TRIO 应用指南.doc

运动控制的概念一：运动控制运动控制是指在复杂的条件下，将预定的控制方案、规划指令转变成期望的机械运动。实现对被控目标精确的位置控制、速度控制、加速度控制、转矩或力的控制，以及这些控制的综合控制。二：运动控制系统运动控制系统包括处理运动算法和信号的控制器、增强信号，可供应运动控制器提供运动输出的放大器、反馈系统（传感器/变送器），可基于输出和输入的比较值，调节过程变量。有的系统还包括操作员界面或主机终端前端处理设备。控制系统组成可用以下框图来表示：人 机 交互 界 面运动控制器电机驱动器电机码盘反馈由图可知一套控制系统在执行任务时的大体过程：首先，操作者通过上位机或触摸屏给运动控制器输入一些必要的控制参数。控制器根据这些参数，对其内部进行一些相关的初始化，同时根据初始值，作相应的运算向驱动器发送控制信号，进而控制电机的动作。电极是否根据控制信号工作，和执行的状况会通过码盘反馈给运动控制器。运动控制器是控制系统中的关键组成部分。运动控制器的硬件配置、软件开发环境、编程语言等对系统的开发和维护有着重要的影响。齐全的、灵活的硬件配置，不仅能使系统设计更加方便快捷，还给日后的系统升级留出了空间。简便的编程语言，高度集成的软件开发环境，是快速开发出相应功能软件的保证。TRIO运动控制器无论从软件还是硬件上都最大程度的考虑了开发和维护的简单性，高效性，开放性。下面就结合TRIO MC206和某系列伺服电机，介绍如何用应用TRIO运动控制器进行运动控制系统开发。MC206X 硬件介绍MC206X采用Trio高性能32位DSP技术，具有4轴伺服或步进功能的控制器，此外还有一个编码器输入轴。Trio采用先进的FPGA技术，使得具有4轴伺服和步进功能控制能力的电路板尺寸缩小，可以安装在具有导轨并且体积紧凑的盒子里。此外，其内部空间还可以容许安装一块子板（需要P399适配器）。子板可以是额外的轴或者是通信功能子板。用户程序是通过运行在PC机上的Motion Perfect软件来进行开发的，采用的是Trio多任务Trio BASIC语法格式进行编写的。复杂运动例如：凸轮曲线，同步，轴的连接以及插补等功能，在Trio BASIC中都有相应的命令，使得复杂应用变得极为简单。I/O能力MC206有16个光电隔离数字式I/O（8个输入，8个双向功能的输入/输出）。每个轴都有一个高速的硬件Register功能信号输入接口，对于高精度的控制如印刷机械和包装生产线是十分适合的使用。MC206还有一个光电隔离的0到10V的模拟量输入通道。此外，I/O的数量可以扩展，通过Can总线可以连接Trio的开关量和模拟量输入模块，最多可以扩展的24V开关量通道为256个，+/-10V模拟量输入通道为32个。通信MC206具有广泛的通讯接口能力，在标准模块上有2个RS232串口、1个RS485接口，1个TTL形式的接口，1个USB接口和1个标准CAN接口。RS232的接口Port1或者RS485的接口Port2可以设置运行MODBUS协议，与PLC或HMI进行连接。如果CAN总线没有连接扩展I/O模块，可以选择该口用于与其他设备进行CAN协议的通信，或者可以将该端口设置为运行DeviceNet协议，使控制器作为DeviceNet的从站设备与其它DeviceNet主站设备进行通讯。内置USB通讯接口，可以进行编程及通讯。此外提供Profibus通讯子板，使控制器在Profibus网络中做从站使用。可移动存储MC206提供一个FlashStick内存条的接口，用户可以直接通过FlashStick进行传导程序，而不用连接PC机。这样给OEM客户提供了一种复制和维护都十分简便的方式。存储记忆棒并不包含在MC206X的产品包装内，如有需求，必须单独订购。(订货编号：P398)向FlashStick中写程序EPROM（1）将控制器内的程序写入FlashStick中去EPROM（2）将控制器内的程序写入FlashStick中去，同时设置EPROM请求写入位。目的是为了当FlashStick插入到一个未锁定的控制器时，FlashStick中的程序会自动导入到控制器中去。