PMAC运动控制系统

运动控制系统制作人：丁富伟2011年10月5.1开放式运动控制系统5.2PMAC运动控制器5.3PCI运动控制卡设计基于PC的伺服运动控制系统是一种开放式结构的系统，可以充分利用PC机的资源和第三方软件资源完成用户应用程序的开发，将生成的应用程序指令通过PC并行总线传送给运动控制器，运动控制器根据来自PC机的应用程序命令，按照设定的运动模式，向驱动器发出运动指令，完成相应的实时运动规划。5.1开放式运动控制系统5.1.1开放式数控系统一般数控系统由3部分组成：1，MMC：人机接口2，CNC：运动控制部分，包括伺服部分，但一般主轴在PLC部分。3，PLC：机床的顺控部分人机接口NC控制器伺服驱动器数控机床传感器机床强电MMCCNCPLC5.1开放式运动控制系统1、传统数控系统数控系统软件功能模块数控装置控制模块管理模块电机运动控制位置运动控制插补计算刀补计算速度处理G功能处理监控处理中断处理PLC处理误差补偿数控软件功能模块电机运动控制插补计算刀补计算监控处理中断处理匀速控制加/减速控制直线、圆弧插补螺旋线、空间插补刀具半径补偿刀具长度补偿键盘处理显示处理报警处理急停处理部分控制模块功能随着数控技术的发展，数控系统变得越来越复杂，暴露出许多自身固有的缺陷。最大的问题是，这些数控系统都是专门设计的，它们具有不同的编程语言、非标准的人机接口、多种实时操作系统、非标准的硬件接口等，这些缺陷造成了数控系统使用和维护的不便，也限制了数控技术的进一步发展。为了解决这些问题，人们提出了“开放式数控系统”的概念。这个概念最早见于1987年美国的NGC(NextGenerationController)计划，NGC控制技术通过实现基于相互操作和分级式的软件模块的“开放式系统体系结构标准规范（SOSAS）”找到解决问题的办法。一个开放式的系统体系结构能够使供应商为实现专门的最佳方案去定制控制系统。2、开放式数控系统（1）开放式数控系统的定义•IEEE关于开放式系统的定义：一个开放式数控系统应能够在多平台上运行，能够与其他系统进行操作，并能够给用户提供一致的交互界面；1.系统互换性；2.可伸缩性；3.可移植性；4.互操作性；5.可扩展性；6.不依赖于硬件、模块化；（2）开放式数控系统的结构形式：PC连接型NC即将现有原型CNC与PC用通用串行线直接相连的一种组成形式:DNCPC嵌入型NC即在传统的专用数控机床中嵌入PC技术，PC与CNC之间用专用总线连接。－８４０系统。运动控制器+PC型即在通用PC的扩展槽中插入运动控制卡，完全采用以PC为硬件平台的数控系统。－PMAC运动控制器全软件型NC即完全采用PC的全软件形式的数控系统。NC的全部功能处理全由PC进行，并通过装在PC扩展槽中的接口卡等进行控制。STEP-NC（3）PC嵌入型NC即在传统的专用数控机床中嵌入PC技术，PC与CNC之间用专用总线连接。其优点是原型CNC几乎可以不加改动的使用，且数据传送速度快、系统响应快。其目的是增加数控系统的计算机功能，实现联网和大规模数据处理。如FANUC公司的150/160/180/210系统、Siemens840D系统、Num1060系统、AB9/360等数控系统。（4）软件数控它的CNC软件全部装在计算机中，而硬件部分仅是计算机与伺服驱动和外部I/O之间的标准化通用接口。目前由于存在着操作系统的实时性标准统一性及系统稳定性等问题，这种系统目前正处于探求阶段，还没有大规模投入到实际的应用中。目前全软件型NC的典型产品有美国MDSI公司的OpenCNC、德国PowerAutomation公司的PA8000NT等。常用的运动控制器主要包括PLC、PC-Based运动控制卡、专用系统和驱动器集成运动控制。运动控制卡是一种PC-Based的运动控制器，主要厂商包括DeltaTAU(PMAC)、GALIL(DMC)、Bardor、Trio（英国翠欧）、NI、Advantech、Adlink、Googol（固高）、雷赛、众为兴、成都步进、摩信等。PMAC在高端市场表现最好，GALIL也表现不错。从数量上讲，国内的厂商的出货量更多，但是主要针对低端市场。（5）基于运动控制卡的开放式数控系统计算机运动控制器基本模块I/O模块PCI总线数控系统（运动控制器）伺服驱动器开关量I/O其它I/O伺服辅助控制信号运动控制指令位置反馈伺服电机主轴驱动器5.1.2基于运动控制器的数控系统（功能概图）5.1.2基于运动控制器的数控系统（PCI总线）数控装置控制模块管理模块电机运动控制位置运动控制插补计算刀补计算速度处理G功能处理监控处理中断处理PLC处理误差补偿5.1.2基于运动控制器的数控系统（软件系统）PMAC-ProgrammableMulti-AxisController是可编程多轴运动控制器，也称运动控制计算机.它主要由MOTOROLADSPCPU与DELTATAU公司开发和特制的用户门列IC组成.主要功能:1.控制伺服轴2.PLC3.数据采集5.2PMAC运动控制器1、PMAC运动控制器结构基于PC（它本身也是一台计算机）可控制各类电机—步进，交/直流服，线性电机，液压伺服.可接受各类反馈—增量绝对码盘，光栅尺，激光干涉仪，电位计，磁致伸缩传感器，旋转变压器等.多总线结构—PC，VME，STP，PCI，104，MACRO.一卡可同时控制8个轴，可扩展到128个轴连动.后台PLC可扩展到1024点.