GALIL GALIL GALIL 运 动 控 制 器 编程介绍.pdf

GALILGALILGALIL GALIL 运运 动动 控控 制制 器器 编程介绍编程介绍 北北北 北 京京京 京 宝宝宝 宝 伦伦伦 伦 数数数 数 控控控 控 技技技 技 术术术 术 有有有 有 限限限 限 公公公 公 司司司 司 POWERLANDPOWERLANDPOWERLAND POWERLAND TechnologiesTechnologiesTechnologies Technologies Co Co Co Co 公司总部 公司总部 地址 北京海淀区上地三街嘉华大厦 F 座 10 层邮编 100085 电话 010 82840851 82840855 82890324传真 010 82841734 Website www power E mail sales power 上海办事处 上海办事处 广州办事处 广州办事处 电话 021 62511327 62512536电话 020 38628383传真 021 62511906传真 020 38628186 北北京京宝宝伦伦数数控控 POWERLANDPOWERLANDPOWERLAND POWERLAND TechnologiesTechnologiesTechnologies Technologies 1 1 1 1 272727 27 一 一 系统元件构成系统元件构成 1 1 1 1 概述概述 运动控制器作为整个闭环系统部分 包括了功率放大器 电机 编码器 这样的系 统 亦即众所周知的伺服系统 接收电机位置信号并将位置信号反馈到控制器 一种典 型的伺服系统如图 1 所示 位置命令运动命令电流 位置反馈位置 图 1 伺服系统元件构成 伺服系统中各个元件的工作类似于人体 电机和功率放大器的结合类似于使人的 四肢活动的肌肉 电机是产生运动的元件 功率放大器产生驱动电机所需要的电流 例如 放大器取得小电流信号并将其放大成大电流高电压信号 控制器是命令运动的智能元件 亦即系统的大脑 它产生用于功率放大器的信号 称作运动命令 位置传感器的功能类似于人的眼睛 它检测电机的位置并将结果告知 控制器 即形成闭环 闭环系统接收来自外部的命令 通常是主计算机 继续与人类社会相比较 命令 源可以视作老板 产生命令 经常要求状态报告 用其它方式如 PLC 终端或开关组 亦可产生命令 下面简要论述系统元件 重点集中在最通常的控制系统 控制 DC 电机 用增量 式编码器的数字位置系统 不过 大部分讨论亦适用于带有旋转变压器或绝对值编码 器的 AC 或液压电机的系统 2 2 2 2 DCDCDC DC 电机电机 DC 电机将电能转换成机械能 更确切地讲 就是将电流转换成旋转扭矩 DC 电 机的关键参数有扭矩常数 Kt 电机电阻 r 转动惯量 Jm 和最大扭矩 扭矩常数单位为 Nm A 或 oz in A 它表示每个电流单位电机产生的扭矩量大小 例如 一台扭矩常数为 0 1Nm A 的 DC 电机将 2A 电流转换成 0 2Nm 的扭矩 电枢电阻是指电枢绕组和电刷的电阻 之和 以 表示 转动惯量 Jm 是电机旋转部分的转动惯量之和 以 Kg 或 oz in s2来表示 电机特性是它所产生扭矩的大小 扭矩大小用两个参数来表达 连续扭矩和峰值扭矩 连续扭矩是指电机以任何速度无过热连续运转所能产生的扭矩 峰值扭矩是指不会引起机械 损坏或去磁短时间运行所产生的最大扭矩 峰值扭矩是连续扭矩的好几倍 只要扭矩的均方 根 RMS 值在连续扭矩之内 电机就能产生小于峰值扭矩的任意扭矩 伺服放大器产生驱动电机的电流 这种放大器的工作在下节中描述 3 3 3 3 功率放大器功率放大器 主计算机 位置传感器 电机功率放大器运动控制器 北北京京宝宝伦伦数数控控 POWERLANDPOWERLANDPOWERLAND POWERLAND TechnologiesTechnologiesTechnologies Technologies 2 2 2 2 272727 27 功率放大器接受命令信号 一般是 0 10V 模拟信号 并将其放大成所需要的电 流 这种放大器有电流 速度两种方式 当用速度反馈时则为速度方式 功率放大器 一 般以电流方式构成 在电流方式下 放大器产生与输入电压直接成比例的电流 通过监视电流大小的 电流反馈回路得到电流反馈信号 并使它与命令信号成比例关系 电流放大器用表示 每 1V 命令信号的电流安培的电流增益 Ka 来代表 速度命令 速度放大器电流命令 功率放大器具电机 电流反馈 速度反馈 测速机 图 2 速度方式放大器元件构成 A B 位置 图 3 增量式编码器输出信号 放大器好能够以速度方式构成 此时 放大器包含有输入电压与电机速度相比较 的电压放大级 在送到电流环之前对这个差值加以放大 这种放大器亦如图 2 所示 放大器利用下面其中一种方式来产生所需电压或电流 产生恒定输出电压的线性 放大器或脉宽调制 PWM 放大器 PWM 放大器产生在高 低电平之间切换的电压 当今大多数放大器尤其是功率在 100W 左右 均采用 PWM 方法以减少功率损耗 当 需要小功率时 通常用线性放大器 我们已讲了电机和放大器 现在我们将进一步讨论位置传感器 最常用的传感器 是增量式编码器 4 4 4 4 增量式编码器增量式编码器 