（参考TrioBASIC帮助中的EPROM命令）检查FlashStick里的程序：DIR F 列出FlashStick的目录，并显示出EPROM请求位的状态。（参考TrioBASIC帮助中的DIR命令）读FlashStick的程序：在控制器处于未锁定状态下，FlashStick插入后，当控制器上电或执行ex指令时，程序可以从FlashStick中拷贝到运动控制器。FlashStick插入控制器后并且控制器处于未锁定状态的情况下 FlashStick内的EPROM请求位以及控制器里的POWER_UP系统变量决定着不同的操作，下表列出了它们之间的关系。EPROM请求位为 OFFEPROM请求位 ONPOWER_UP=0当控制器上电时，程序会从FlashStick中传送到控制器内的RAM中。当控制器上电时，程序会从FlashStick中传送到控制器内的RAM中。同时程序会被写入到控制器的内部EPROM中进行保存，此外POWER_UP系统变量将被设置为1POWER_UP=1当控制器上电时，程序会从FlashStick中传送到控制器内的RAM中当控制器上电时，程序会从FlashStick中传送到控制器内的RAM中。同时程序会被写入到控制器的内部EPROM中进行保存注意：存贮在FlashStick里的程序和存贮在控制器内部闪存的程序对于自动/手动运行设定方式都是一样的。当FlashStick内存条内的程序被设置为自动运行时，它被传送到控制器后具有同样的运行属性。使用方法：设备生产商可以使用一个装载好程序并设置好EPROM请求位的FlashStick来给一批机器安装程序。如果需要给设备的最终用户进行程序的升级，那么建议最好将EPROM请求位设置为OFF（使用EPROM(1)指令）。在这种情况下，如果升级的程序不能正常工作，那么将FlashStick从控制器中取出，控制器会自动恢复到原来旧的程序。轴的配置MC206X在它的软件中共有8个轴的配置。其中控制器本体可以达到对四个伺服或步进轴的控制，还可以添加一个功能子板，实现对第5轴的控制，同时在每个MC206内都预制了一个编码器的输入轴。任何一个没有连接外部物理硬件的轴都可以作为虚拟轴使用，虚拟轴是一个理想的数学模型，可以模拟任何复杂的运动，如凸轮系统、飞剪系统的纠正以及各种同步连接运动等。通过设定“特征使能编码”（Feature Enable Code），MC206X可以作为伺服或步进系统的控制器。MC206X内部硬件都已经预制好了这些功能，所有必要的模拟量输出及脉冲输出电路都已经固化在控制器内。通过设定“特征使能编码”，控制器可以是伺服或使能步进轴的任意组合，在设计上，允许用户通过输入附加的“特征使能编码”而延期升级。MC206X本体具有4个轴的控制。MC206X的连接5孔连接器这是一个5位式孔距为3.81mm的接线插座。这个插座为MC206提供24V的电源，同时也为扩展I/O模块提供连接，扩展I/O模块主要是Trio的P315和P325的CAN总线扩展I/O模块。这个24V的电源输入在控制器内部和I/O的24V以及+/-10V的电压输出都是隔离的。备注：24V（V+）和0v（V-）作为MC206X的供电端子必须要连接，而且作为控制器EMC屏蔽层的SHIELD端子也必须相连。CAN总线的连接是可选的。I/O连接器1模拟量输入MC206X的标准模块上提供一路0到10V，10位精度的模拟输入。模拟量输入采集精度是固定的，通过系统参数AIN0可以得到当前测量值，其值的范围为01023。模拟量采集只能是“正向的”，以IOGND作为参考零位，采集在AIN端子上的电压。为了保证模拟量输入功能，必须提供24V的I/O电源。通过在CAN总线上添加P325扩展模拟量输入模块，可以添加更多的模拟输入。每个P325模块提供8个12位精度的+/-10V的输入通道。24V开关量输入通道在MC206X本体模块上有8个24V的输入通道和8个双向功能的24V输入/输出通道。通过添加CAN总线的扩展I/O模块，可以再扩充256个I/O。在MC206本体模块上只能做输入的通道号为0到7。