PMAC教材.doc

1. PMAC控制卡及泰道公司简介1.1 PMAC控制卡PMAC是可编程多轴控制器(Programmable Multi-Axis Controller)的简称，是美国泰道(Delta Tau Data Systems, Inc )公司生产的功能强大的运动控制器，PMAC是目前世界上功能最强的运动控制器，同时也是当前开放式数控系统控制器的突出代表1.2 泰道公司介绍泰道公司拥有三十多年丰富的运动控制经验，是首屈一指的创新型、高性能机器控制专家，拥有全球数百万轴的惊人控制能力；自从上世纪90年代初推出第一款基于DSP的8轴的PMAC产品，每三年左右便会推出一款新的产品，如今最新的第七代产品Power PMAC(基于Power PC)已达到惊人的256轴的控制能力。1.3 应用范围由于其灵活的结构和开放性的编程接口，PMAC有着非常广泛的从最简单的到最复杂的应用，如半导体制造、航空、通用自动化、机器人控制、半导体生产线自动化、各类数控机床、医药设备、各种测量和定位机具、包装生产流水线自动化等等。以下是在一些公司中的典型的应用：Amada 金属处理Hewlett Packard 制造American National Can 贴标签Hughes Aircraft 机器工具Applied Materials 半导体制造IBM 集成电路制造ATS (Canada) 专用机器制造Kodak 胶卷处理和包装Alcon 激光眼睛治疗手术Lawrence Livermore National Lab 检测Blue Print Automation 包装机器OEMLockheed 制造Boeing 制造Meyer Machine Tool 沤轮叶片加工Bryant Grinder 精密打磨M & M / Mars 包装Coburn Optical 镜片打磨National Institute of Science and Tech 精密机床Cooper Tire 轮胎制造Paper Conversion Machinery Co 纸处理Dover Instruments 制造 / 检测Brooks PRI 水处理GE Aerospace 飞行模拟Rank Taylor Hobson 镜片打磨GE Aircraft 机械SE Huffman 精密打磨机床GE Medical 机床Siemens PLCGE Plastics 注射成型，等等 Scott Paper 包装/纸处理General Dynamics 制造SIG 包装General Tire 轮胎制造Tappistron 针织簇绒机床Gilette 包装/制造Varian 晶片处理Grinding Machines 硅晶片打磨3M 胶卷/胶带处理/包装Hormel 食物加工1.4 PMAC特性PMAC是一台具有独立内存、独立运算操作能力的计算机，采用泰道独有的实时内核（基于DSP的卡）或实时Linux操作系统(基于Power PC的卡)通过存储在自己内部的程序进行单独的操作；它还是一台实时的、多任务的计算机，能自动对任务进行优先等级判别，先执行优先级高的任务。PMAC既可以独立工作亦可按主机的命令进行工作，它和主机的通讯可以通过串行口也可以通过总线进行，通过总线通讯时，还可以将中断信号引入主机，从而实现非常灵活有效的控制系统。PMAC可以通过灵活的类似Basic的高级语言(Power PMAC还可以用C语言)控制多轴运动，提供了运动控制、可编程逻辑控制、同主机交互等基本功能；并具有各种现场总线和多种反馈装置接口。PMAC的最大特点是开放性。允许用户根据自己的用途使用内部寄存器。PMAC的编码器反馈地址、A/D和I /O与内部寄存器一样是统一编址，可以像使用PMAC其它内存一样来操作编码器反馈、A/D和I/O，使用非常方便。内部寄存器和A/D、I/O的地址既可以使用 PMAC的默认值，也可以由用户重新定义，以满足不同的需要。 以下是一些基本功能： 多轴插补联动 可同时运行多个运动程序和PLC程序 多种插补方式和曲线加减速 空间任意平面刀具半径补偿 螺距补偿、反向间隙补偿和力矩补偿 高速高精度位置捕捉（25ns）和位置比较(100ns) 、代码 电子齿轮和电子凸轮 运动程序旋转缓冲区 时基控制1.5 PMAC相关资源1.5.1 官方网址泰道总部：泰道中国分公司：1.5.2 手册及相关资料所有手册：/Manuals/default.aspx技术笔记：/common/support/technotes/technotes.asp?connectionStr=release应用实例：/common/support/appex.asp?connectionStr=release1.5.3 技术热线和Email请访问相关网址。1.5.4 论坛和群论坛：/ 里的PMAC讨论区群：QQ 1149894062. PMAC分类及型号说明2.1 按内核功能划分主要有Non-Turbo PMAC, Turbo PMAC，Turbo PMAC2和Power PMAC。