增量式编码器产生代表转轴位置的脉冲信号 编码器输出两路信号 通常称为 A B 每转 N 个脉冲 两路信号相位产生互差 90 如图 3 所示 控制器能够根据两 路信号之间的相位 A 超前 B 或 B 超前 A 来判别旋转方向 通过对两路信号 4 倍频处 M T 北北京京宝宝伦伦数数控控 POWERLANDPOWERLANDPOWERLAND POWERLAND TechnologiesTechnologiesTechnologies Technologies 3 3 3 3 272727 27 理还可提高传感器检测分辨率 即每转 N 线编码器生成 4N 个 cts 大多数编码器产生 TTL 示波信号 也有一些编码器输出正弦波或高压示波信号 工业系统往往采用差分信号输出的编码器 即 A B 信号均有互补 这样可提高系统 抗干扰性 增量式编码器也可产生第 3 路信号 称之为定标或标志脉冲 此信号每转 出现一次 可用于回零 5 5 5 5 运动控制器运动控制器 运动控制器执行系统的智能任务 如图 4 所示 运动控制器的基本任务有 对位置反馈译码 产生想要的位置 轮廓 使位置闭环 稳定性补偿 控制器最基本的功能是对电机位置进行译码并进行位置闭环 电机位置 C 由反馈 信号 通常是增量式编码器 来决定 并和想要的参考位置 R 进行比较 C R 之差称 作位置误差 E 控制器的作用是保证系统无振荡并将位置误差 E 减到最小 为达到这一目的 控 制器往往含有稳定化滤波器 其输出由数模转换器 DAC 送至放大器再到电机 运动控制器 R EX C 放大器 编码器 图 4 运动控制器元件构成 最常用的稳定化滤波器是比例 积分 微分即 PID 比例项用于速度响应 微分项提 高稳定性和阻尼 积分项用于提高系统精度 为了优化性能 适当地调整伺服系统就 涉及到调整比例 积分 微分系数即 Kp Ki 和 Kd 运动控制器也执行 轮廓 功能 产生对应于所需速度轮廓的位置 时间函数 R t 如图5 所示 把 150ms 运动时间由加速度 稳速 减速度段等分 稳态速度是 100 000cts s 总位移量是 10 000cts 一般来讲 主计算机根据总距离 稳态速度和加 速度确定运动过程 控制器产生位置时间函数 R t 由于电机位置 C 跟随 R 因此 轮廓 R 的生成就可控制运动轨迹和速率 除以上描述的基本任务之外 高级控制器还 可以执行高级功能 如处理来自主计算机的命令 程序执行 I O 误差处理等 这些 位置轨迹轮廓 通信 位置译码 滤波器DAC X ME 北北京京宝宝伦伦数数控控 POWERLANDPOWERLANDPOWERLAND POWERLAND TechnologiesTechnologiesTechnologies Technologies 4 4 4 4 272727 27 高级功能使控制器作为一个完全独立的机械控制器来操作运行 为了描述系统的操作运行 举一个有下列参数的例子 参数定义 Kt 0 1Nm A电机扭矩常数 Jm 10 4Kg 运动惯量 R 2 电机电阻 N 500P rev编码器脉冲数 Ka 3A V放大器电流增益 假设需要系统在位置零 R 0 但实际电机位置是 20 C 20 根据方程式 E R C 得出误差为 20cts 控制器以此求出位置误差 然后由滤波器对误差信号 E 进 行处理 假设滤波器和 DAC 的综合增益是 0 1V ct 这就意味着 20cts 的误差信号产生 2V 运动命令信号 X 信号 X 送到给定增益为 3A V 的放大器 产生 6A 电流 当电流馈入电机时 所 产生的扭矩 Tg 等于电流与扭矩常数 Kt 之积 在此情况下 就产生 0 6Nm 的正向扭 矩驱动电机正转 来减小位置误差 所产生的扭矩使电机以速度 a 加速 这里 a Tg Jm 对于给出的系统参数而言 a 6000rad s2 电机转动逼近所需要的位置 误差 E 就减小 随之 到电机的驱动信号也减小 当电机准确到达预定位置时 位置误差降为零 运动命令信号也降为零 也就没有电 流馈入电机 从而电机停留在所命令的位置 不过 不管电机何时转动 修正扭矩就 迫使它回到所需位置 电机以好几种方式逼近所需位置 如果电机从一个方向逼近所需位置并停止 我们就说系统响应阻尼过大 如果在电机停止之前 电机位置过冲目标多次 响应就 欠阻尼 在某些条件下 电机响应振荡 且从不停止 这样的系统称之为不稳定系统 系统响应性是系统和 PID 滤波器参数的函数 理想的系统响应具有最小上升时间 最 小过冲并快速停止在命令的位置 许多工具如 GALIL WSDK 伺服设计套件软件 均 可用来调整 PID 滤波器参数 以求最优响应 二 二 运动编程运动编程 1 1 1 1 概述概述 鉴于运动控制技术不断发展 应用也就变得比以往更为迫切 目前 各种各样的场合均 采用伺服系统 如用旋转刀切割材料 在显微镜下对半导体晶片定位 同步贴标器等等 运 动控制经常必须与其它事件 如点火继电器 指轮 监控开关等 进行同步 为了进一步提高速度 精度和技术先进性的需要 新一代智能化运动控制器应运而生 这种控制器具有坐标联动 电子齿轮 板上程序存储器 符号化变量 与外部事件同步的可 编程 I O 等功能 本节主要介绍运动控制系统并针对许多高级运动控制难题给出一些例子 在下面的例子 中 DMC 是指 