通道0到4可以作为轴0到轴4相对应的Register功能的高速输入口。I/O连接器2I/O电源输入“I/O 0V”和“I/O 24V”用来连接输入和输出口需要的24V电源。I/O和模块的电源输入是隔离的。具有双向功能的I/O，即可以作为一个输入也可以作为一个输出。24V 输入/输出通道通道8.15是具有双向功能的I/O。输入和输出采用同一个管脚，其中输出口是一个有保护功能的24V源型输出。这些通道如果没有用作输出，那么就可在程序中用作一个输入。输入通道的电路结构与0.7输入通道的电路结构是一样的。输出电路中有过流保护和热量保护双重功能，当电流超过250mA时，保护电路会起作用将输出关闭。必须注意输出回路电流不能超过250mA，8个输出口的总负荷不能超过1amp。I/O连接器3伺服放大器使能（Watchdog）的继电器输出当控制器正常上电运行，并且系统和应用软件一切就绪的情况下，在控制器中有一个内部继电器触点可以与伺服驱动器的使能信号相连，用来使能外部伺服放大器。在控制器内采用的是一个固态继电器的常开触点。该使能继电器将在控制器没有供电或伺服轴超出跟随误差限值或者用户程序用WDOF=OFF指令设定打开时断开。控制器的使能继电器与伺服放大器的接线必须在3相供电开关闭合之前完成。注意：在控制器使能信号处于开路情况下，所有连接的步进和伺服放大器都应处于未使能状态。参考编码器输入轴4，可以作为参考编码器的输入轴。为传送带、滚筒、飞剪的测量、记录和同步功能提供一个编码器输入。该接口可连接高速的差分方式的线性驱动编码器。MC206X 串口连接：针功能备注1内部5v2内部0v3RS232发送PORT04RS232GND5RS232接收65v输出7缓冲器外部输出光纤适配器接口8缓冲器外部输入端口0（PORT0）是连接到运行Motion Perfect的PC机的默认接口。串口插座A针功能备注1RS485数据输入 A Rx+PORT22RS485数据输入 B Rx-3RS232发送PORT14RS232GND5RS232接收6内部5vPORT27RS485数据输出 Z Tx-8RS485数据输出 Y Tx+串口插座B USB接口 （Universal Serial Bus）USB接口提供一种与PC或其他支持USB设备的高速连式。通过这个USB接口，使用Motion Perfect可以实现对控制器的编程操作。此外，采用Trio的ActiveX控件编写的上位机用户程序也可以通过该USB口，实现与控制器的高速 连接。MC206X的脉冲输出/编码器输入MC206的标准控制器硬件可以是伺服、步进轴控制的任意组合。根据用户需要，在轴0到轴3中的任意一个轴都可作为伺服或步进方式工作。DB9 孔型接线插座的管脚定义取决于对应轴所采取的控制方式。如果是伺服轴，该接线器将作为反馈编码器的输入端子。如果是步进轴，该接线器将作为“脉冲/方向”及“Boost/Enable”信号的输出端子，这些信号均采用差分方式输出。同时，该接口同时还向外提供一个低功率的5V电源，可以为多数编码器提供工作电源。这样简化了整体系统配线，还能减少用户所需的外部电源供应。当轴被使能后，使用FEATURE_ENABLE系统命令，控制器根据配置为每个轴激活合适的硬件电路，根据轴的类型，该接线器的具体管脚定义如下。MC206X性能总结外形尺寸（mm）107（高）*182（宽）*53（厚）安装方式DIN 导轨安装重量600g工作温度045 控制输入正向/反向限位输入、原点输入、进给保持输入通讯端口2 个RS232C，120038400 的波特率1 个RS485，1 个串口适配口，1 个12Mbit 的USB 口，1 个CAN 总线接口， 1M波特率（可扩展Ethernet及Profibus接口）位置精度32-bit 的位置计数插补方式15 个轴直线插补、圆弧插补、螺旋线插补、轮廓控制、速度控制、电子齿轮、电子凸轮编程Trio BASIC 多任务编程，（最多可同时执行8 个用户程序）速度精度32-bit 速度/加速度/减速度可随时调整，多段定位时，可平滑连接过渡（Merge 功能）。