倍福运动控制技术介绍.ppt
Drive Technology 115.10.2022 123.05.2023 1,自动化新技术,BECKHOFF运动控制产品介绍,IPC 嵌入式PC,运动控制器-基于Windows XP 和CE的IPC EPC,2,运动控制系统基石-现场总线及I/O,3,Drive Technology 115.10.2022 123.05.2023 4,数字式紧凑型伺服驱动器 AX20 xx,直线伺服电机 ALxxxx,同步伺服电机 AM2000/AM3xxx,数字式紧凑型伺服驱动器 AX5xxx,适用于高动态定位任务的驱动系统,Drive Technology 115.10.2022 123.05.2023 5,电机反馈：旋转变压器 晶体管电路,电源 100 V AC480 V AC,状态显示，例如轴轴标识符或故障信息,电机反馈：Sin/Cos 1Vss、TTL、单圈或多圈、EnDat、Hiperface、BiSS,24 V DC 控制和制动电压,8 点数字量 I/O，例如启用、限位开关、捕获输入、故障信息,EtherCAT 系统总线,直流电源/直流母线,可选的接口板用插槽，例如附加反馈,制动控制/电机温度监控,可选的重启锁定用插槽或可选的 TwinSAFE 安全卡,Navigationstasten,电机动力电路,执行材质鉴定,导航键（Enter,Up/Down）,AX5000|数字式紧凑型伺服驱动器,功能特点,Beckhoff运动控制驱动解决方案 AX5000,支持第三方的伺服电机,6,Beckhoff伺服调试-TcDriveManager,7,Drive Technology 115.10.2022 123.05.2023 8,功能特点,”Beckhoff 现场总线连接”各种现场总线接口，可以轻松地集成到各种控制系统中,RS232 接口（用于参数设置）和 CANopen 接口,控制信号（带有电气隔离）伺服准备就绪的信号、中继、设定值输入、显示器输出、数字量输入/输出、启用输入、模拟量/数字量信号接地,24 V DC 辅助电源电压,电源接口，用于连接外部平稳电阻,直流中间电路,电机和制动器接口,旋变信号仿真为编码器信号输出，编码器控制输入（主从功能），脉冲方向输入,反馈装置（旋转变压器）输入接口,用于高分辨率正余弦编码器或绝对值编码器等反馈装置的输入接口,AX20 xx,Drive Technology 115.10.2022 123.05.2023 9,AM30 xx|同步伺服电机,Drive Technology 115.10.2022 123.05.2023 10,AM308x|电机达到 150Nm,Drive Technology 115.10.2022 123.05.2023 11,具备食品级涂装的AM3000,用于食品工业的AM3000系列电机一台通过特殊涂装的标准电机具备了不锈钢电机的防护等级降低成本电机的耐热特性改变很小 仅仅降低10%(相比不锈钢电机最小降低.50%),NEW,AM30 xx,Drive Technology 115.10.2022 123.05.2023 12,AL38xx|直线伺服电机,Beckhoff支持的运动控制方式,DVI/USB,EL2521/KL2521,EL4132EL5101,EL2521/KL2521,EL7041/KL2541,EM7004,驱动:伺服电机(总线,模拟量,脉冲),步进电机(KL2531/41,EL7031/7041 K/EL2521)直流电机(KL2532/42,EL7332/7342)直线电机(AX5000/2000)液压轴,13,Beckhoff运动控制应用脉冲量控制伺服系统,14,14,KL2521模块,伺服驱动器,伺服马达,编码器反馈电缆,动力电缆,CX1020 NC控制器,KL2521 脉冲输出模块 控制伺服电机方法,Beckhoff运动控制应用模拟量控制伺服系统,15,EL5101模块,伺服驱动器,伺服马达,动力电缆,CX1020 NCI控制器,CX1020 EL4132 模拟量控制伺服系统,EL4132模块,+/-10v,Drive Technology 115.10.2022 123.05.2023 16,EM7004 4轴接口端子模块,EM7004,Beckhoff运动控制驱动解决方案 步进电机系统,17,Beckhoff运动控制驱动解决方案 直流电机系统,18,KL2532,KL2552,Beckhoff运动控制 EL7201 EtherCAT 伺服电机驱动模块 50 V DC,4 A,完备的伺服解决方案,集成旋转变压器反馈接口,可以连接带制动电机,最高驱动 200 W 电机,Resolver Exc.+(R1),Power contact+24 V,Power contact 0 V,Resolver Sin+(S2),Resolver Cos+(S1),Motor phase U,Motor phase W,Motor brake+,Load voltage 50 V,Load voltage 50 V,Resolver Exc.-(R2),Resolver Sin-(S4),Resolver Cos-(S3),Motor phase V,Motor brake GND,Load voltage GND,Load voltage GND,19,一体化的伺服驱动器,直接连接电机,直接连接旋转变压器,紧凑的结构,方便进行系统整合,Beckhoff运动控制 EL7201 EtherCAT 伺服电机驱动模块 50 V DC,4 A,20,Beckhoff运动控制驱动解决方案 编码器-SSI,21,1 D+SSI data input D+5 D-SSI data input D-4 CL+Clock output CL+8 CL-Clock output CL-,KL5051,KL5001,Beckhoff运动控制驱动解决方案 编码器-增量式编码器,22,KL5101,Beckhoff运动控制驱动解决方案 编码器-增量式编码器,23,KL5111,KL5121,Beckhoff运动控制驱动解决方案 