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PI电动位移平台简明教程

news 2025/6/15 6:28:03

该文章仅供参考，编写人不对任何实验设备、人员及测量结果负责！！！

0 引言

文章主要介绍PI位移台的硬件连接、软件配置以及软件控制。文章中提到的内容在产品手册中都有说明，强烈建议在操作前通读产品手册，这里以《C-863_UserManual_MS205E.pdf》为例，简要介绍该产品手册内容

页码	内容	页码	内容
21	前面板接口介绍	22	后面板接口介绍
26	可操作的选项	28	开/闭环模式
30	物理单位选择	31	移动指令
32	速度/加速度指令	38	到达目标位置状态检测
39	参考点检测	40	限位检测
41	行程与软件限位	46	参考点定义
55	上电调试	76	地址/波特率设置
157	通用指令集	255	错误代码
306	I/O接口引脚定义	307	Joystick接口引脚定义
309	RS-232 In/Out接口引脚定义	310	电源接口

常用指令说明

指令	说明	指令	说明
DIN	获取设备ID	CTO	配置触发输出
FNL	快速移动到参考零点	MOV	移动到指定位置（绝对）
MVR	移动到指定位置（相对）	ONT	达到目标位置状态判断
TMN	获取最大位置	TMX	获取最小位置
TRO	设置触发状态（使能/禁用）	VER	获取当前固件版本

指令操作说明

// 指令分为三类，分别为执行指令、查询指令和状态指令，例如 MOV 移动指令
MOV    ：执行指令，对给定轴进行绝对位置移动
qMOV   ：查询指令，查询给定轴的绝对位置
HasMOV ：状态指令，查询当前控制器/位移平台是否支持 MOV 指令// 以下两种执行方式相同
self.c863Master.MVR(('1') , self.stepLen)
self.c863Master.MVR(self.c863Master.axes[0] , self.stepLen)// 以下两种查询方式相同
self.c863Master.qMOV('1')['1'])
self.c863Master.qMOV(self.c863Master.axes[0])['1'])

1 硬件连接（单台）

测试中以C-863.11控制器和M-410.DG位移平台 (已停产，官网无相关产品)搭建一维系统，设备连接图如下所示
单台连接图

2 控制环境搭建

以测试位移台为例，配件盒中通常会有一张资料CD，其中包含相关文档和软件，若CD遗失可直接搜索PI官网（中国），找到相应的设备后提交表单即可，PI中国代理会将资料发送到邮箱中，文末附本套设备的相关资料，可选择下载

拿到资料后解压 PI_CD-Mirror-C-990.CD1，以管理员运行 PISoftwareSuite.exe，基本没有需要注意的，中途会有弹窗是关于驱动的，选择安装，等待几分钟就可，最后一步中有涉及关联其他软件(NI，美国国家仪器的)，可以根据需要安装，本人使用的是PIPython因此并无过多关注，软件安装是默认目录C:\Program Files (x86)\Physik Instrumente (PI)

关于PIMikroMove的使用这里不做讲解，手册中有详细说明，本人使用的是PI提供的PIPython接口进行开发，因此主要以PIPython示例讲解为主，PI还提供C、C++、C#、Python、Matlab、IN LabVIEW编程接口，可根据条件选择软件控制接口PI编程接口

打开PI官网的PIPython安装网页，从仓库中下载PIPython例程，并win+r打开命令行后输入cmd后回车，执行

pip install PIPython// 若网速慢可使用国内镜像安装
pip install -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple PIPython

安装相应开发库，例程中可能需要其他依赖库，可依此方法安装，至此，开发环境搭建完成

3 例程测试

上电之前需要注意以下几个问题：

RS-232 In与Mini-USB type B 不可同时和电脑连接
注意看电源适配器的输出电压/电流与位移平台是否匹配（部分型号位移平台需要独立供电，注意电源适配器的电压/功率）
原装电源适配器与插排的接线插头比较特殊(插头内置保险丝)，无法与一般国内插排匹配，在实际使用时，直接使用常见电源线(台式机的电源线)，系统工作正常，仅供参考

