所需元件

這篇指南需要使用到下列軟件：

• LabVIEW 2009 或后續版本
• LabVIEW Real-Time Module 2009或后續版本 
• NI-RIO 3.2.0或后續版本
• LabVIEW NI SoftMotion Module 2009或后續版本

這篇指南還需要使用下列硬件：

• CompactRIO 控制器和可提供Scan Interface(掃描接口)模式的機箱或NI 9144分布式機箱
• 兩個 NI 9512 單軸步進式驅動接口
• 控制器電源
• 單獨的模塊電源
• 以太網連接和線纜

即使您沒有指定的硬件，仍可以遵循這篇文章中的“LabVIEW NI SoftMotion Module指南”一節，進行離線的配置以學習在LabVIEW中使用該模塊的方法。

LabVIEW NI SoftMotion Module概覽

通過LabVIEW NI SoftMotion Module，您可以借助于LabVIEW Real-Time Module使用功能塊編程范例和RIO Scan Interface構建確定性的運動控制應用。RIO Scan Interface讓用戶可以從LabVIEW Real-Time Module中直接訪問C系列模塊。

這篇文檔包含了NI 951x C系列驅動接口和RIO Scan Interface應用開發方面的內容。需要了解關于在LabVIEW FPGA Module中使用NI 951x模塊的信息，請查閱ni.com/manuals網站上的《NI 951x C系列模塊和LabVIEW FPGA入門指導》。

需要使用NI SoftMotion功能塊進行本指南中所說的雙軸運行，可以在開環狀態下使用NI 9512步進式驅動接口 —— 而不需要額外的反饋設備或其它硬件連接。

這篇指南中的配置參數，也許對實際的運動系統并不合適。為了演示的需要，我們對硬件連接進行了最小化。

設置硬件

完成下列步驟，為本指南中的應用設置硬件。

1. 如果您不是使用集成的控制器和背板，那么需要在現場可編程門陣列(FPGA)背板上安裝CompactRIO實時控制器。查閱控制器操作指南，獲得安裝控制器的信息。

2. 在機箱的1和2插槽中，安裝NI 9512步進式驅動接口模塊。

3. 將模塊連接到電源上。查閱模塊操作指南，以選擇合適的電源。

4. 將控制器連接到電源和擁有相同子網的以太網絡中，以作為開發用的計算機。查閱控制器操作指南，獲得關于將控制器連接到電源和以太網絡的信息。

5. 將模塊連接到驅動器和其它I/O上，如果條件允許的話請使用NI 9512-to-P7000 Stepper Drives Connectivity Bundle(NI 9512至P7000步進式驅動連接包)、NI 951x Cable and Terminal Block Bundle(NI 951x線纜和接線終端)，或者使用自定義線纜用于直接連接。