GALIL 数字运动控制器如 DMC 1700 也适用于 DMC 1400 但 DMC 1400 是单独控制器 没有模拟输入 DMC 1415 1416 1425 4325 除外 及坐标联动功能 DMC 运动控制器提供了功能强大且使用方便的编程语言 使用户能快速编程来解决任 何运动控制方面的难题 能够把程序下载到 DMC 存储器 无需主机干预 即可执行 多任 务功能同时执行 8 个用户程序 允许各独立任务同时执行 用 DMC 来执行复杂程序 让主 计算机执行其它任务 不过 即使在程序正在执行中 控制器仍能随时接收来自主计算机 的命令 北北京京宝宝伦伦数数控控 POWERLANDPOWERLANDPOWERLAND POWERLAND TechnologiesTechnologiesTechnologies Technologies 5 5 5 5 272727 27 除标准运动命令外 DMC 还提供许多命令 使其做出自行决定 这些命令包含各种跳 转 事件触发及子程序 DMC 还提供了用于检测 修正系统误差及处理来自外部开关的中 断的自动子程序 为了更高的编程灵活性 DMC 提供了用户自定义变量 阵列及算术函数 2 2 2 2 命令格式命令格式 为了各种运动形态和应用 DMC 提供了广泛的指令集 用 2 字符 ASCII 命令代表 这些指令 使编程简单得尤如英语 ABC 例外 让 X Y 轴开始运动的指令规定为 BGXY 可以用指令来指定运动 对输出编程 检查输入状态 使运动与事件同步 如经过 的时间 运动完成或输入等 关于整个命令列表 请参见产品目录中各种型号的运动 控制器的对应部分 对于一些特殊应用 也能开发专用指令 3 3 3 3 单一运动命令单一运动命令 主计算机能对运动控制器发命令来实现所控制的电机进行的运动 最简单的运动是 下例中所示的梯形包络速度轮廓运动 这个运动完整地由距离 转速 加 减速度来表 达 指定这些运动参数的最基本形式是通过 位置分辨率单位 例例 1 1 1 1 PTPPTPPTP PTP 定位定位 例如 编码器分辨率为 4000cts 转 假设沿梯形包络速度旋转电机 1 转总运动时间 0 3s 加 减速度时间各为 0 1s 简单计算表明 转速等于 5r s 加 减速就是 50r s2 根据分 辨率单位 运动参数可表达为 距离 4000 计单 位 转速 20 000cts s 加 减速度为 200 000cts s2 必须将运动参数从主计算机传送到运动控制器 DMC 所使用的特殊指令 如下 主计算机发送表示程序的字符 然后立即开始运动 指令说明 PR4000相对距离 SP20000速度 AC200000加速度 DC200000减速度 BGX起动 X 轴表示运动 速度 转速 加速度减速度 时间 例例 2 2 2 2 JOGJOGJOG JOG 运动运动 另一种简单运动就是 JOG 运动 使电机以规定的速度做无限运动 在这种情况下 运动参数只是速度 加速度 减速度 这些参数能用所描述的分辩率单位来表示 一个 系统编码器分辩率为 4000cts r 要求电机以 600rpm 10r s 的速度运转 且必须在 100ms 内加速到所要求的速度 简单计算表明 速度是 40000cts s 加 速度为 400000cts s2 北北京京宝宝伦伦数数控控 POWERLANDPOWERLANDPOWERLAND POWERLAND TechnologiesTechnologiesTechnologies Technologies 6 6 6 6 272727 27 指令说明 JG40000JOG 速度 AC400000加速度 BGX开始 X 轴运动 更为复杂的运动将在有关坐标联动一节中介绍 4 4 4 4 存储的程序存储的程序 可以直接从主计算机发送要执行运动的指令 产生即时运动 这样需要主计算机连 续干预 由于主计算机还要连续不断地执行其它功能 因此这是一种不可取的方法 另 一种方法是把一些运动命令与整个应用程序放在一起 下载到控制器的存储器 这种方 法减少或消除了主计算机的干预 DMC 能接收来自存储程序的命令 要想启动运动 主计算机只要发送一条短命令即可 如 XQ A 来执行程序 A 然后控制器无需主计算 机的干预就会接收从本身存储器来的指令 例例 3 3 3 3 存储程序存储程序 为说明这个概念 重温在 PTP 举例中描述的那种运动 要想从一个存储的程序执行相 同的运动 主计算机这样更改程序 加入标号 A 和结束语句 EN 最终程序如下 主计算机把这个程序下载到控制器存储器 主计算机中的程序就失去效用 要执行这个 程序 主计算机发送命令 XQ A 就使控制器执行标号为 A 的程序 指令说明 A程序标号 PR4000距离 SP20000速度 AC200000加速度 DC200000减速度 BGX开始 X 轴运动 EN程序结束 DMC 能接收来自主计算机和所存储的程序的命令并连续执行这些指令 5 5 5 5 控制变量控制变量 许多运动应用都含有变量参数 例如 定长切割应用往往要求切长是变量 运动过 程相同 但长度在变化 要实现这些应用 高级控制器提供了符号化变量 程序能以某 些定义为变量的参数编写 如位置或速度 以后由操作人员分配变量 或由程序计算来 决定 变量允许运动控制器执行某些数字运算功能并做决定 