2.1.1 Turbo PMAC和Non-Turbo PMAC的区别Non-Turbo PMAC是最早生产的PMAC，在90年代初期生产，其功能相对较弱，已经停产；Turbo PMAC是Non-Turbo PMAC的升级产品，在90年代中后期生产保持了向前兼容的特性，但本身也相对较老。 Turbo PMAC也叫PMAC 1型卡， Turbo PMAC和Non-Turbo PMAC的主要区别如下： 32轴 vs. 8轴 16坐标系 vs. 8坐标系 具正逆解功能 具前瞻算法 32,768个用户变量 vs. 4096个用户变量 支持同时多个接口通讯2.1.2 Turbo PMAC和Turbo PMAC2的区别Turbo PMAC2也叫PMAC2型卡，其与Turbo PMAC的主要区别在于伺服接口芯片和一些用于设置相关特性的固件功能。PMAC 2 型伺服芯片可以对驱动控制器软硬件的主时钟信号进行编程配置，PMAC 1型芯片不具有此功能。这些功能意味着在Turbo PMAC2为核心的控制卡上，用户可以根据需求任意配置伺服环、电流环以及PWM的频率；这一点非常重要，因为不同的控制对象其动态响应特性相差很大。例如，对一个20KW的伺服电机，1KHZ的伺服环比较合适；而对只有5W的特种伺服电机，伺服环频率可能要求在10KHZ以上。PMAC2型卡目前在市场是主流产品，但逐渐会被Power PMAC取代。2.1.3 Power PMAC在Power PMAC以前的PMAC产品都是基于Motorola的DSP，内核采用泰道特有的实时内核，伺服接口芯片为DSPGATE1或DSPGATE2；Power PMAC采用嵌入式Power PC作为处理器并采用实时Linux操作系统，伺服接口芯片采用DSPGATE3。由于采用浮点芯片替代整数芯片，计算能力获得了质的提升。显著的表现是最大轴数由32轴提高到了256轴。 采用Power PMAC为内核的产品保持了向前兼容性，意味着以前采用Turbo PMAC2为内核的产品可以被无缝的替换掉。2.2 按架构划分及型号说明主要分为板级产品、系统级产品和现场总线产品。2.2.1 板级产品l 总线级插卡产品：型号：Turbo PMAC PCI, Turbo PMAC Lite PCI, PMAC Mini PCI, Turbo PMAC VME, PMAC2A PC/104,分别支持PCI、ISA、VME和PC104总线，作为插卡直接插到计算机或其他控制设备的插槽中，由计算机或控制设备供电，离开计算机及相关设备无法独立运行。 VME PC/104 PCIl 独立板卡产品：型号：Turbo PMAC Clipper采用串口、USB或者以太网和上位机进行通讯，需要独立的电源进行供电，可以独立于计算机运行；成本较低，目前是中国市场上销售量最大的产品。Clipper2.2.2 系统级产品l UMAC：型号：Turbo UMAC、Power UMACUMAC是泰道公司系列产品中的旗舰级产品，独立于计算机运行，采用积木式框架结构(3U标准)，支持包括各种编码器、现场总线、驱动器、AD/DA 和 I/O的扩展，能在最高层次上满足用户的要求；例如：u 用户因为升级原因，需要用正余弦编码器取代正交编码器，只需要将原来的接口卡拔出，换成对应的正余弦接口卡即可。u 用户需要用Power PMAC控制卡，只需将原来的Turbo PMAC 控制卡直接替换既可以。Turbo UMACl 智能多轴伺服器型号：Geo Brick、Geo Brick LVGeo Brick 是集成了PMAC内核的多轴(48)驱动器，独立于计算机运行，可以完全取代原来的控制器+伺服器结构，并提供紧凑(四轴体积：144mm178mm391mm,重量：4.4Kg，功率：2KW/轴)的系统级解决方案；是数控机床集成商的理想的选择。 Geo Brick(90240VAC) Geo Brick LV(1280VDC)l 数控系统型号：Advantage400、Advantage900泰道的CNC产品，操作界面类似西门子840D；硬件上配合UMAC或者Clipper（需要双端口RAM选项）使用。 Advantage 9002.2.3 MACRO现场总线产品型号： Turbo PMAC2 PCI Ultralite、Turbo PMAC2 VME Ultralite、Turbo PMAC2 Ethernet Ultralite, UMAC MACRO CPU。泰道采用MACRO作为伺服器和控制器之间的现场总线，介质既可以采用光纤，也可以采用RJ45。MACRO Fiber Optic Ring3. 典型运动控制卡介绍这里介绍用途最广泛的Clipper和最新产品Power UMAC。3.1 ClipperClipper是基于Turbo PMAC2内核的一款大众型产品，结合了4轴全功能运动控制（脉冲加方向、模拟量和全数字PWM输出于一体）32路本地数字I/O、可任意扩展多至2048路远达百米的远程数字I/O、8路12位/16位可选ADC输入、4路额外12位+/-10V DAC输出和两路手轮通道。