件，并接通了电源。工程的部署将NI扫描引擎切换为Active活动形式，并使轴和驱动有效假如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目的上部署并运行VI?一章节，解析更多关于配置和问题解决技巧方面的知识。8.右击工程阅读器窗口中的控制器工程，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的。使用交互式测试面板测试系统使用InteractiveTestPanel交互式
17、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速度曲线。假如系统中连接有一个反应设备的话，你还可以获取反应的位置和位置错误信息。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.右击工程阅读器窗口中的轴，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、运动形式和运动限制。参考LabVIEW帮助中的NISoftMotion模块局部，详细解析该对话框中的条目。3.在对话框的底部单击开场按钮，根据配置好的选项启动运动。4.使用状态和曲线选
18、项卡，在运动进展中监测其状态。以扫描接口形式创立一个VI在本局部中，借助于增添到工程中的模块的运动I/O资源，创立一个VI。参考LabVIEW帮助中的Real-TimeModule实时模块一节，获得关于扫描接口形式和NIScanEngineNI扫描引擎的详细信息。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可以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，以防止在系统中引入不确定的时间延迟。假如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
19、下步骤，配置定时循环：1.在工程阅读器窗口中右击控制器工程，并从快捷菜单中选择新建VI，翻开一个空白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，翻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，获得关于怎样同步至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。创立运动配置文件本例如采用NISoftMotionLineandReadfunctionblocks线和读功能块来
20、创立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立输入控件，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
21、不同，但本应用中二者一样。5.从LabVIEW工程中将坐标空间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中所创立的控件上。这将使得第二个功能块的运动参数值和第一个功能块一样。10.右击位置输
22、入，并从快捷菜单中选择创立输入控件，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立显示控件，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.在为错误输出所创立的循环通道上右击，并从快捷菜单中选择交换为移位存放器。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存放器上。16.右击移位存放器，并从快捷菜单中选择创立常量，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
23、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，以防止系统抖动。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，通过读取目的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局部。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.为位置输入创立一个常数，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立输入控件，向前端面板中增加一个停顿按钮。这将允许你在任何时候停顿运行VI。完
24、成上述步骤后，你的方框图应该与下列图类似：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.保存工程。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和该VI所使用的所有模块和I/
25、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.单击停顿按钮，停顿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怎样。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者步进式驱动接口信号。另外，它们还提供了一组完好的运动I/O，包括原点开关和限位开关的输入、位置反应信号的正交增量式编码输入，和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者控制环。下面来
26、看看怎样连接至NIP7000系列步进式驱动。要解析怎样连接到第三方的P-command步进式或者伺服式驱动，请参考安装在LabVIEWNISoftMotionModule中的NISoftMotion帮助文件。连接到P7000系列步进式驱动本局部介绍了怎样采用NI9512-to-P7000StepperDrivesConnectivityBundleNI9512-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;和一个37管脚的接线块和线缆，将NI9512MDR连接头连接到
27、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P70360沟通驱动和其它I/O。图10中是一幅简化的连接图。1.根据机箱文档讲明，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管脚接线块或自定义线缆上。参考图11解析接线盒的引脚。a.
28、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.假如你使用编码器来反应位置信息，那么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：假如只需要将MDR连接头连接到接线盒上，那么接线盒上的所有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，创立一个LabV
29、IEW工程，并添加NISoftMotion轴。8.在工程阅读器窗口中右击轴，并从快捷菜单中选择属性，翻开轴配置对话框。9.针对P7000驱动，在轴配置对话框中改变下述工程的默认轴设置：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.在工程阅读器窗口中单击控制器工程，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形式运行，所以必需有一个反应设备。假如你
30、使用NI9514或NI9516驱动接口模块，那么你必须另外对反应设备、伺服控制环和伺服驱动的驱动命令输出进展配置。图6中显示了NI9514和NI9516C系列模块的轴配置对话框局部。无法配置的局部以灰色显示。图6.NI9514和NI9516模块的轴配置对话框使用增益调节测试面板使用GainTuningTestPanel增益调节测试面板来调节控制环的设置，并计算伺服轴的相对稳定性。参考NISoftMotionLabVIEW帮助中的使用增益调节面板局部，解析关于增益调节面板和伺服式系统调节指令方面的详细信息。右击工程阅读器窗口中的轴，并从快捷菜单中选择交互式测试面板，访问增益调节面板。您所学到的东
31、西本指南中，分析了使用LabVIEWNISoftMotion和NI951xC系列模块来开发运动应用中的几个概念，如下：NI951x模块与大多数C系列模块的不同之处在于，当你使用扫描接口形式的时候，不能直接在工程阅读器窗口中对它们进展配置，而且模块中不能直接获得I/O变量。你必须使用NISoftMotion向RT目的中增加轴，并将它们与NI951x模块相关联，以期以扫描接口形式配置并使用它们。然后，你可以在VI中使用与这些轴相关联的运动I/O资源。NISoftMotion轴使用AxisConfiguration对话框进展配置。NISoftMotion功能块允许你使用功能块编程方式来创立确定性运动控制应用。NISoftMotion功能块为高级状态监测提供了状态输出。