机械电子学-多轴运动控制卡

机械电子学多轴运动控制卡纲要1.运动控制技术概况2.运动控制卡简介3.Clipper运动控制卡硬件介绍4.Clipper运动控制卡软件开发5.PMAC运动控制卡选型6.运动控制卡品牌介绍1.运动控制技术概况1.1运动控制概念运动控制与过程控制是控制系统的两大门类过程控制是以生产的过程为背景，以要完成的工艺参数为控制目标，完成对诸如温度、压力等过程参数的控制，一般对电动机的运动精度及快速性要求较低。运动控制通常是指在复杂条件下，将预定的控制方案、规划指令转变成为期望的机械运动。一般表现为直接对电动机的控制，使其完成位置、速度及加速度等实时控制过程，使运动部件按预期的轨迹和规定的运动参数完成相应的动作。1.运动控制技术概况1.2运动控制方式开环控制系统：无检测反馈装置，起执行电动机一般采用步进电动机。半闭环控制系统：位置反馈采用转角检测原件，安装在伺服电动机或丝杆端部。全闭环控制系统：采用光栅等检测元件直接对被控机械对象进行位置检测，消除传动链中的传动误差。1.运动控制技术概况1.3运动控制系统的组成运动控制器的作用：根据作业的要求和传感器件的信号进行必要的逻辑/数学运算，将分析、计算所得出的运动命令以数字脉冲信号或模拟量的形式送到驱动器，为电动机驱动装置提供正确的控制信号。1.运动控制技术概况1.4运动控制系统硬件总体方案D/A输出通道：标准电压信号，控制速度或力矩脉冲输出通道：采用“脉冲+方向”，控制运动方向不同类型部件分别供电以提高系统的可靠性2.运动控制卡简介2.运动控制卡简介2.1运动控制卡运动控制卡是一种基于PC机及工业PC机，用于各种运动控制场合（包括位移、速度、加速度等）的上位控制单元。运动控制卡是基于PC总线，利用高性能微处理器（如DSP）及大规模可编程器件实现多个伺服电机的多轴协调控制的一种高性能的步进/伺服电机运动控制卡。包括脉冲输出、脉冲计数、数字输入、数字输出、D/A输出等功能，它可以发出连续的、高频率的脉冲串，通过改变发出脉冲的频率来控制电机的速度，改变发出脉冲的数量来控制电机的位置2.运动控制卡简介2.2运动控制卡的应用机器人食品机械机床印刷机械木工机械包装机械装配线材料处理光学控制橡胶机械自动缠绕设备激光切割2.运动控制卡简介2.3PMAC运动控制卡PMAC=ProgrammableMulti-AxisController可编程的多轴控制器美国DeltaTau（泰道）数字系统公司生产制造，集运动轴控制，和PLC控制以及数据采集的多功能的运动控制产品2.运动控制卡简介2.3PMAC运动控制卡PMACPCI系列（PMAC1,PMAC2）2.运动控制卡简介2.3PMAC运动控制卡PMACPC104系列（PMAC2A-PC/104）2.运动控制卡简介2.3PMAC运动控制卡Clipper系列3.Clipper运动控制卡硬件介绍3.1ClipperTurboPMACClipper(TurboPMAC2Eth-Lite)是一款具备全部TurboPMAC特征的，设计用于对成本极端敏感的应用控制器。基于TurboPMAC2CPU功能齐全，结构紧凑，成本的多轴控制器，标配以太网和RS232通信接口和内置的IO.Clipper提供完整TurboPMAC2处理器，并提供最低配置4轴伺服或步进控制32个数字I/O点。3.Clipper运动控制卡硬件介绍3.2Clipper产品特点80MHzDSP56303TurboPMACCPU256kx24用户存储器1Mx8闪存用于用户备份和固件最新固件版本RS-232串口100Mbps以太网端口3.Clipper运动控制卡硬件介绍3.2Clipper产品特点TURBOPMACCPU带有DPRAM选项4通道轴接口电路，每个通道包括：—12位±10V模拟量输出—脉冲+方向数字量输出—3组（A\B\C）差分/单端编码器输入—5个输入标志，2个输出标志—UVWTTL级霍尔传感器输入32路TTL-IO点“手轮“端口，带有两路：—A/B相正交编码器输入—脉冲（PFM或PWM）输出对可选2通道12位A/D转换器，1通道12位D/A转换器3.Clipper运动控制卡硬件介绍3.3Clipper电源要求数字电源3A@+5VDC（15W）8通道配置。