在控制器上安裝和配置軟件

完成下列步驟，在控制器上安裝軟件并進行配置。

1. 在開發計算機上，啟動NI Measurement & Automation Explorer (MAX，NI測量與自動化導航器)配置工具。

2. 在配置窗格中的遠程系統下選擇控制器。如果沒有看到控制器，那么您可能需要禁用開發計算機上的防火墻。

3. 檢查識別中的序列號是否與設備上的序列號相符。

4. 如果您不想格式化控制器上的磁盤(那樣會刪除所有已經安裝的軟件和文件)，那么給控制器通電，并跳到步驟13。

5. 將控制器上的安全模式開關調到On的位置上。

6．給控制器通電。如果控制器已經通電了，那么按控制器上的Reset按鈕，重新啟動。

7.右鍵點擊配置窗格中遠程系統下的控制器，選擇格式化磁盤。在出現的對話框里點擊Yes。

8. 在MAX完成磁盤格式化之后，將安全模式開關調到Off的位置上，并按控制器上的Reset按鈕，重新啟動。

9. 選擇自動獲取IP地址單選按鈕分配IP地址；或者選擇使用以下IP地址單選按鈕，在IP地址欄中指定靜態IP地址。

10．在名稱域中為系統輸入描述性的名稱。

11. 點擊網絡設置選項卡上的應用，讓MAX重新啟動系統。

12. 當新系統名稱出現在遠程系統下時，在列表中展開控制器條目，右擊軟件，并選擇添加/刪除軟件。

13. 選擇推薦的軟件組合，其包含了NI-RIO 3.2.0或后續版本，且帶有NI Scan Engine支持和下列附加功能：
 

• LabVIEW NI SoftMotion Module

• 對LabVIEW NI SoftMotion Module軟件的NI Scan Engine支持

• NI-Motion 驅動軟件

14. 點擊下一步，在控制器上安裝選擇的軟件。如果需要了解關于推薦軟件組合的信息，請點擊幫助。

15. 在MAX中完成控制器上的軟件安裝后，關閉MAX。

在掃描接口模式下創建工程

掃描接口模式允許用戶從LabVIEW Real-Time中，直接訪問C系列模塊。這些模塊出現在項目瀏覽器窗口中機箱條目下的掃描接口模式中。與多數C系列模塊不同，NI 951x接口不是直接在項目瀏覽器窗口中配置的，該模塊不支持直接可用的I/O變量。

在開發計算機上，使用LabVIEW項目管理VI、目標和I/O模塊。完成下列步驟，來創建一個LabVIEW項目。

1. 啟動LabVIEW。

2. 在啟動窗口中點擊 項目鏈接，顯示項目瀏覽器窗口。也可以選擇文件»新建項目，顯示項目瀏覽器窗口。

3. 選擇幫助，并確認顯示即時幫助被選中。在整個指南中，您可以查閱上下文幫助，來獲得方框圖上條目的信息。

4. 右擊項目瀏覽器窗口中的頂層工程項目，從快捷菜單中選擇新建»終端和設備，顯示添加終端和設備對話框。

5. 確認已有終端或設備單選按鈕已被選中。

如果您沒有安裝硬件，可以選擇新終端或設備單選按鈕，顯示出一系列在沒有實物情況下即可創建的目標和設備。在這篇指南里，可以執行相似的離線配置步驟，學習使用CompactRIO和LabVIEW。

6. 展開Real-Time CompactRIO。

7. 選擇添加到工程中的CompactRIO控制器，并點擊OK。

8. 如果您已經安裝了LabVIEW FPGA，將會出現選擇編程模式對話框。選擇Scan Interface，使系統處于掃描接口模式。

使用CompactRIO 屬性對話框，改變已有工程中的編程模式。在項目瀏覽器窗口中的CompactRIO機箱上點擊右鍵，從快捷菜單上選擇屬性，顯示該對話框。

9. 如果出現查找C系列模塊?對話框，請點擊查找。

10. 點擊繼續。LabVIEW會將控制器、機箱和所有模塊添加到工程中。

11. 在LabVIEW完成硬件搜索后，選擇文件»保存項目，并將工程保存為951x_Tutorial.lvproj。

在完成了這些步驟之后，您的LabVIEW項目應該與圖1類似。

圖1. 項目瀏覽器窗口，掃描接口模式

在LabVIEW項目中增加NI SoftMotion資源

現在來創建捆綁到C系列模塊的NI SoftMotion資源。在VI中使用運動I/O資源來代替I/O變量。查閱LabVIEW Help中的NI SoftMotion Module一節，了解更多關于運動I/O資源和NI SoftMotion的信息。

在項目中增加軸

在項目中，NI SoftMotion軸被捆綁到專門的C系列模塊中，而且允許對模塊上的I/O進行配置。要以掃描接口模式來配置并使用NI 951x模塊，您必須在RT目標中增加軸，并使用與VI中的軸所相關的運動I/O資源。

完成下述步驟，在項目中增加一個NI SoftMotion軸：

1. 在項目瀏覽器窗中右擊目標，并在快捷菜單中選擇新建»NI SoftMotion Axis，打開軸管理器對話框，如圖2所示。

2. 雙擊添加軸，使兩個NI 9512模塊都關聯到NI SoftMotion軸。軸自動捆綁到一個可用模塊中。你可以雙擊軸的名稱對其重新命名，賦予其一個描述性的名字，但是兩個不同的軸不可以使用同一個名字。