这样就提高了运动控制器 的智能化 并允许它执行除运动控制之外的一些高级功能 能把变量定义为常数 或等效成控制器参数 例如 指令 V 3 就将变量 V 的值设 为 3 指令 P TPX 读取 X 轴电机的位置 并使变量 P 等于所读取的值 可以用多种 途径定义变量 例如 指令 YERROR TEY 就使变量 YERROR 等于 Y 轴电机的位置 误差 一旦变量被定义就可将它用在数字运算中 DMC 能执行数字运算功能 典型的运 算有代数 三角和逻辑运算 当运算完成时 控制器就能用运算结果来调整系统参数 例如 用运算结果来改 北北京京宝宝伦伦数数控控 POWERLANDPOWERLANDPOWERLAND POWERLAND TechnologiesTechnologiesTechnologies Technologies 7 7 7 7 272727 27 变速度 设置距离或改变滤波器增益 下面的例子是变量用途的最好说明 例例 4 4 4 4 位置跟随器位置跟随器 下面的程序示出了 X 轴电机跟随 Y 轴电机位置的一个例子 它由以比例于位置差 值的速度驱动 X 轴电机来实现 命令说明 FOLLOW程序名 DP0 0定义 X Y 位置为 0 JGO设定初始 X 速度为 0 BGX起动 X LOOP标号 VE TPY TPX求出位置差值 VEL VE 10计算速度 JG VEL更改速度 JP LOOP重复过程 EN程序结束 6 6 6 6 I OI OI O I O 接口接口 往往需要使运动与输入 输出 I O 事件同步 使控制器能控制一个完整的过程 如此 DMC 读取数字输入和模拟输入信号 并产生数字输出信号 输入可以是数字按钮信号或模 拟电位计信号 用输出来控制继电器线圈或者阀或者点亮指示灯 控制器读取输入信号 数字或模拟 将它们的值存储在控制变量中 以便在运动程序 中使用这些变量 用指令 DIGITAL IN I 来执行数字输入的读取 此指令表示读取数字输入口 2 并把它的内容 0 或 1 存储在变量 DIGITAL 之中 用指令 ANALOG AN 3 读取模拟 输入口 3 的信号 用设置或清除 1 位的指令来产生数字输出信号 如 SB3 设置输出位 3 CB3 清除输出 位 3 与输入 输出进行接口 无需主计算机干预控制器就能执行整个过程控制 通过下例加 以说明 例例 5 5 5 5 用输入起动运动 用输入起动运动 假设 只有等到起动脉冲 用输入口 1 X 轴方可运动 当运动完成时 给出输 出信号 输出口 1 持续1 秒时间 指令说明 PR7000距离 SP5000速度 AI1等待起动信号 BGX起动运动 AMX等待完成 SB1设置输出口 1 为高 WT1000等待 1 秒 CB1清除输出口 1 EN程序结束 北北京京宝宝伦伦数数控控 POWERLANDPOWERLANDPOWERLAND POWERLAND TechnologiesTechnologiesTechnologies Technologies 8 8 8 8 272727 27 7 7 7 7 释放点释放点 高级运动控制的另一个功能就是在程序中规划事件 通过对各个功能的执行延时直 到某些条件满足的方法来规划这些功能 这些条件称之为释放点 例如 AfterDistance AD 释放点对某一功能的执行进行延时 直到电机运动 一定距离之后才执行 类似的还有对某一功能的执行进行延时 直到运动完成 AM 或输入信号改变状态 AI 或通过纯时间延时 WT 之后才执行 下例说明释放点在执行循环运动中的使用 例例 6 6 6 6 使用释放点的循环运动 使用释放点的循环运动 假设如下循环运动 输入口 1 脉冲出现 才起动正向运动 10 000 计数单位 初始 化速度 加速度 减速度分别为 20 000 100 000 和 100 000 电机移动了 6000cts 的距离之后 控制器开始将速度减到 10 000 计数单位 s 此速 度一直维持到运动结束 一旦运动完成 控制器等待 100ms 然后使电机以 20 000cts s 的速度返回到起始位置 控制器准备再次重复循环 注意 各种功能的规划需要使用释放点 用释放点 AI1 对运动的起动进行延时 当运 动起动时 由释放点 AD6000 规划速度变化 然后控制器必须等待直到运动完 成 AMX 在电机返回到起始位置前加入 100ms WT100 延时 指令程序 及流程图如下 指令说明 CYCLE标号 PR10000距离 SP20000初始速度 AC100000加速度 DC100000减速度 AI1等待起动脉冲 BGX开始运动 AD6000等到 X 运动 6000cts SP10000改变速度 AMX等待运动完成 WT100等待 100ms PR 10000反向运动 SP20000返回速度 BGX开始运动 AMX等待运动结束 JP CYCLE重复循环 EN结束 北北京京宝宝伦伦数数控控 POWERLANDPOWERLANDPOWERLAND POWERLAND TechnologiesTechnologiesTechnologies Technologies 9 9 9 9 272727 27 Input1 t 20000 10000 t 20000 图 5 CYCLE 程序流程图 8 8 8 8 数据输入 输出数据输入 输出 