伺服运算周期250s、500s 或1ms (缺省状态下为1ms)内存带后备电池256K 的用户可编程内存,全部内容可闪存到EPROM记忆棒（Nexflash MediaStick）程序和工程参数可以通过记忆棒传输到其它的MC206 电源输入直流24V，（1829V，300mA）伺服使能输出继电器常开触点，直流24V，250mA开关量输入8 个光电隔离，直流24V 输入开关量输入/输出8 个光电隔离输入/输出，24V，250mA ，可任意定义编码器输入5 个轴编码器输入通道，差分信号输入，5V，最大输入频率为6MHz编码器电源输出5V ，4个编码器电源加扩展子板总共150mA模拟量输入1 个10位精度 的0-10V 的模拟电压输入模拟输出4 个16位精度的 10V 隔离型的模拟电压输出脉冲输出4 个轴，脉冲+方向信号输出，差分方式输出，最大输出频率为500kHzLED 指示灯OK 和状态指示灯，8 个用户可编程的I/O 状态指示灯连接器螺钉安装端子，9 针的D 型孔状插座，8针mini_DIN，USB接口MC206X原理示意图MC206X与电机驱动器的连接24vshield0v24vDCI/O connecter3 121011AXIS0123456789SG-GNDSRV-ONSGVREFWDOGCOMAXIS024V屏蔽双绞A+A-B+B-C+C-驱动器端子软件开发环境Motion Perfect2Motion Perfect2是Trio 公司为其控制器开发的软件编程和调试的集成环境。应用上位机，在windows系统下可以实现对轴的配置，程序编写，跟踪调试。其具体应用见Trio 用户手册第十章。这里主要介绍用户在刚刚接触时的一些操作要领。帮助用户尽快熟悉该环境，以便开发出优质的运动控制程序。打开Motion Perfect2前的准备工作l 断开所有电源l 检查控制器与电机驱动器一侧连接是否正确l 应用Trio专用串口连接线，把控制器上的串口A(serial A)与电脑的一个正常的串口相连l 再次检查接线情况l 无误后接通控制器电源打开Motion Perfect2在使用Motion Perfect2 时一定要保证您所下载的版本是我们最新的版本，最新版本在网站： 可以下载到。点击开始菜单程序triomotionmotion perfect 2打开软件。打开软件后，Motion Perfect2 会自动寻找连接在电脑上的运动控制器。如果成功连接的话会显示如下界面：本例中连接的是Trio运动控制器MC206 在COM2上点击OK按钮，Motion Perfect2 会对您控制器上的程序进行检查，如果电脑上的程序与控制器上的一致，点击OK按钮，进入到程序编写调试界面。如果电脑上的程序不一致，则出现以下界面：其右下侧的按钮含义分别为：Save:把控制器上的工程存到电脑Load:把电脑上的工程下载到控制器Change:更换电脑上的工程，是之与控制器上的相匹配New: 新建工程Resolve: 添加或删除个别程序使控制器和电脑的工程一致Cancel:取消本次连接根据情况进行相应的操作，就可以进入编程调试界面了。通讯设置如果没有成功连接，请检查通讯设置。点击菜单栏option选项communications会弹出如下菜单：在这里，您可以点击Add 或 Delete 添加或删除启动连接时系统要查询的端口，同时也可以用上下箭头来设置查询的顺序。点击Configure按钮可以实现对通讯端口的属性进行配置。一般应用默认值即可。开发调试界面正确设置通讯，并成功启动控制器和电脑的连接后，你就可以进行编程和调试了。Motion Perfect2 主界面如下：Main Menu：标准的windows菜单，可以访问Motion Perfect2 的所有功能。Toolbar：访问Motion Perfect 工具的快捷按钮。Control Panel： 显示当前控制器内容，通过它，可以查看控制器状态，运行或编辑程序。Desktop Workspace：显示用户窗口和工具。Controller Messages：控制器的状态或出错信息。Status Bar：当前工程和控制器的连接信息。