Clipper的主要功能及特点： 轴插补联动（单轴伺服频率最高30kHz) 所有轴都可以独立运行或联动 可同时运行16个运动程序和64个PLC程序 简单易用的高级语言编程 直线、圆弧、样条和插补 曲线加减速和动态前瞻控制 和坐标平移和旋转 非直角坐标系嵌入式正逆解 空间任意平面刀具半径补偿 螺距补偿、反向间隙补偿和力矩补偿 高速高精度位置捕捉（25ns）和位置比较(100ns) 共振抑制（高频陷波、中频前置滤波、低频电子惯量） 用户自定义伺服算法 龙门双驱交叉耦合自动纠偏 、代码 伺服环级联（张力控制、自动调高等） 相正交编码器细分 电子齿轮和电子凸轮 运动程序旋转缓冲区 时基控制 可连接全数字直接PWM驱动器Clipper最多可以扩展到32轴，每四轴需要添加一款扩展卡。3.2 Power PMACPower PMAC作为泰道的最新产品，其功能异常强大，主要表现如下：l 卓越的运算能力：256轴插补联动（所有轴可以独立运行，伺服频率1120KHZ）128个坐标系（数控中的通道），每个坐标系支持32轴同时运行16个运动控制程序、32个实时PLC（扫描时间可调，最高可达5us）和32个后台PLC（扫描时间小于100us）64位浮点运算l 杰出的运动控制功能：直线、圆弧(椭圆、螺旋、螺纹)、样条和PVT插补，回转体表面和球体表面加工基本S曲线加减速和任意曲线加减速 （可限制加加速度）超前读和超前读回溯电子齿轮和电子凸轮（时基控制）高速高精度位置捕捉（25ns）和位置比较(100ns)非直角坐标正逆解：斜轴功能、刀具中心控制、刀具端和机械手控制、代码执行并可定制动态2D或3D平面空间旋转变换各种1D,2D和3D的补偿表（一阶或三阶插值）：螺距补偿、反向间隙补偿、形变补偿和力矩补偿任意平面刀具半径补偿A/B相正交编码器12位硬件1/T细分运动程序旋转缓冲区l 强劲的特殊功能：伺服环级联：张力控制、自动调高等共振抑制：高频陷波、中频前置滤波、低频电子惯量用户自定义伺服算法和换相算法（C语言或脚本语言），支持Matlab，Simulink产生C代码直接下载到伺服环龙门双驱交叉耦合自动纠偏l 灵活的开发环境：专用脚本语言和C/C+语言直接编程，提供接口用其他高级编程语言（VB,C#.）编程用户界面二次开发和第三方应用程序开发内置的编辑器和调试器内嵌实时的Linux系统支持任何开源程序内置支持FTP和HTTP的网络服务器l 完善的接口：反馈：内置正交编码解码和多种串行编码器(SSI, EnDat, Yaskawa)解码功能，提供旋转变压器激励、正余弦编码16位插值输出：模拟量、脉冲方向、四相PWM，或通讯速率高达1.25Gbps的MACRO2现场总线 控制对象：交流/直流无刷、直流有刷、感抗、直线、步进、音圈和压电陶瓷电机以及液压装置l 多样的通讯方式：多种现场总线：ProfiBus, Devicenet, CANopen, ControlNet, CC-Link, Ethercat100兆/1000兆以太网和USB2接口，每秒中实现5千运动控制数据包处理4. 典型运动控制卡使用说明泰道中国分公司将Clipper作为内核，根据中国用户的特性进行本土化工作推出了IMAC400。IMAC400在工业级的外壳中完全光电隔离Clipper，大大提高了控制系统的整体稳定性和可靠性。不仅降低了接线的复杂性，完全屏蔽的工业插头和外壳也大大提高系统的抗干扰能力，最大限度地降低维护及维修成本。现以IMAC400为例进行使用说明：1) 用户在拆箱后检查IMAC 400的配件是否齐全，全部配件包括：名称数量名称数量IMAC 4001个TB2端子1个电源线1条IMAC CD1张TB3端子1个其它无2) 检查IMAC 400侧面标签上的OPT选项是否和订货时所要求的一致3) IMAC CD上有调试软件PEWIN32PRO2，建议用户在Windows XP系统下安装该软件。4) 软件安装完成以后，把IMAC 400用交叉网线和用户电脑连接起来，连接完成后给IMAC 400上电。5) IMAC 400上电试运行。用户接入220V交流电源和+24V直流电源，观察A+5V、A+12V、A-12V、D+5V这四个电源指示灯是否正常点亮，风扇是否能正常工作。6) IMAC 400默认的IP地址是，用户需要把电脑的IP地址修改为192.6.94.x,其中x不能是5，否则会造成IP冲突。7) 打开PEWIN32 PRO2软件，配置以太网通讯。在PMAC Devices中新建ETH0，配置IP为，配置完成后点击OK。8) 通讯成功后，用户可以进行出厂程序测试。打开文件窗口选择TXT文件，在IMAC 400 CDIMAC 400概述目录下选择“出厂测试程序.TXT”文件，点击黄色箭头下载到IMAC 400中，然后在Terminal窗口中输入以下指令：enaplc1i5=2&1b1r此时用户可以在Position窗口上观察到4个轴的位置和速度变化。为防止误操作，测试完成后用户需要将以上测试程序用“$*”指令清除，然后输入“sav”指令保存。警告：1、出厂程序仅供用户测试裸机使用，严禁带电机操作。2、测试结束后必须使用“$*”指令清除该程序，然后输入“sav”指令保存。