许多应用需要从操作站输入数据或显示控制器信息 从方便操作人员接口考虑 DMC 具有显示信息 提示操作人员输入数据的命令 循环 距离 10000速度 20000 等待输入 1 起动运动 告辞 运动完成时 在 6000cts 后 速度 10000 运动完成时等待 100ms 以速度 20000 反向运动 10000 北北京京宝宝伦伦数数控控 POWERLANDPOWERLANDPOWERLAND POWERLAND TechnologiesTechnologiesTechnologies Technologies 101010 10 272727 27 1 发送信息 用命令 MG 能够把信息发送到主计算机 MG The final value is RESULT F5 2 将信息 The final value is 00000 00 发送到主计算机 变量 RESULT 的值以左边 位整数 右边两位小数点格式显示 数据提示 提示操作人员用含有文本信息的输入语句 IN 输入数据 IN Input speed SPX 这条语句把提示内容 Input speed 送到 PC 机显示屏 把键入值分配给变量 SPX 例例 7 7 7 7 数据输入 输出 数据输入 输出 这个程序把切割长度提示给操作人员 然后命令位置运动 编码器分辨率是 4000 cts inch 指令说明 BEGIN标号 AC800000指定加速度 DC800000指定减速度 SP5000指定速度 LENGTH 3 4初始长度 以英时为单位 CUT切割程序 IN Enterlength LENGTH提示键入长度 PR LENGTH 4000指定计数位置 BGX开始运动 AMX在运动完成后 SB1设置位 1 开切刀 WT100 CB1等待 100ms 关切刀 JP CUT重复切割过程 EN结束程序 9 9 9 9 多任务多任务 复杂应用往往需要几个独立任务同时被执行 DMC 允许同时执行 8 个独立应用程 序 这对于在后台执行独立操作或 PLC 任务是一个很理想的功能 各分立任务被定义为任务 0 7 能由另一个任务执行或停止任何一个任务 例如 XQ POS1 0 开始 Task HX0 停止 Task 所有 DMC 命令 包括事件触发和条 件在内 均可用于各个任务 不过 输入中断和输入提示只可用于 Task 之中 例 多任务后台例 多任务后台 PLCPLCPLC PLC 下面的例子说明了在 DMC 存储器中的 个独立程序如何同时执行 在 Input 变 高之后主任务 MAIN 起动任务 PLC1 PLC2 MOVE 当输入 变低时 停止 所有任务 只有当输入 和输入 为高时 PLC1 才设置 Output PLC 在 Output 口 1 产生 ms 高 ms 低的示波信号 MOVE 重复运动 轴 100 计数单位 指令说明 MAIN主程序 Task AI 在 Input 变高后 北北京京宝宝伦伦数数控控 POWERLANDPOWERLANDPOWERLAND POWERLAND TechnologiesTechnologiesTechnologies Technologies 111111 11 272727 27 XQ PLC 执行 Task XQ PLC 执行 Task XQ MOVE 执行 Task AI 1在 Input 变低后 HX停止所有任务 EN结束程序 PLC PLC Task OB2 IN 2 IN 3 若 Input 和 Input 为高 则设置 Output JP PLC1循环 EN结束 Task PLC PLC2 Task2 AT0设置参考时间 LOOP循环标号 SB1 AT10设置 output 等待 10ms CB1 AT 50清除 output 维持 50ms 复位定时器 JP LOOP循环 EN结束 Task2 MOVE MOVE Task3 PR100 BGX AMX移动 100 计数单位 WT20 JP MOVE等待 20ms 并重复 EN结束 Task3 10 10 10 10 阵列阵列 阵列是指在能够存 取数据的存储器中所安排的构架 这对于存储位置点或输信 号的时序是很有用的 阵列有两个特征 名称和大小 阵列中的各个元素由索引来辨识 例如 阵列 XPOS 可以有 100 个单元的空间 因此 每个点标识为 XPOSN 这里 N 在 0 99 之间变化 要将数据存储在阵列中 我们用指令 XPOS 5 TPX 读取 X 轴的当前位置值 并存储在阵列中 以后再用 X XPOS 5 取出位置值 此指令将位置值传送到变量 X 阵列的使用由下例来说明 例例 9 9 9 9 阵列 阵列 控制器将 XY 工作台移动到由各自坐标所标定的 4 个位置 把所需各点的值存入 阵列 XPOS 和 YPOS 控制器一旦抵达指定点 在恢复运动之前 必须等待一段时间 等待时间以毫秒为单位存入阵列 WAIT 中 分两部分介绍这个程序 第一部分 STORE 定义变量 第二部分 RUN 根 据要求执行运动 指令说明 RUN标号 AC200000 200000加速度 DC200000 200000减速度 SP50000 50000速度 N 0初始计数 LOOP 北北京京宝宝伦伦数数控控 POWERLANDPOWERLANDPOWERLAND POWERLAND