每增加一块附加板需增加1A@+5VDC电源容量模拟量输出电源0.3A@+12至+15V（4.5W）0.25A@-12到-15V（3.8W）（8通道配置）3.Clipper运动控制卡硬件介绍104总线J2–串口(JRS232)J3–设备端口(JMACH1)J4–设备端口(JMACH2)TB1-电源接口（JPWR）J13–USB2.0通信端口J12–以太网通信端口J7–设备端口(JMACH3)J8–复用端口(JTHW)J10–手轮或脉冲/方向端口(JHW/PD)J9–通用数字输入输出端口(JOPT)3.4Clipper接口说明3.Clipper运动控制卡硬件介绍J2–串口(JRS232)3.4.1Clipper接口定义J2-串口(JRS232)该接口可以使PMAC与上位机通过RS-232端口进行通讯，DeltaTau提供了Acc-3L电缆将PMAC接口转为DB-9端子。1.10针母头扁平电缆接口T&BAnsleyP/N609-10412.标准10线扁平电缆T&BAnsleyP/N171-103.Clipper运动控制卡硬件介绍J3–设备接口(JMACH1)3.4.1Clipper接口定义J3-设备接口(JMACH1)JMACH1为主要的设备接口，包含了四个通道的设备I/O：模拟量输出、增量式编码器输入、放大器错误及使能信号以及供电接口。1.50针母头扁平电缆接口T&BAnsleyP/N609-50412.标准50线扁平电缆T&BAnsleyP/N171-503.Phoenix端子型号FLKM50(公头)P/N2281089带端接模块的扁平电缆3.Clipper运动控制卡硬件介绍J3–设备接口(JMACH1)3.4.1Clipper接口定义案例1：差分正交编码器接入1号编码器通道3.Clipper运动控制卡硬件介绍J3–设备端口(JMACH1)3.4.1Clipper接口定义案例2：通道1使用差分信号模拟量指令来控制电机3.Clipper运动控制卡硬件介绍J4–设备端口(JMACH2)3.4.1Clipper接口定义J4-设备接口(JMACH2)包含4个通道的设备I/O：限位输入标志、回零标志、脉冲&方向输出信号1.34针母头扁平电缆连接T&BAnsleyP/N609-34412.标准34线扁平电缆T&BAnsleyP/N171-343.Phoenix端子型号FLKM34(malepins)P/N22810633.Clipper运动控制卡硬件介绍J4–设备端口(JMACH2)3.4.1Clipper接口定义案例1：限位接线J4-设备接口(JMACH2)包含4个通道的设备I/O：限位输入标志、回零标志、脉冲&方向输出信号1.34针母头扁平电缆连接T&BAnsleyP/N609-34412.标准34线扁平电缆T&BAnsleyP/N171-343.Phoenix端子型号FLKM34(malepins)P/N2281063173.Clipper运动控制卡硬件介绍J4–设备端口(JMACH2)3.4.1Clipper接口定义案例2：输出脉冲&方向信号，可以控制步进驱动器J4-设备接口(JMACH2)包含4个通道的设备I/O：限位输入标志、回零标志、脉冲&方向输出信号1.34针母头扁平电缆连接T&BAnsleyP/N609-34412.标准34线扁平电缆T&BAnsleyP/N171-343.Phoenix端子型号FLKM34(malepins)P/N22810633.Clipper运动控制卡硬件介绍J7–设备端口(JMACH3)3.4.1Clipper接口定义J7-设备接口(JMACH3)包含4个通道用于霍尔器件换相的U,V,W标志1.14针母头扁平电缆连接DeltaTauP/N014-R00F14-0K0,T&BAnsleyP/N609-14412.