9) 一切正常后，请参考用户手册进行IMAC400和伺服器间的接线；软件的使用请参考随机光碟中的软件手册或者到官方网站下载对应的手册。5. 典型应用实例分析5.1 Clipper或IMAC400连接驱动器力矩模式配置及简单程序实例CloseDelete Gather ;设置DSPGATE的相关频率I7000 = 1001 ;PWM frequency 29.4kHz, PWM 1-4I7001 = 5 ;Phase Clock 9.8kHzI7002 = 3 ;Servo frequency 2.45kHzI7003 = 1746 ;ADC frequencyI10 = 3421867 ;Servo interrupt time;设置一号电机I102 = $78002 ;Command Output Address;Position FeedbackI7010 = 3 ;Closed loop, X4 CCWI7016 = 0 ;Output mode: PWMI169 = 1001 ;DAC limit 10VdcI100=1 ;To activate motor;Example PID GainsI130=10000 ;P gain = defaultI131=3000 ;D gain = defaultI132=3000 ;VFF = defaultI133=0 ;I gain = defaultI134=1 ;I mode = defaultI135=0 ;AFF = defaultI124=$120001#1hmz;设置二号电机I200=1 ;To activate motorI202 = $7800A ;Command Output Address;Position FeedbackI7020 = 3 ;Closed loop, X4 CCWI7026 = 0 ;Output mode: PWMI269 = 1001 ;DAC limit 10Vdc;Example PID GainsI230=10000 ;P gain = defaultI231=3000 ;D gain = defaultI232=3000 ;VFF = defaultI233=0 ;I gain = defaultI234=1 ;I mode = defaultI235=0 ;AFF = defaultI224=$120001#2hmz;设置三号电机I300=1 ;To activate motorI302 = $78012 ;Command Output Address;Position FeedbackI7030 = 3 ;Closed loop, X4 CCWI7036 = 0 ;Output mode: PWMI369 = 1001 ;DAC limit 10Vdc;Example PID GainsI330=10000 ;P gain = defaultI331=3000 ;D gain = defaultI332=3000 ;VFF = defaultI333=0 ;I gain = defaultI334=1 ;I mode = defaultI335=0 ;AFF = defaultI324=$120001#3hmz;设置四号电机I400=1 ;To activate motorI402 = $7801A ;Command Output Address;Position FeedbackI7040 = 3 ;Closed loop, X4 CCWI7046 = 0 ;Output mode: PWMI469 = 1001 ;DAC limit 10Vdc;Example PID GainsI430=10000 ;P gain = defaultI431=3000 ;D gain = defaultI432=3000 ;VFF = defaultI433=0 ;I gain = defaultI434=1 ;I mode = defaultI435=0 ;AFF = defaultI424=$120001#4hmz;简单PLC程序，用于将四个电机置于闭环状态;发送 Enable PLC 2 可以执行open plc2 clearcmd#1j/ cmd#2j/ cmd#3j/ cmd#4j/displc2close;定义坐标轴并映射电机到坐标轴&1#1-1000X ;定义电机1为X轴#2-1000Y ;定义电机2为Y轴#3-1000X ;定义电机3为X轴#4-1000Y ;定义电机4为Y轴;简单的运动控制程序OPEN PROG 2 CLEARRAPID X-10 Y0DWE1000ABSCIRCLE1F100N 100X-10 Y0 I10 J0GOTO 100CLOSEI5113=105.2 稍微复杂的运动程序;* 设置和定义 *&2 ; Coordinate system 2CLOSE ; Make sure all buffers are closed#5-1000X ; 1 unit (cm) of X is 1000 counts of motor 5;* 运动控制程序 *OPEN PROG 2 ; Open buffer