TechnologiesTechnologiesTechnologies Technologies 121212 12 272727 27 PAXPOS N YPOS N 规定最终位置 BGXY开始运动 AMXY等待完成 WT WAIT N 等待指定的时间间隔 N N 1索引加 1 JP LOOP N 4重复 4 次 EN 数结束程序 指令说明 STORE标号 DM XPOS 4 YPOS 4 WAIT 4 定义阵列 XPOS 0 100设值 XPOS 1 320 XPOS 2 450 XPOS 3 500 YPOS 0 100 YPOS 1 20 YPOS 2 153 YPOS 3 200 WAIT 0 50 WAIT 1 100 WAIT 2 60 WAIT 3 120 EN结束程序 YES NO 设置 X Y 速度 加 减速度 N 0 循环 结束 读 XPOS N YPOS N 命令 X Y 运动 等待运动结束 等待所需时间 N N 1 N 4 北北京京宝宝伦伦数数控控 POWERLANDPOWERLANDPOWERLAND POWERLAND TechnologiesTechnologiesTechnologies Technologies 131313 13 272727 27 图 8 阵列程序流程图 阵列的主要用途之一是用于记录运动轨迹 将在下节中描述 11 记录数据方式记录数据方式 控制器能够以固定速率记录运动数据 并将数据输入阵列 以便用来重现运动或分析 记录过程有几个步骤 首先必须规定存储数据的阵列 接着 在以规定速率进行实际记 录之前 必须定义数据类别 如位置 位置误差等等 下面的例子来说明这个过程 例例 111111 11 记录数据方式 记录数据方式 编写怀个程序每 16ms 对 Y 轴的位置误差记录一次 总共 100 次 并将结果存入 阵列 YERROR 中 用 RC 指令做实际记录 RC 指令带有两个参数 记录时间间隔 2 ms 和记录 点的数 指令说明 RECORD标号 RAYERROR 100 存储阵列 RD TEY数据类型 RC4 100实际记录 EN结束程序 下例描述如何将记录数据用于分析 例例 1212 统计分析 统计分析 用上例中采集到的位置误差数据来进行 Y 轴位置误差统计分析 确定最大值 最 小值以及平方均值 下面的程序执行所需任务并将结果存在变量 MAX MIN 和 MEAN 下 指令说明 STAT标号 N 0初值 MAX 0 MIN 0 SUM 0 LOOP标号 E YERROR N 读位置误差 JP MAX EMIN与最小值比较 MIN E重新定义 MIN MIN标号 SUM E E SUM求平方和 N N 1索引加 1 JP LOOP N 100重复 100 次 MEAN SUM 100平方均值 北北京京宝宝伦伦数数控控 POWERLANDPOWERLANDPOWERLAND POWERLAND TechnologiesTechnologiesTechnologies Technologies 141414 14 272727 27 ROOT SQR MEAN 平方根 RMS EN结束程序 12 12 坐标联动坐标联动 运动控制器能够产生各种各样的运动形式 两轴联动是最常用的类型之一 在此方式 下 控制器使两个电机同时运动 产生直线和圆弧 这种运动在计算机数字控制 CNC 及 其它工业应用领域相当有用 用轨迹以及沿轨迹的速度轮廓来定义坐标联动 第一步是选择两个轴 用 VM 指令定义 运动平面 例如 VMXY 定义坐标联动平面为 XY 平面 第二步定义由直线和圆弧组成的运动轨迹 用指令 VP m n 定义直线 其中 m n 是 关于运动次序的终点坐标 用指令 CR R g d 来定义圆弧 其中 R 代表径 g 定义起始角 d 代表圆弧宽度 完整的轨迹可由许多运动段所组成 如下例中所示 对于可规定的线段数量没有限制 在运动期间 还可发送附加线段 这就使 DMC 能沿着非常长的轨迹控制运动而无需停顿 除运动轨迹之外 用户还可指定矢量速度 进给单位 在大多数应用中 将进给率设 为一个恒定值 不过 在拐角周围 可以减低速度 还可针对个别线段设定不同的进给率 例如 VP1000 2000 5000 就为线段 VP1000 2000 设定矢量速度为 5000cts s 相类似 也可指定沿运动轨迹的加 减速率 用于矢量速度 加速度 减速度的指令 分别为 VS VA 和 VD 例例 1313 XYXY 运动轨迹运动轨迹 用下例来说明坐标联动的产生 考虑下图所描述的运动轨迹 并编写一个程序 运动处于 XY 平面 拐角的半径是 1000 计数单位 矢量速度为 20 000cts s 矢量加 速度 减速度为 100 000cts s2 指令和说明如下 指令说明 M标号 VMXY指定 XY 平面 VP60000移动到 B 点 CR1000 270 180移动到 C 点 VP 6000 2000移动到 D 点 CR1000 90 180移动到 E 点 VP0 0返回到 A 点 VE轨迹终点 VS20000矢量速度 VA100000矢量加速度 VD100000矢量减速度 BGS开始运动 EN程序结束 D 6000 2000 C 6000 2000 E 6000 0 A 0 0 B 6000 0 北北京京宝宝伦伦数数控控 