圖2.軸管理器對話框

3. 單擊修改綁定打開資源綁定對話框。如果需要的話，更改與該軸相關聯的硬件。

4. 單擊OK關閉軸管理器對話框。將所有軸都添加到項目瀏覽器窗口中。同一個C系列模塊，最多只能關聯一個軸。

在項目中增加坐標

NI SoftMotion軸可以組成坐標空間。坐標空間就是軸的邏輯性多維組合。坐標空間跟軸類似，也有可以作為資源輸入的關聯I/O資源。

完成以下步驟，在項目中增加坐標空間：

1. 在項目瀏覽器窗口中右擊目標，并從快捷菜單中選擇新建»NI SoftMotion 坐標空間，打開Configure Coordinate Space對話框。

2. 從Available Axes欄中選擇Axis 1和Axis 2，并使用箭頭標志將它們移至Coordinate Axes欄。

圖3. 配置坐標空間對話框

當使用坐標資源的時候，目標位置和其它坐標信息都包含在一個一維矩陣中，其中軸的信息是按照采用該對話框增加軸的順序進行排列的。

3. 單擊OK關閉Configure Coordinate Space對話框。

至此，你的工程中已經包含了應用程序所需的軸和坐標空間。你的LabVIEW項目應該與圖4中類似。

圖4.采用運動資源所完成的項目

配置步進式驅動接口模塊的軸

在本部分中，采用軸配置對話框，對與NI 9512 C系列模塊相關聯的軸進行配置。該對話框中包含了步進式驅動命令信號的配置選項、反饋設備、運動和數字I/O、軌跡以及軸的設置。圖5中顯示了NI 9512 C系列模塊的軸配置對話框。無法配置的部分以灰色顯示。

圖5. NI 9512模塊的軸配置對話框

完成下述步驟，對軸進行配置：

1. 右擊項目瀏覽器窗口中的軸，并從快捷菜單中選擇屬性，打開軸配置對話框。

2. 在Axis Setup頁面中，確認將循環模式設置為開環。配置為開環模式的軸會生成步進式輸出，但無需電動機的反饋信息來確認位置。

3. 同樣在Axis Setup頁面中，確認Axis Enabled和Enable Drive on Transition to Active Mode復選框包含有復選標志。這樣配置后，在運行VI的時候將自動激活軸。

要避免自動激活軸，需禁用這些選項。

4. 如果模塊中并不包含有物理信號連接，那么為了保證系統正常運行，必須禁用這些輸入信號。要禁用限制信號和引導信號（home翻譯為引導合適嗎？），轉至Motion I/O頁面，在Forward Limit、Reverse Limit和Home部分中，從Enable復選框中刪除這些復選標志。

5. 根據系統需求，配置所有額外I/O。

6. 單擊OK關閉軸配置對話框。

7. 重復步驟1到步驟6，配置軸2。

注意：請確保在部署項目之前，已經連接好所有的硬件，并接通了電源。項目的部署將NI 掃描引擎切換為Active(活動)模式，并使軸和驅動有效(如果已經連接好軸和驅動的話)，這樣你就可以立即啟動運動。參考LabVIEW Help中的《在RT目標上部署并運行VI》一章節，了解更多關于配置和問題解決技巧方面的知識。

8. 右擊項目瀏覽器窗口中的控制器項目，并從快捷菜單中選擇部署全部，將軸、坐標和軸設置部署成實時目標。

使用交互式測試面板測試系統

使用Interactive Test Panel(交互式測試面板)來測試并調試您的運動系統和所選軸上的配置設置。借助于交互式測試面板，你可以執行簡單的直線運動、監測運動和I/O狀態信息、改變運動限制、獲取系統中的錯誤和故障信息并查看運動的位移或者速度曲線。如果系統中連接有一個反饋設備的話，你還可以獲取反饋的位置以及位置錯誤信息。

