TwinCAT 3 NC 编码器轴的跟随使用

第6页TwinCAT3NC编码器轴的跟随使用TwinCAT3NC编码器轴的跟随使用作者：云龙职务：华东区技术支持工程师邮箱：long.yun@日期：2022-12-1摘要：在一些特殊的运动控制场景中，需要处于多轴耦合关系中的从轴跟随主轴的实际速度/位置，在TwinCATNC系统中可以通过多种方式实现不同效果的从轴跟随主轴实际位置，后文将对实现方法详细描述。附件：序号文件名备注历史版本：免责声明：我们已对本文档描述的内容做测试。但是差错在所难免，无法保证绝对正确并完全满足您的使用需求。本文档的内容可能随时更新，如有改动，恕不事先通知，也欢迎您提出改进建议。参考信息：目录1. 软硬件版本 31.1. 倍福Beckhoff 31.1.1. 控制器硬件 31.1.2. 控制软件 31.2. 伺服驱动及电机 31.2.1. 伺服驱动器 31.2.2. 电机 32. 准备工作 32.1. EtherCAT网络接线 32.2. 配置使用EL7211模块 32.2.1. 电源电压选择 42.2.2. 伺服驱动操作模式选择 42.2.3. NC轴缩放比设置 43. 实现方法 53.1. 使用NC轴参数设置实现 53.1.1. 方法说明 53.1.2. 设置实现 53.1.3. 补充/提示 73.2. 通过建立轴关系实现 83.2.1. 方法说明 8. 编码器轴设备中转（主轴不包含控制） 8. 编码器轴数据中转（主轴可以控制） 83.2.2. 方法实现 9. 轴设备中转 9. 轴数据中转 103.2.3. 补充/提示 12

软硬件版本倍福Beckhoff控制器硬件PC作为TwinCAT控制器调试使用控制软件PC使用完整安装的TwinCAT3.1Build4024.22版本伺服驱动及电机伺服驱动器Beckhoff紧凑型伺服驱动模块EL7211-0010*2电机Beckhoff紧凑型驱动技术的同步伺服电机AM8111-0F21-0000*2准备工作EtherCAT网络接线使用笔记本电脑作为EtherCAT主站，经过EK1100EtherCAT网络耦合器同步控制两个EL7211模块，接线如下：（笔记本电脑如果不能安装TwinCAT实时以太网驱动程序建议使用倍福控制器作为EtherCAT网络主站进行测试）配置使用EL7211模块模块安装完成，调试笔记本通过网线与EK1100进行连接后使用TwinCAT3软件执行IO硬件扫描操作。电源电压选择在DriveManager标签下选择PowerManagement，通过下拉菜单选择合适的电源电压，这里使用的是24V。伺服驱动操作模式选择在Channelx—>Configuration—>ProcessData/OperationMode，通过下拉菜单选择方便调试的CSP（同步周期位置模式）。NC轴缩放比设置在Channelx—>Configuration—>ScalingandNCparameter选项中设定轴的缩放比例，这里配置为360unit配置完成后激活配置（Activateconfiguration）使配置生效，随后通过NC界面进行轴控调试实现方法本次测试中我们使用两种主要方法实现该功能，一种是直接在TwinCATNC中设置轴参数让轴在未使能时的命令位置始终以实际位置为基准对齐，另一种是通过NC轴的组件/变量链接实现编码器位置的传递。使用NC轴参数设置实现方法说明该方法通过设置NC轴—>Parameter—>OtherSettings中的“CoupleslavetoactualvalueifnotEnable”选项实现，该参数配置的说明信息如下：CoupleslavetoactualvalueifnotEnable：当前轴未激活使能时，以当前轴(轴关系中为主轴)的实际位置作为从轴参考值，以下为该设置项不同状态下的说明。Tips：以下为该选项的相关配置参数，通过实际测试与手册信息了解，没有发现实际的工作效果。VelocityWindow：从轴在设定的速度窗口内不跟随主轴运动。FilterTimeforVelocityWindows：当实际速度和命令速度之差超过设定的速度窗口设定的滤波时间时会导致NC轴反馈错误。设置实现物理轴驱动参数配置完成后激活配置使得配置生效，再将“CoupleslavetoactualvalueifnotEnable”选项设置为TRUE，并选择Download将选项准备值写入到NC轴中。此时我们可以观察到：绿色框中Axis1为设置选项为TRUE的情况：此时Axis1的实际位置ActualPos和命令位置SetpPos始终保持一致，以及实际速度ActualVelo和命令速度SetpVelo同样一致。蓝色框中Axis2为设置选项为FALSE的情况：此时实际位置与命令位置不存在直接关系，实际速度与命令速度也是同理。选择从轴Axis2进入Online调试界面，给电机上使能：切换到Coupling界面—>选择主轴为Axis1—>耦合模式选择Linear—>设置电子齿轮耦合系数—>点击Couple执行齿轮耦合动作：此时手动旋转未使能的主轴，从轴也会跟随手动旋转的速度一比一的“模仿”动作：Scope抓取到的图像中：蓝色为主轴Axis1的实际与命令位置（二者始终对齐故图像重合）绿色为从轴Axis2跟随的命令位置根据图像可以分析，在手动旋转主轴的情形下从轴的命令位置很好的跟随主轴的位置，主从的跟随误差很小同一时刻抓取的图像中：橙色为从轴Axis2跟随的实际位置可以看得出从轴的实际位置和命令位置之间是存在一定的跟随误差的，该现象和从轴的控制参数整定调试有关系，测试时没有严格调试，当前是合理现象。至此可以说明从轴能够在主轴未使能时跟随主轴的实际位置动作。补充/提示从轴在跟随主轴动作的时候，始终跟随主轴的命令位置，只是在本例中主轴的命令位置和实际位置对齐，所以动作起来的现象是跟随了主轴的实际位置；“CoupleslavetoactualvalueifnotEnable”选项的作用也就是在NC轴未使能时自动将NC轴的命令位置以实际位置为基准进行对齐；NC轴激活使能后“CoupleslavetoactualvalueifnotEnable”选项功能不再适用，实际位置应该跟随命令位置；NC轴出现报警时该功能同样不适用；由于修改的是命令位置的对齐关系，所以该功能不仅在齿轮同步中适用，任何存在主从轴关系的场景下都适用；选项中提供的速度窗口和速度窗口滤波功能测试后没有发现任何效果，欢迎测试补充。通过建立轴关系实现方法说明编码器轴设备中转（主轴不包含控制）在该方法中，从伺服系统或者独立的编码器设备中取得实际的电机位置，再将该设备链接到NC中新建的编码器轴上作为位置的反馈参考，随后再以该编码器轴作为主轴，构建主从同步关系，轴的控制框架如下：该方法能够快捷获取编码器设备的数据和诊断信息，在手摇轮、外部接入编码器等位置反馈单元不需要主动动作的场景下可以快速部署使用。编码器轴数据中转（主轴可以控制）在该方法中，系统已有两个真实存在的伺服系统轴，主轴和从轴，将主轴编码器设备的变量数据传递给新建的编码器轴，以实现编码器轴实时反馈伺服主轴的位置信息：该方法通过数据多重链接的方式，将一路的编码器数据同时给到多个接收设备上，而给出的变量数据信息可以根据需要自行选择链接。