上电后可通过win+x打开设备管理器，可看到：

// 端口(COM和LPT)
// 设备型号与端口号和自己的设备相关，不尽相同
PI C-863(COM4) // 通用串行总线控制器
// 如果有感叹号！说明驱动有问题，重新安装一遍
PI C-863

为使本文章可读性更强，这里定义如下变量，可以理解为类似于“宏”的东西

// 文件1	
C-863_UserManual_MS205E(英文).pdf// 文件2	
M-5x1-UserManual-MP113-EN.pdf// 指令1	
PIPython-master\PIPython\PIPython\PIPython-2.9.0.4\pipython\pidevice\common\gcsbasecommands.py// PATH1
PIPython-master\PIPython\PIPython\PIPython-2.9.0.4\samples\

3.1 示例1

使用vs code打开PATH1\advanced\connect_serial.py

(line 31) 将 port=‘COM1’ 改为自己设备管理器中的端口号
(line 32) 将 baudrate=115200改为38400，与控制器的拨码相关，可查看《文件1，P70》，设备默认Baud为38400(拨码为S5:OFF,S6:ON)

运行程序后会在终端看到返回的配置和设备信息：

interface: PISerial(port=COM4, baudrate=38400)
connected: (c)2013 Physik Instrumente(PI) Karlsruhe, C-863.11,0,1.3.0.7

到此说明软硬件连接、配置环境正常，可以进行后续开发

3.2 示例2

使用vs code打开PATH1\quickstart.py

注释(line 29)
释放(line 31)，将comport修改为自己的串口号，只写数字(如COM4只写4)，buadrate改为相应值

运行程序后位移平台移动并且终端返回如下：

connected: (c)2013 Physik Instrumente(PI) Karlsruhe, C-863.11,0,1.3.0.7
version info: PI PI_GCS2_DLL.dll: V3.21.0.0 
PIBase: 22.16.1.0 
Path: xxx\PI\GCSTranslator\PISTAGES3.DB Version: V3.0.68.0 
FW_DSP: V1.3.0.7 
PIPython: 2.9.0.5
done - you may now continue with the simplemove.py example...

3.3 示例3

使用vs code打开PATH1\simplemove.py

根据自己的控制器选择控制器宏定义，此处注释(line 21,22,23,53)，释放(38,39,40,55)

(line 38) 将 CONTROLLERNAME 修改为自己控制器型号，(如’C-863.11’)
(line 39) 将 STAGES 修改为位移平台，(如’M-410.DG’)
(line 55) 将comport修改为自己的串口号，只写数字(如COM4只写4)，buadrate改为相应值

运行程序后位移平台移动并且终端返回如下：

connected: (c)2013 Physik Instrumente(PI) Karlsruhe, C-863.11,0,1.3.0.7
version info:
PI PI_GCS2_DLL.dll: V3.21.0.0
PIBase: 22.16.1.0
Path: xxx\PI\GCSTranslator\PISTAGES3.DB Version: V3.0.68.0
FW_DSP: V1.3.0.7
PIPython: 2.9.0.5
initialize connected stages...
move axis 1 to 0.00
current position of axis 1 is -0.00
move axis 1 to 15.00
current position of axis 1 is 15.00
done

3.4 示例4

使用vs code打开PATH1\datarecorder.py

注释(line 27,28,29) ，添加宏定义如下

(line 31) CONTROLLERNAME = ‘C-863.11’
(line 32) STAGES = [‘M-111.1DG’,] # connect stages to axes
(line 33) REFMODES = [‘FNL’,] # reference the connected stages
注释(line 42)，释放(44),并配置