在配置好軸后，完成以下步驟，采用軸配置對話框測試所做設置。

1. 右擊項目瀏覽器窗口中的軸，并從快捷菜單中選擇交互測試面板。

2. 使用選項卡設置期望位置、運動模式和運動限制。參考LabVIEW幫助中的NI SoftMotion模塊部分，詳細了解該對話框中的條目。

3. 在對話框的底部單擊開始按鈕，根據配置好的選項啟動運動。

4. 使用狀態和曲線選項卡，在運動進行中監測其狀態。

以掃描接口模式創建一個VI

在本部分中，借助于增添到工程中的模塊的運動I/O資源，創建一個VI。參考LabVIEW幫助中的Real-Time Module(實時模塊)一節，獲得關于掃描接口模式和NI Scan Engine(NI掃描引擎)的詳細信息。

 配置定時循環

將定時循環同步到NI掃描引擎，可以使得時間敏感型的運動函數模塊能夠以指定的掃描速度運行。定時循環內部的任何代碼都保證了每個掃描周期只執行一次。必須最小化定時循環中的內存分配，以避免在系統中引入不確定的時間延遲。

如果你的代碼不需要按照掃描速率運行，那么你可以使用帶有等待下一毫秒整數倍功能的while循環來控制循環速率。

完成以下步驟，配置定時循環：

1. 在項目瀏覽器窗口中右擊控制器項目，并從快捷菜單中選擇新建»VI，打開一個空白VI。

2. 在VI的程序框圖中放置一個定時循環。

3. 雙擊定時循環的輸入節點，打開配置定時循環對話框。

4. 在循環定時源中，將源類型設為同步至掃描引擎。你可以單擊幫助按鈕，獲得關于如何同步至NI掃描引擎的信息。

5. 在循環定時參數中，將周期設為5個掃描周期。該步驟可選，但是可以允許定時循環以一個較低的速率同步至NI掃描 引擎。配置定時循環對話框應該與圖7中類似。

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圖7. 配置定時循環

6. 單擊OK。

創建運動配置文件

本示例采用NI SoftMotion Line and Read function blocks(線和讀功能塊)來創建一個簡單的運動配置文件，并監測運動位置信息。

完成以下步驟，設置運動：

1. 在定時循環內部放置一個Line功能塊。

2. 右擊execute(執行)控件，并從快捷菜單中選擇創建»輸入控件，在前端面板中為該輸入增加控件。

3. 重復步驟2，在前端面板中，分別為position(位置)、velocity(速度)、acceleration(加速度)和acceleration jerk(加加速度)這幾個輸入增加控件。

4. 將deceleration(減速度)輸入連線至acceleration(加速度)輸入，將deceleration jerk(減減速度)輸入連接至acceleration jerk(加加速度)輸入。在有些應用中，減速度值可能必須與加速度值不同，但本應用中二者相同。

5. 從LabVIEW 項目中將坐標空間1資源拖至定時循環外部的方框圖中，并將其連線至功能塊上的資源輸入。

6. 在定時循環內部放置另一個Line功能塊。

7. 將Line功能塊的錯誤接線端和資源接線端連接在一起。

8. 將第一個Line功能塊的完成輸出連線至第二個Line功能塊的執行輸入。

9. 將第二個Line功能塊的velocity(速度)、acceleration(加速度)、deceleration(減速度)、acceleration jerk(加加速度)和deceleration jerk(減減速度)輸入連接到步驟3中所創建的控件上。這將使得第二個功能塊的運動參數值和第一個功能塊相同。