方法实现轴设备中转在Axes中添加新项—>轴类型选择为EncoderAxis：选择合适的物理硬件作为NC编码器轴的位置反馈设备：链接完成—>激活硬件配置—>启动完成后—>选择从轴—>激活从轴使能—>选择主轴为编码器轴—>电子齿轮耦合动作，随即可以实现手动旋转物理编码器硬件，从轴自动跟随的功能以下为实际的跟随效果：蓝色：主轴命令/实际位置绿色：从轴命令位置橙色：从轴实际位置轴数据中转在已有两个物理轴正常链接到NC轴的情况下，我们在NC中新建一个编码器轴，编码器轴的数据来源我们通过变量链接的方式同步到编码器轴的输入数据中。此处进行编码器变量数据链接，如此同步可以将其他NC轴的编码器数据同步到该新建的编码器轴中：需要注意的是：因为物理硬件中的变量数据已经与NC轴建立了链接，所以在和其他变量链接时需要将“onlyunused”选项取消才能在链接列表中看到物理硬件中的该变量。如下为链接成功的输入接口状态：链接完成后，重新激活硬件配置，可以在Axes界面观察到如下的轴信息激活硬件配置—>启动完成后—>对从轴进行上使能及齿轮耦合动作—>随即可以实现手动旋转物理硬件编码器，从轴自动跟随的功能；给主轴上使能后控制主轴动作，从轴跟随主轴位置动作。主轴未使能时从轴跟随情况：蓝色：主轴命令位置，红色：主轴实际位置绿色：从轴命令位置，橙色：从轴实际位置主轴使能后主轴JOG动作：蓝色：主轴命令位置,红色：主轴实际位置绿色：从轴命令位置,橙色：从轴实际位置补充/提示在编码器轴作为设备中转时占用物理编码器设备对象，因此可以直接在NC编码器轴中选择链接对象进行信号链接；在编码器作为数据中转时，只是将物理编码器设备中某个过程参数变量作为数据源与NC编码器轴的输入变量链接，也可以自定义需要连接的信号；

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