标准14线扁平电缆171-14T&BAnsley3.Phoenix端子型号FLKM14(malepins)P/N22810213.Clipper运动控制卡硬件介绍J8–设备端口(JTHW)3.4.1Clipper接口定义J8-多功能复用端口(JTHW)含有8个输入线及8个输出线，输出线可用于扩展大量的输入和输出点，DeltaTau提供了附件板卡及软件设置（特殊的M变量定义）以实现此特性。可通过级联接法扩展多达32块复用I/O板。1.26针母头扁平电缆连接T&BAnsleyP/N609-26412.标准26线扁平电缆T&BAnsleyP/N171.263.Phoenix端子型号FLKM26(公头)P/N22810503.Clipper运动控制卡硬件介绍3.4.1Clipper接口定义J8–多功能复用端口(JTHW)3.Clipper运动控制卡硬件介绍J9–通用数字输入输出端口(JOPT)3.4.1Clipper接口定义J9–通用数字输入输出端口(JOPT)提供8个通用数字输入和8个通用数字输出。每个输入和输出有其对应的参考地，34针接头支持OPTO-22或等效的光隔I/O模块。1.34针母头扁平电缆连接T&BAnsleyP/N609-34412.标准34线扁平电缆T&BAnsleyP/N171-343.Phoenix端子型号FLKM34(malepins)P/N22810633.Clipper运动控制卡硬件介绍J9–通用数字输入输出端口(JOPT)3.4.1Clipper接口定义J10-手轮及脉冲&方向接口(JHW/PD)该端口在PMAC上的标号为JHW/PD或J10，提供了来自DSPGate2的2路正交编码器输入及脉冲输出（PFM或PWM）对。1.26针母头扁平电缆连接T&BAnsleyP/N609-26412.标准26线扁平电缆T&BAnsleyP/N171.263.Phoenix端子型号FLKM26(公头)P/N22810503.Clipper运动控制卡硬件介绍TB1-电源接口（JPWR）3.4.1Clipper接口定义该端子用于为Clipper电路提供电源3.Clipper运动控制卡硬件介绍在Clipper电路板上有一些名为E的跳线，可以允许用户在一定程度上进行硬件配置3.4.2Clipper跳线介绍3.Clipper运动控制卡硬件介绍3.4.2Clipper跳线介绍E4E0E6E10E11E12E13E3E14E15E16E17E8E7E53.Clipper运动控制卡硬件介绍3.4.2Clipper跳线介绍E3-硬件初始化上电/复位跳线E4-看门狗定时器禁用跳线E5-以太网端口的控制跳线E6-ADC转换器启用跳线E14-E17-I/O端口方向控制跳线3.Clipper运动控制卡硬件介绍3.4.2Clipper跳线介绍3.Clipper运动控制卡硬件介绍3.4.2Clipper跳线介绍3.Clipper运动控制卡硬件介绍3.4.2Clipper跳线介绍3.Clipper运动控制卡硬件介绍3.4.3硬件接线实例增加4轴接口反馈&IOClipper图谱4.Clipper运动控制卡软件开发4.1运动控制卡相关软件Pcomm32Pro:以动态链接库的形式为用户提供了和PMAC进行交互的过程和函数，方便用户进行监控软件开发。例，检测电机旋转速度：PmacGetVariableDouble(0,‘M’,166，10)Ptalk:为VB或者VC下的控件，可实现PC机的上位软件与PMAC卡之间的通信。Pewin32Pro:为用户提供一个对PMAC进行控制系统的调试平台，进行参数设置。例，对I变量进行设置4.Clipper运动控制卡软件开发