可独立运行RS-232，422由主机通过接口或总线发送指令在板DPRAM选项在板A/D转换选项32位在板I/OPWM,DAC输出模式2、PMAC的开放式结构3、PMAC系列运动控制器20MHzMotorolaDSP56001系列数据信号处理器8路（数模转换）16位DAC输出16个码盘通道输入16个通用I/OI/O扩展端口越程极限，回原点，伺服放大器报警，使能标志信号接口LCD和VFD显示端口Busand/orRS-422通信脱机运行G-Code编程（可自定义）PMAC1的标准配置线性，圆弧，三次轨迹计算，样条插补256个运动程序存储能力64个异步PLC程序存运行超大程序的实时下载执行功能64位位置计数范围位置环，速度环，电流环三环矢量控制能力曲线加减速控制自定义伺服算法能力电子齿轮先进的PID及扩展伺服算法一、执行运动程序1.PMAC在某一时间执行一个运动,并执行有关运动的所有计算2.PMAC总是在实际运动之前,正确地调和即将执行的运动二、执行PLC程序1.以处理器允许的时间尽可能快的扫描PLC程序2.PLC适用于某些异步于运动程序的运动过程三、伺服环更新1.对于每一个电机，PMAC都以一个固定频率（2KH左右）自动对其进行伺服更新2.伺服环根据运动的设计者编写程序公式，从当前的实际位置和指令位置增加指令的数值四、换相更新1.PMAC以9KHZ的频率自动进行换向计算和控制；2.PMAC测量并估算转子的磁场定向，然后处理电机的相之间的指令1）PMAC的功能五、资源管理1.常规管理定期自动执行资源管理功能，以确认谁正常2.报警跟随误差限制、硬件超程限制、软件超程限制、放大器报警3.看门狗的更新在每个PLC扫描之间,PMAC执行上述任务保证自身的正常更新，如果这些功能不能在最小的频率内检测，卡上的看门狗将报警六、与主机通信1.随时与上位机实时通讯，甚至在一个运动序列中间；2.将命令放入一个程序缓冲区以便以后执行；3.如果命令非法则将向上位机主机报错。七、任务优先级1.任务是按照优先级电路组织起来，使应用程序以最优化、高效、安全的运行2.优先级是固定的，但是他们的频率时可以由用户控制的1）PMAC的功能1.机床---磨床/车床/铣床/电加工/攻丝2.检验---半导体/机械3.喷涂---混合涂料和喷涂4.焊接---机械/半导体5.印刷---快速印刷6.张力控制---织物处理7.食品加工---混合/分切/处理8.包装---塑料/食品9.材料处理---半导体贴片加工10.车辆控制---汽车/电车/叉车11.摄像控制---远距离控制12.机器人---3到6轴抓举和搬运13.通用自动化---输运带/同步控制2）PMAC的应用领域AmplifierMotorPMACABCinterfaceABCEnc.HallsSoftwareInterfaceMachineI/O工业现场总线驱动受控机械对象功率放大3）PMAC的典型开放式应用硬件软件设置及定义系统编程接线判断连接M变量内存图定义坐标系设计程序结构编写和调试程序4）PMAC的应用系统建立5）PMAC的指令初始化和变量设置提前定义其含义有的影响卡的全局有的是电机的定义有的是坐标系的定义有的是编码器的定义1.I-变量(1024)用户定义的变量48-bit浮点格式全局存取(与坐标系无关)2.P-变量(1024)6）受控制电机的运动方式VTIx21=0Ix20Ix20Ix20加速时间(Jog,Home)Ix21S-曲线加速时间(Jog,Home)Ix20加速时间(Jog,Home)Ix21S-曲线加速时间(Jog,Home)VTIx202*Ix212*Ix21Ix21Ix212*Ix21Ix21Ix21NotethatIx20isnotused6）受控制电机的运动方式Ix20加速时间(Jog,Home)Ix21S-曲线加速时间(Jog,Home)VTIx202*Ix21Ix21Ix21Ix20Ix21Ix216）受控制电机的运动方式7）通过设置I变量可以控制以下典型P.I.D伺服环FollowingError跟随误差CommandedPosition指令位置ActualPosition实际位置=-P(proportionalgain比例增益)Ix30Spring刚性，刚度I(integralgain积分增益)Ix33D(derivativegain微分增益)Ix31ShockAbsorber减震，吸收DAC16BitPIDServoAlgorithmErrorCommandActualPositionDigitalNumber?32767DACBitsAMP?10VMEncPosition+-ImportantSetupI-VariablesSETUPPROGRAMFUNCTIONI-VARIABLESCONFIGUREDCommunicationsVariablesI3,I4,I9MotorActivatedI100Flags&ModesVariableI125DACConfigurationI102,I169PositionEncoderConfigurationI103,I900DACTrimmingI129VelocityEncoderConfigurationI104EncoderRelativeScalingI109PreliminaryTuningVariablesI111,I112,I169I130,I131,I132JoggingSetupVariablesI119,I120I121,I122PositionCaptureConfigurationI902,I903HomingSetupVariablesI123,I1268）重要P变量及其功能P变量是用户全局变量，可用于PMAC编程中的计算48位浮点形式1024P变量从P0toP1023可用于:1.计算P100=P101*(sin(45))2.软件触发IF(M1!=1ANDP10=0)利用P变量及DSP进行大量运算OPENPROG1CLEARWHILE(1=1)IF(P10)P2=SIN(P1)+COS(P1)p3=2IF(P13)P2=SIN(P1)+COS(P1)P3=2IF(P199)P2=SIN(P1)+COS(P1)p3=99ENDIFENDIFENDIFX2000P1=P1+1ENDWHILECLOSE8）用户定义坐标系•允许定义的轴:X,Y,Z,U,V