for entry, Program #2CLEAR ; Erase existing contents of bufferLINEAR; Blended linear interpolation move modeINC ; Incremental mode - moves specified by distanceTA500 ; 1/2 sec (500 msec) acceleration timeTS250 ; 1/4 sec in each half of S-curveP1=0 ; Initialize a loop counter variableWHILE (P127.77777778A ; A-axis is programmed in degrees; 10,000 (cts/rev) / 360 (deg/rev)M1-Y:$FFC2,8,1 ; Variable M1 assigned to Machine Output 1M11-Y:$FFC2,0,1 ; Variable M11 assigned to Machine Input 1I5190=60000 ; Feedrate (speed) units are per minute; (1 min=60000 msec);* 运动控制程序*OPEN PROG 3 CLEAR ; Prepare buffer for entryHOME2 ; Find home position for motorLINEAR; Blended linear interpolation move modeF20 ; Speed of 20 degrees per minuteQ50=0 ; Initialize a loop counter variableWHILE (Q50 0) ; P parameter specified?DWELL (Q116*1000) ; PMAC specifies dwell time in msecENDIFRETURNN17000 NORMAL K-1 RET ; G17 Specify XY planeN18000 NORMAL J-1 RET ; G18 Specify ZX planeN19000 NORMAL I-1 RET ; G19 Specify YZ planeN90000 ABS RET ; G90 Absolute modeN91000 INC RET ; G91 Incremental modeN97000 READ(S) ; G97 Spindle speed setIF (Q100 & 262144 0) ; S parameter specified?I422=Q119/30 ; #4 jog speed in cts/msecENDIFRETURNCLOSE;*Motion program 1001 contains the M-Code subroutinesOPEN PROG 1001 CLEAR ; Prepare buffer 1001 for entryN03000 CMD #4J+ RET ; Start spindle clockwise (closed loop)N04000 CMD #4J- RET ; Start spindle counterclockwise (ditto)N05000 CMD #4J/ RET ; Stop spindleCLOSE; 终端窗口中输入下列指令运行运动控制程序&1 B5 R ;Coordinate System 1, point to Beginning of Program 5, Run5.5 旋转缓冲区旋转缓冲区用于从上位机向PMAC传送大量的动态数据，例如机器人视觉系统和高速高精数控机床，其原理是采用缓存接受和存储动态数据。; This example Motion Program demonstrates:;A) Using the Rotary Buffer;B) Calculating Rotary Buffer size;C) Using G-Codes (G0, G1) to command motion; D) Using M-codes to control PMAC digital I/O;E) Download associated files using #include; The &1R command (line 49) will cause this program to begin running; The Stop command (line 76) will end the Motion Program ; Calculating Rotary Buffer size:;Estimate 1.5 words per axis move;Estimate 1 word per other commands; ;12 x 1.5 = 18;12 x 1 = 12; -; 30;&1 DEFINE ROTARY 30CloseDelete