10. 右擊位置輸入，并從快捷菜單中選擇創建»輸入控件，向前端面板中增加第二個位置信息的控件。

11. 向方框圖中增加一個合并錯誤VI，并將Read功能塊和第二個Line功能塊的錯誤輸出連線到合并錯誤 VI。

12. 右擊合并錯誤 VI的錯誤輸出輸出，并從快捷菜單中選擇創建»顯示控件，向前端面板中增加一個顯示控件。

13. 將錯誤輸出連線到定時循環的邊沿。

14. 在為錯誤輸出所創建的循環通道上右擊，并從快捷菜單中選擇替換為移位寄存器。這會將錯誤信息傳遞給下一個循環迭代。

15. 將錯誤輸出連線到定時循環另一側的移位寄存器上。

16. 右擊移位寄存器，并從快捷菜單中選擇創建»常量，初始化定時循環外部的錯誤簇。因為最終的硬件會使用LabVIEW實時模塊，所以要在定時循環外部初始化所有功能塊陣列(array)和簇(cluster)，以避免系統抖動。在定時循環內部，在那兩個Line功能塊底下放置一個Read功能塊。

一般是在主機上(而非在確定性定時循環中) ，通過讀取目標發布的數據來讀取并繪制位置信息。為了簡化，本例中包含了數據讀取部分。

17. 將資源和錯誤輸出連接到第一個Line功能塊的資源和錯誤輸入上。

18. 為位置[]輸入創建一個常數，并將該矩陣的前兩個元素設為0。將位置[]常數移出定時循環。這樣初始化陣列可以無需為功能塊分配內存。

19. 右擊定時循環的條件接線端，并從快捷菜單中選擇創建»輸入控件，向前端面板中增加一個停止按鈕。這將允許你在任何時候停止運行VI。

完成上述步驟后，你的方框圖應該與下圖類似：

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圖8. 程序框圖

切換到前面板。

23. 在 位置[]數組中，將數組的前兩個元素設為5000。這將指定一個x y坐標(5000, 5000)。

24. 在 位置[] 2數組中，將矩陣的前兩個元素設為0。這將x y軸移回至(0, 0)。

25. 暫時保持速度、加速度和加加速度的默認值。

26. 在前面板中增加一個波形圖。

27. 切換到程序框圖，將Read功能塊的位置[]輸出接線端連接到波形圖顯示控件上。完成以上步驟后，您的前面板應該與圖9類似。

 
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圖9. 前端面板

28. 保存VI。

29. 保存項目。

發布、測試并使用VI

完成以下步驟，發布、測試并使用VI。

1. 運行VI。LabVIEW將該VI以及該VI所使用的所有模塊和I/O變量部署至控制器中。

2. 點擊執行輸入控件，啟動任務。

3. 在前面板中，確認位置圖在更新。

4. 單擊停止按鈕，停止VI。

5. 修改任意輸入參數，然后運行VI，再次點擊執行控件，看看不同參數的結果如何。

連接至伺服式和步進式驅動

針對CompactRIO 的NI 951x C系列驅動接口可以直接連接到數以百計的步進式和伺服式驅動/電機。這些運動模塊提供了單軸的伺服式或步進式驅動接口信號。另外，它們還提供了一組完整的運動I/O，包括原點開關和限位開關的輸入、位置反饋信號的正交增量式編碼輸入，以及數字輸入線和數字輸出線。NI 951x驅動接口包含有一個處理器，運行樣條插值函數和NI專利的步長生成算法或控制環。

下面來看看如何連接至NI P7000系列步進式驅動。要了解如何連接到第三方的P-command步進式或伺服式驅動，請參考安裝在LabVIEW NI SoftMotion Module 中的NI SoftMotion幫助文件。

連接到P7000系列步進式驅動

本部分介紹了如何采用NI 9512-to-P7000 Stepper Drives Connectivity Bundle(NI  9512-to-P7000步進式驅動連接包)，將NI 9512步進式驅動接口連接到P7000系列步進式驅動。該產品中有一根線纜，直接將NI 9512 D-Sub連接到P7000系列步進式驅動；以及一個37管腳的接線塊和線纜，將NI 9512 MDR連接頭連接到其它I/O上。