编码器-增量式编码器,24,KL5151,KL5152,EL5151,Windows NT,2000,XP,现场总线接口卡驱动程序,ADS 路由器,I/O服务器,I/O 映射,PLC服务器,I/O,NC服务器,其它例如，凸轮等,系统管理器,ADS,PLC控制,诊断功能如示波器,用户HMI,用户HMI,ADS,ADS,TCP/IP,内核模式,用户模式,ADS,ADS,OCX/Dll,OPC,ADS,ADS,ADS,ADS,I/O,I/O,TwinCAT 系统,实时服务器,控制软件-TwinCAT Totol Windows Control Automation Technology,25,PLC 任务 和 NC 任务定时地以多任务多线程独立运行 周期性地获取CPU的计算时间,Windows NT和 HMI程序,NC 服务,PLC 服务,在PC 上 一个 PLC 程序和 NC 控制的实时运行,PLC 周期(例如.2ms),PLC 周期,在 PC 上运行 PLC 和 NC,NC 周期(例如.1ms),NC 周期,NC 周期,NC 周期,1ms,2ms,3ms,4ms,5ms,例如.,Beckhoff 运动控制系统机制,26,逻辑运算与处理,路径规划闭环控制,位置，速度加速度控制,通用插补,同步，凸轮飞剪等,PLC,PLC,NC I,NC I,NC PTP,CNC,TWINCAT PC ControlPLC/NC PTP/CNC,NC PTP,NC PTP,Beckhoff 运动控制实现方式TwinCAT NC PTP，NCI，CNC,7,28,I/O,PLC,NC PTP,NCI/CNC高度集成在一个平台中,实时性：硬实时能力：周期最小至50微秒，以及 Beckhoff 拥有专利的 对CPU利用率的动态调整XFC 100微秒的刷新周期（包含100个伺服轴）基于 EtherCAT总线 几乎运行于任何一个PC 纯软件解决方案(无需硬件扩展),Beckhoff运动控制概览,29,TwinCAT NC PTP 功能,普通定位运动(Point to Point)电子齿轮同步数字凸轮开关凸轮轴运动叠加（合成）飞剪,TwinCAT NC I 功能,30,31,TwinCAT NCI 功能,TwinCAT CNC 功能,32,Drive Technology 115.10.2022 123.05.2023 33,TwinCAT CNC,完整的 CNC 功能一个通道内最多可达 32 个轴的插补运动采用 DIN66025 编程语言坐标轴转换,TwinCAT CNC 功能,34,TwinCAT NC PTP-PLCopen 功能块概览,Administrative,Motion,Single,Axes,Multiple,Axes,Single,Axes,Multiple,Axes,Non-Interpolated,MoveAbsolute,Interpolated,MoveAdditive,MoveSuperImposed,MoveContinuous,MoveVelocity,Home,Stop,Power,Reset,ReadStatus,ReadAxisError,ReadParameter,WriteParameter,ReadActualPosition,PositionProfile,VelocityProfile,AccelerationProfile,CamTableSelect,CamIn,CamOut,GearIn,GearOut,MoveRelative,Phasing,35,TwinCAT NC PTP-PLCopen 功能块概览,MC_MoveSuperimposed MC_MoveVelocityMC_VelocityProfileMC_AccelerationProfile,Discrete Motion,Continuous Motion,MC_Move AbsoluteMC_Move RelativeMC_MoveAdditiveMC_MoveSuperimposedMC_PositionProfile,Done,MC_MoveAbsoluteMC_MoveRelativeMC_MoveSuperimposedMC_MoveAdditiveMC_PositionProfile,MC_Stop,MC-Stop,MC_MoveVelocityMC_VelocityProfileMC_AccelerationProfile,MC_MoveVelocityMC_VelocityProfileMC_AccelerationProfile,MC_Power,MC_Stop,Note 1,Stopping,MC_MoveAbsolute;MC_ MoveRelativeMC_MoveAdditive;MC_PositionProfile,Done,Homing,Done,MC_Home,MC-Stop,Note 1:All FBs can be called,althoughthey will not be executed,except MC_Reset and Error will generate the transition to StandStill or ErrorStop resp.,Root:Task Force Motion Control presentation Version Febr2002.