POWERLANDPOWERLANDPOWERLAND POWERLAND TechnologiesTechnologiesTechnologies Technologies 151515 15 272727 27 13 13 13 13 进给率修调进给率修调 在某些场合 需要让机械操作人员能调整机器速度 这就称之为进给率修调 例如 当初次开动机器时 操作人员想逐渐提高速度 这个功能就很有用 往往用一个电位计输出 0 10V 电压来实现速度控制 当电位计输出满量程 10V时 机 器就以全速运转 在任何情况下 速度均应与电位计电压成正比例 为了实现这一功能 运动控制器读取电位计电压 按比例调整进给率 下例是用 DMC 来实现这个功能的说明 例例 14 14 14 14 进给率修调进给率修调 重复上例 加入进给率修调功能 操作人员产生 0 10V 的电压 把这个电压加 到模拟输入口 1 设置进给率与电压成正比 用两个程序实现这个运动 MOVE 和 SPEED 两个程序以多任务同时运行 程 序 SPEED 读取模拟输入 并不断调整矢量速度 第二个程序 MOVE 除不指定矢量速 度外 其余与上例相同 两个程序列表如下 指令说明 SPEED标号 A AN 1 读取模拟电压 V A 2000设定进给率 VSV更新进给率 JP SPEED重复过程 EN程序结束 MOVE标号 VMXY指定 XY 平面 VP6000 0移动到 B 点 CR1000 270 180移动到 C 点 VP 6000 2000移动到 D 点 CR1000 90 180移动到 E 点 VP0 0返回到 A 点 VE轨迹终点 VA 100000矢量加速度 VD 100000矢量减速度 BGS开始运动 EN程序结束 14 14 正切运动正切运动 当两个电机在一个平面进行坐标联动时 往往需要控制第 3 台电机使其运动方向与平 面夹角保持正切 这个功能在用切刀切割平板的应用方面非常有用 由于切刀在平面上运 动 从而需要使刀片角度与运动轨迹保持正切 要产生正切运动 用户必须指定几个参数 首先 用户必须选择联动轴和正切轴 针 对讨论 假设 X 和 Y 为联动时 Z 是正切轴 第二个参数是 Z 轴电机的分辨率 即 Z 轴电机转 1 度 分辨率的单位数 例如 若 编码器分辨率是每转 3600cts 那么这个参数就是 10 最后 必须给出 Z 轴电机夹角处于 XY 平面 0 处的位置 这些参数完整地定义了正切运动所需的全部参数 要用 DMC 产生正切运动 首先 必须用指令 VM 选择坐标轴 例如 指令 VM XYZ 选择X 北北京京宝宝伦伦数数控控 POWERLANDPOWERLANDPOWERLAND POWERLAND TechnologiesTechnologiesTechnologies Technologies 161616 16 272727 27 和 Y 形成平面运动 而 Z 轴形成正切运动 用指令 TN m n 定义其余两个参数 例如 指 令 TN 20 700 设定分辨率为 20cts 度 此命令也表明当 Z 轴电机处于绝对位置 700cts时 在 XY 平面 它的夹角是 0 15 15 比例运动比例运动 运动控制器另一个有用的功能是能够产生与矢量速度成比例的附加控制运动 这 个功能用来产生螺旋线运动 两个轴形成圆弧运动 而第三轴沿垂直方向以比例速度 运动 比例速度也用于配胶方面 假定 XY 平面的运动以可变速度进行 为了在每长 度单位产生相同量的胶 就需要以与 XY 平面矢量速度成比例的速率驱动胶泵 例例 1515 比例运动 比例运动 XYZ 三轴系统 所有轴的分辨率均为 100cts mm 目的是产生 XY 平面半径为 5mm 整 10 圈 Z 方向高度为 20mm 的螺旋运动 XY 平面矢量速度是 40mm s 矢量加 减速 度均为 1000 mm s2 能用参数以分辨率单位表示运动参数 半径 5mm 500cts 矢量速度 20 mm s 2000cts s 加 减速度 1000 mm s2 100 000cts s2 为了确定齿轮比 注意 XY 平面的轨迹由总长 314mm 半径为 5mm 的 10 个圆所组 成 亦请注意 Z 方面的运动为 20mm 两个运动之间的比率为 比率 20 314 0 0637 由以下程序产生所需运动 指令说明 HILICAL标号 VMXY定义 XY 平面 GA S选择主运动 GR 0 0367设定 Z 为跟随轴 CR500 0 3600定义 10 圈 VE轨迹终点 VS 2000矢量速度 VA100000矢量加速度 VD100000矢量减速度 BGS起动运动 EN程序结束 16 16 电子齿轮电子齿轮 许多应用需要同步轴或啮合轴之间的运动 电子齿轮功能允许 7 个轴电气上与一个主 动轴啮合 主动轴可以是也可以不是 DMC 所控制的电机 主动轴 GA 能以两个方向旋转 啮合轴将以指定比率 GR 跟随 在运动期间可以改变齿轮比 对于在飞剪应用中所需要 的精密同步来说 啮合轴也能同时执行独立运动或矢量运动 电子齿轮方式消除了机械齿 轮 对龙门 双边 驱动应用很有用 举例如下 例例 1616 电子齿轮 电子齿轮 指令说明 GA Y YY 为主动轴 GR5 2 5X 比率 5 Z 比率 2 5 北北京京宝宝伦伦数数控控 