完成以下步驟，將NI 9512驅動接口連接到P70530直流驅動或者P70360交流驅動和其它I/O。圖10中是一幅簡化的連接圖。

1. 根據機箱文檔說明，在機箱中安裝模塊。

2. 采用NI 9512-to-P7000線纜，將D-sub連接頭模塊連接到P7000系列驅動上的Command I/O連接頭上。該線纜為步進式輸出、驅動使能輸出和驅動錯誤信號提供連接。

3. 將電源連接到NI 9512-to-P7000上的直接連接線纜+24 V輸入。

4. 采用接線盒線纜，將MDR連接頭模塊連接到37管腳的接線塊上。

5. 將硬件設備上的其它I/O信號連接到37管腳接線塊或者自定義線纜上。參考圖11了解接線盒的引腳。
   a.將接線塊上的Forward Limit(前向限位)、Reverse Limit(反向限位)和Home(原點) 輸入連接到限位和原點傳感器上。
   b.如果你使用編碼器來反饋位置信息，則請將編碼器的輸入連接到編碼器上。
   c.采用所提供的接線端，連接所有額外I/O。

6. 將驅動電源連接到P7000驅動上。

圖10. NI 9512-to-P7000系列驅動連接圖

注意：如果只需要將MDR連接頭連接到接線盒上，則接線盒上的所有D-Sub信號都是無連接(no connects，NC)。圖11中顯示了只連接MDR連接頭時的37管腳接線盒的引腳。

圖11. NI 9512 37管腳接線塊只連接MDR時的管腳分配

7. 在控制器中安裝軟件，創建一個LabVIEW項目，并添加NI SoftMotion軸。

8. 在項目瀏覽器窗口中右擊軸，并從快捷菜單中選擇屬性，打開軸配置對話框。

9. 針對P7000驅動，在軸配置對話框中改變下述項目的默認軸設置：

a. 右擊軸，并從快捷菜單中選擇屬性，顯示軸配置對話框。

b. 在步進電機頁面中，將輸出方式設置為單端。

c. 在運動I/O頁面的驅動信號標簽頁中，將驅動使能信號的輸出方式設置為源輸出。

d. 在數字I/O頁面中，將驅動器錯誤/報警映射到DI 1，并將輸入方式設置為源輸入。

10. 在項目瀏覽器窗口中單擊控制器項目，并選擇部署全部來部署軸信息。

連接到伺服式驅動器

伺服式軸的配置

伺服式軸只能以閉環模式運行，所以必需有一個反饋設備。如果你使用NI 9514或者NI 9516驅動接口模塊，那么你必須另外對反饋設備、伺服控制環和伺服驅動的驅動命令輸出進行配置。圖6中顯示了NI 9514和NI 9516 C系列模塊的軸配置對話框部分。無法配置的部分以灰色顯示。

圖6. NI 9514和NI 9516模塊的軸配置對話框

使用增益調節測試面板

使用Gain Tuning Test Panel(增益調節測試面板)來調節控制環的設置，并計算伺服軸的相對穩定性。參考NI SoftMotion LabVIEW幫助中的“使用增益調節面板”部分，了解關于增益調節面板和伺服式系統調節指令方面的詳細信息。

右擊項目瀏覽器窗口中的軸，并從快捷菜單中選擇交互式測試面板，訪問增益調節面板。

您所學到的東西

本指南中，分析了使用LabVIEW NI SoftMotion和NI 951x C系列模塊來開發運動應用中的幾個概念，如下：

• NI 951x模塊與大多數C系列模塊的不同之處在于，當你使用掃描接口模式的時候，不能直接在項目瀏覽器窗口中對它們進行配置，而且模塊中不能直接獲得I/O變量。
• 你必須使用NI SoftMotion向RT目標中增加軸，并將它們與NI 951x模塊相關聯，以期以掃描接口模式配置并使用它們。然后，你可以在VI中使用與這些軸相關聯的運動I/O資源。
• NI SoftMotion軸使用Axis Configuration對話框進行配置。
• NI SoftMotion功能塊允許你使用功能塊編程方式來創建確定性運動控制應用。
• NI SoftMotion功能塊為高級狀態監測提供了狀態輸出。