GatherDelete Rot;Included files provide G-Code & M-code definitions#include G-Code_Sub.pmc;download G-code definitions, Prog 1000#include M-Code_Sub.pmc;download M-code definitions, Prog 1001&1;Define Coordinate System#1-2000X;Define Motor #1 - X axis#2-2000Y;Define Motor #2 - Y axisI5192=1;Isx92;Disable Blending for C.S #1&1 DEFINE ROTARY 30 ; Create C.S. 1 rotary buffer&1 B0 ; Point C.S. 1 to rotary buffer&1R;Start the Motion ProgramOPEN ROT ; Open buffers for entryG90;Absolute positioningF5;Set FeedrateM05;Pen upG00 X5 Y5;Move to start M03;Pen downG01 X10 Y5G01 X10 Y10G01 X5 Y10G01 X5 Y5M05;Pen upG00 X0 Y0;Move to machine zeroStop;Stop the Motion ProgramCLOSE5.6 PLC I/O实例此例子展示如何使用PLC程序操作PMAC的通用I/O；程序开始时把变量M1M14映射到对应的机器I/O的地址；实际应用中用户只需选择对应的PMAC卡并下载缺省的M变量映射既可以，不需要这样一个一个定义M变量。注意：不同的PMAC卡对应的I/O地址不一样，错误的M变量映射可能导致不可知的后果。;* 设置和定义*CLOSE ; To ensure these are on-lineM1-Y:$FFC2,8,1 ; Machine Output 1M2-Y:$FFC2,9,1 ; Machine Output 2M3-Y:$FFC2,10,1 ; Machine Output 3M4-Y:$FFC2,11,1 ; Machine Output 4M11-Y:$FFC2,0,1 ; Machine Input 1M12-Y:$FFC2,1,1 ; Machine Input 2M13-Y:$FFC2,2,1 ; Machine Input 3M14-Y:$FFC2,3,1 ; Machine Input 4M20.39-* ; Self-referenced flag variables;* PLC Program *CLOSE ; Make sure other buffers closedOPEN PLC 5 ; Open buffer for editingCLEAR ; Erase existing contents;第一个分支基于1号输入，对应的P1000变量被设置，它可以是位置、速度或时间等等.IF (M11=1) ; Machine Input 1 true?P1000=5000 ; If so, set to this valueELSEP1000=500 ; If not set to this valueENDIF; 此分支基于2号输入， 当其值为真时，P8计数值增加一位IF (M12=1) ; Machine Input 2 true?IF (M22=0) ; Not true last time thru?P8=P8+1 ; Have rise edge, so incrementM22=1 ; Note as true for next time thruENDIFELSE ; MI2 is not trueM22=0 ; Note as not true for next time thruENDIF;标志位满足一定条件时，对应的输出被设置，运行对应的电机IF (M23=1 AND M24=1) ; First two flags true?AND (M25=1 AND M26=1) ; Second two flags true?M1=1; Then set outputCOMMAND#1J+;手动运行1号电机COMMAND#2J/;手动停止2号电机ELSEM1=0 ; Otherwise clear outputCOMMAND#2J+;手动运行2号电机COMMAND#1J/;手动停止1号电机ENDIFCLOSE ; Close the bufferENABLE PLC 5 ; Enable operation of program5.7 实时运动数据采集实时采集数据，需要首先用I5000变量指定用于存储采集数据的缓冲区内存起始地址和模式，然后用I5001I5048变量指定要采集数据源的地址，最后采用I5049指定采集周期；实际应用中没有这么复杂，采用PMAC PLOT软件可以方便的实现这些设置。;* Set