POWERLANDPOWERLANDPOWERLAND POWERLAND TechnologiesTechnologiesTechnologies Technologies 171717 17 272727 27 PR 10000指定 Y 距离 SP 10000指定 Y 速度 AC 250000指定 Y 加速度 DC 250000指定 Y 减速度 BGY开始运动 X 速度 50000 从动轴 X t Y 速度 10000 主动轴 Y t Z 速度 从动轴 Z 2500 t 例例 171717 17 旋转切刀 旋转切刀 电子齿轮方式也用于旋转切刀应用中 假设旋转刀片必须是 8 和 40 之间的变 北北京京宝宝伦伦数数控控 POWERLANDPOWERLANDPOWERLAND POWERLAND TechnologiesTechnologiesTechnologies Technologies 181818 18 272727 27 长切割移动中的纸张 刀片圆周长为 20 在切割间隔期间 纸张和转刀的线速度必 须相等 采用的设计方法是用电子齿轮方式转动刀片来匹配纸张速度 而在非接触间隔期 间使刀片加速或减速 来切割长度准确的纸张 纸张移动位置用分辨率为 2000cts inch 的编码器来检测 编码器是主动轴 与 X 轴相连 假设旋刀编码器的分辨率是 20000cts 转 每转周长等于 20 即 1000cts inch 要使两个轴同步 设置转刀为从动轴 齿 轮比为 0 5 这就以 20 段片切割纸张 要切割 12 段片 在非接触间隔期间旋刀就 必须再超前 8in 即 8000cts 下面的程序执行所要求的运动 假设连接到 Input1 的传感器表示切割间隔的终 点 指令说明 KNIFE标号 GA X设置 X 编码器为主动轴 GR 0 5设定 Y 齿轮比 LOOP AI1等待切割间隔结束信号 PR 8000移动额外距离 BGY起动运动 AMY完成修正之后 JP LOOP重复循环 EN程序结束 17 17 仿型仿型 仿型方式绕过 DMC 运动轮廓器而规定任意位置轨迹 对每个轴 指定位置增量 CD 与时间间隔之比 当必须跟踪复杂轨迹和计算所产生的轨迹时 仿型方式是很有用的 自 动数据记录功能允许 DMC 学习 轨迹 然后以仿型方式跟随它 例例 1818 仿型 仿型 指令说明 RECORD开始记录程序 DM XPOS 501 尺寸阵列 RA XPOS 规定自动数据记录 RD TPX指定捕获 X 位置 MOX为示教关断电机 RC2每 4ms 开始记录 A JP A RC 1继续直到做完记录 COMPUTE计算程序 DM DX 500 定义新阵列 C 0对阵列计数器初始化 L循环标态 D C 1 DELTA XPOS D XPOS C 计算误差 DX C DELTA将误差存入阵列 C C 1计数器内容 1 北北京京宝宝伦伦数数控控 POWERLANDPOWERLANDPOWERLAND POWERLAND TechnologiesTechnologiesTechnologies Technologies 191919 19 272727 27 JP L C 500循环直到完成 PLAYBK录返程序 SHX电机接通 CMXX 轴仿型方式 DT2规定时间间隔 I 0对阵列计数器初始化 B循环标志 CD DX I WC指定仿型距离 I I 1计数器 1 JP B I 500循环直到完成 EN程序结束 18 18 双闭环双闭环 双闭环反馈编码器功能使 DMC 能够对间隙进行补偿 从而获得更高的运动精度 有两 种补偿方法 在整个移动范围内进行修正的连续双闭环 以及在终点处进行修正的采样双 闭环 在两种情况下 每轴使用两个编码器 一个安装在电机上 而另一个装在负载侧 连 续双闭环使用负载编码器实现位置闭环 用指令 DV1 使其生效 由电机编码器得到阴尼项 这种方法沿运动轨迹进行间隙补偿 例例 1919 双闭环 双闭环 采样双闭环在移动终点进行修正 举例如下 由滚珠丝杠驱动线性滑台 滑台上 装有分辨率为 1 m 的直线编码器和一个 4cts m 的旋转编码器 控制方法是用旋转 编 码器实现闭环 用辅助编码器输入信号来监测直线编码器 要执行 10 000 m 移动 驱动电机转动 40 000cts 运动一完成 用 DE 命令观测直线编码器并监控负载侧的位 置误差 然后再让电机进行修正运动 例 19 指令说明 DUAL标号 DE0设定负载位置负载为 0 PR40000距离 BGX开始第一次运动 AMX等待完成 WT 20若需要等待停止 PR 10000 DEX 修正运动 BGX开始修正 EN程序结束 三 三 应用实例应用实例 1 1 抓 放 抓 放 pickpick placeplace 自动 IC 插装机用来在 XY 平台上把元件抓起 然后放在电络板的适当位置 用 PC based 控制器沿直线方向将 XY 工作台移动到所规定的位置 抓放头用 Z 轴控制 在移动当中使抓放头上升 在放置期间使抓放头下降 1 要求 系统分辨率 0 1 m 北北京京宝宝伦伦数数控控 POWERLANDPOWERLANDPOWERLAND POWERLAND TechnologiesTechnologiesTechnologies Technologies 202020 20 272727