工具栏简介工具栏里的按钮是我们跟踪调试时用到最多的。所以在这里我们将针对工具栏的每一个按钮作详细的介绍。下图为工具栏示例终端：提供了与控制器的直接联系。当点击此按钮时，显示如下界面：“0”通道为命令行输入通道，“5，6，7”通道用来和控制器上运行的程序进行通讯。同一时间，只能使用一个通道。轴参数：此参数非常重要，显示了当前所有轴的状态，具体见以下两表：轴参数:No.ParametersDescriptionDetails Remark1P_GAIN Proportional gain比例增益2I_GAINIntegral gain积分增益3D_GAINDerivative gain微分增益4OV_GAINOutput velocity gain输出速度平滑增益,一般为05VFF_GAINVelocity feed forward gain前馈增益6UNITSUnits作为其他参数单位的一定控制器计数，比如每毫米、每转或每度的记数控制器计数在模拟量控制方式下，是反馈脉冲的4倍频。在脉冲控制方式下为16倍频7SPEEDSpeed速度units/s8ACCELAccel加速度units/s29DECELDecal减速度units/s210CREEPCreep原点搜寻速度units/s11JOGSPEEDJog speed试运行速度units/s12FELIMITFelimit跟随误差限，是一个允许的一个偏差值，当FE的值大于这个值时，会有故障出现。13DACDAC开环控制时的速度输出, 当SERVO =0 时此值有效。14SERVOServo1为闭环,0为开环控制15REPDISTRepeat distance脉冲计数权值，当MPOS到达此值时，自动回零（RE_OPTION=ON）或回到此值的负值（rep_option=off）16FWD_INForward input正向限位输入管脚号（031）17REV_INReverse input反向限位输入管脚号（031）18DAT_INDatum input零点信号输入管脚号（031）19FH_INFeed hold input进给保持信号输入管脚号（031）20FSLIMITForward software limit正向软件限位，相当于正向的软限位。21RSLIMITReverse software limit反向软件限位，相当于反向的软限位。22MTYPECurrent type当前运动类型，当前轴的当前的一种运行类型。只读23NTYPENext type下一个运动类型，当前轴的下一将要运行的类型。只读24MPOSMeasured position 测量位置，检测到的反馈位置。只读25DPOSDemand position目标位置，目标所要的位置。只读26FEFollow error=MPOS-DPOS偏差(跟踪误差)，以上两个位置的偏差。只读27AXISSTATUSAxis status轴状态(参照下表) 只读28VPSPEEDVelocity profile speed合成运动的速度只读轴状态列表：Bit Description描述Valuechar0Unused 未用1 1Following error warning range 跟随误差报警范围2 w 2Communications error to remote drive 远程驱动通讯出错4 a 3Remote drive error 远程驱动出错8 m 4In forward limit 正向限位到达16 f 5In reverse limit 反向限位到达32 r 6Datuming 零点到达64 d 7Feedhold 进给保持开启128 h 8Following error exceeds limit 跟随误差超限256 e 9In forward software limit 正向软件限位到达512 x 10In reverse software limit 反向软件限位到达1024 y 11Cancelling move 运动取消2048 c 12Encoder power supply overload (MC2