在程序中添加相应代码对设备进行查询操作(详见代码)
程序运行完成后会在PIPython-master根目录下创建文件gcsarray.dat保存数据，可以用记事本查看

注：有任何指令上的问题都可在《文件1》和《指令1》中查找

3.5 示例5

使用vs code打开PATH1\connect_enumerate.py

不做任何修改直接运行程序，可以查询当前PC连接的任何PI设备，返回：

search for controllers...
0 - PI C-863 Mercury SN 0145500061
select device to connect:
// 此时在终端输入 0 （或是返回中的其他设备编号）
select device to connect:0 // 敲回车，返回：
connected: (c)2013 Physik Instrumente(PI) Karlsruhe, C-863.11,0,1.3.0.7

3.6 示例6

使用vs code打开PATH1\connect_daisychain.py

本程序测试至少需要两套设备(两个控制器+两个位移平台)，使用测试设备如下：

Master 控制器：C-863.11 + 位移平台：M-410.DG (已停产，官网无相关产品)
Slave 控制器：C-863.11 + 位移平台：M-531.DD1

这里将第一组定义为主机，第二组定义为从机，daisychain中设备地址需要是唯一的，相关设置规则与控制器上拨码有关，详见《文件1》，此处设置Master地址为1，Slave地址为2

连接设备时先将所有设备断电!!!首先按照下图连接设备
多台连接图
注：不论怎么连接，同一时刻一台控制器上【RS-232 In】和【Mini-USB type B】只有一个在使用

程序中ConnectDaisyChainDevice(self, deviceid, daisychainid=None)使用如下：

@param deviceid : 此处就是对应控制器上的拨码

程序中其他修改见源码

运行程序后返回如下：

RS-232 daisy chain at COM4, 38400 Baud; daisy chain 0, device 1:
(c)2013 Physik Instrumente(PI) Karlsruhe, C-863.11,0,1.3.0.7
daisy chain 0, device 2:
(c)2013 Physik Instrumente(PI) Karlsruhe, C-863.11,0,1.3.0.7

3.7 其他示例

PATH1\simplemove_gcs30.py

该程序无法适配 C-863.11，程序中可使用查询指令看指令是否支持(如： if device.HasqSPV( ): )，相关查询指令可以在《指令1》中查找

PATH1\setparameter_gcs30.py

该程序无法适配 C-863.11

PATH1\advanced\connect_serial.py

修改对应的串口号与波特率后直接运行即可

PATH1\advanced\targets_from_csv.py

将 PATH1\advanced\targets_from_csv.csv 复制到PIPython-master根目录下，修改对应的串口号与波特率后直接运行即可

PATH1\advanced\TrajectorySample.py

此程序需要两个维度的移动平台，暂时没有测试

PATH1\advanced\wavegenerator_circle.py

此程序需要两个维度的移动平台，暂时没有测试

PATH1\samples\advanced\wavegenerator_pnt.py

此程序需要两个维度的移动平台，暂时没有测试，(line 23) 另外此程序应该只适配 C-887 控制器

PI在例程包中还提供了一些其他功能测试程序，由于本人并末使用到，因此也并末全部测试，文末将会提供上述程序修改前/后的代码，可以自行下载使用对比软件查看

4 扩展

PI位移台还提供了一个非常有用的功能——定点触发，假设有这样任务：你手中有一根10cm的样片，你需要每隔0.1mm使用某种传感器对这个样片表面进行采样，那如何每移动0.1mm触发一次采样？此时你需要了解CTO与TRO这两个指令，参考P172和P246，对这两个指令完成相应配置后，每移动相应位移，Mini-DIN socket接口的5,6,7,8引脚（根据程序中所配置的引脚）将会产生一个50us的脉冲，参考P107，此时使用单片机的外部中断触发捕捉到这个脉冲并做出相应动作，由于项目原因不做过多解释，程序也不便公开，有需要此功能的可在手册中查找实现方法，下图为实现简图，仅供参考
外部触发