(www.plcopen.org),36,37,TwinCAT NC PTP-PLCopen 功能块概览,38,TwinCAT NC PTP-电子齿轮同步,线性同步 耦合之后:从轴 set position=coupling factor*主轴 set position 可以动态修改齿轮比 使用标准的功能块，简单方便,TwinCAT电子齿轮同步龙门钻床,39,40,TwinCAT运动控制凸轮同步,Camming 主从轴之间非线性耦合 凸轮设计遵循 VDI guideline 2143 凸轮设计工具 TwinCAT cam design editor,41,TwinCAT NC PTP-凸轮设计工具,Position,Velocity,Acceleration,42,TwinCAT NC PTP-凸轮功能块,43,The position values of a slave depending on a master value are interpolatedin the NC,Only segment points needed.The intermediate points are calculateddepending on the actual function in the NC,Positiontable,Motion Function,TwinCAT NC PTP凸轮设计工具,数据表,动态修改,44,TwinCAT NC PTP:飞剪,TwinCAT NC PTP:飞剪功能块,45,TwinCAT系统管理器运动控制调试配置工具,46,Beckhoff运动控制软件示波器,47,Drive Technology 115.10.2022 123.05.2023 48,机器人软件包,TwinCAT,每个CPU的许可需要预装TwinCAT NC Ix86兼容PC,Drive Technology 115.10.2022 123.05.2023 49,机器人软件包,TwinCAT,TwinCAT 中集成的机器人软件包提供下列性能：节省掉了额外的用于机器人控制的CPU采用TwinCAT软件来做配置，参数化和诊断，在同一系统中保持了使用上的一致性和便利性。避免了不同CPU和PLC系统，运动控制和机器人软件由于匹配合作而引起的摩擦损失与TwinCAT之间的直接接口带来了更高的性能和精度，这是多CPU系统之间复杂通讯所不能达到的。,Drive Technology 115.10.2022 123.05.2023 50,支持的运动学模型,TwinCAT,笛卡尔坐标模型,H型机器人,Scara 多关节装配机械手,剪型运动副,起重吊臂式运动副,二维平面平行机械手运动副,三维空间Delta机器人,Drive Technology 115.10.2022 123.05.2023 51,系统管理器中的配置,TwinCAT Motion Control:Kinematic Transformation,例子:Delta变换,Drive Technology 115.10.2022 123.05.2023 52,运动轨迹编程,TwinCAT,运动轨迹编程可以由下列方式实现 PTP 点对点 Cam Plate 电子凸轮 G代码(DIN 66025)TcPlcInterpolation 功能库 目标的位置一般用笛卡尔坐标表示(X,Y,Z)插补模式(G-Code,TcPlcInterpolation)支持不同的用户坐标系 在多个传送带方向间实现同步,Drive Technology 115.10.2022 123.05.2023 53,运动路径的计算,TwinCAT,前向运动转换 反向运动转换 动力学模型的计算,Drive Technology 115.10.2022 123.05.2023 54,TwinCAT 机器人软件包的分级,TwinCAT,级别1静态变换，包括平移和旋转级别2包含级别1主要是二维平面的变换，如H型机器人模型和二维平面平行机械手模型级别3包含级别2主要是三维空间的变换，如Delta机器人,BK1120,KL2542,3.5A/50 V直流电机,KL2541,5A/50 V步进电机,CP6619,KL4434,KL5101伺服电机,Beckhoff运动控制应用金属焊接系统,55,Beckhoff运动控制应用轿车车门焊接设备,Automotive DoorControl system CP6201 NC PTP run-time EK1100 EL2521 TwinCAT HMI,56,EK1100,EL2521,CP6201,EL2521,EL6731/Profibus master,EtherCAT,Beckhoff运动控制应用轿车车门焊接设备,57,Beckhoff运动控制应用-立体仓库,58,Cam tables MC_CamTableSelect MC_CamIn product detection MC_TouchProbe Cam table adjustment on the fly MC_CamScaling MC_WriteMotionFunction,Beckhoff运动控制应用-矽钢片曲线开料机,59,Beckhoff运动控制系统应用机器人,C6350 Windows XP TwinCAT NCI ETHERCAT EL4132/5101 Visual C+Camming Gearing,60,CX1020+AX5000+Heidolph motorCam tables MC_CamTableSelect MC_CamIn product detection MC_TouchProbe Cam table adjustment on the fly MC_CamScaling MC_WriteMotionFunction,Beckhoff运动控制系统应用前沿送纸机器,Drive Technology 62,叠加运动指令该指令主要用于伺服轴运动过程中进行一个点到点位置的叠加.该指令运行模式E_SuperpositionMode有4种类型:1.叠加区域内,走完长度Length后,叠加位置Distance刚好走完.区域行程为Length+Distance.2.叠加区域内,走完长度Length后,叠加位置Distance刚好走完,包含在Length内.区域行程为Length.3.叠加区域内,在区域行程Length+Distance内,走完叠加位置Distance.3.叠加区域内,在区域行程Length,走完叠加位置Distance.,TwinCAT NC PTP-点到点叠加运动,Drive Technology 63,该系统指令的组合,可达到曲线叠加的效果.在system manager中配一个电机轴,和一个虚拟轴.通过指令可以将右图的两条曲线叠加到一起,大大提高了电子凸轮控制的灵活性.同样你仍然可以将多个虚拟轴和一个电机轴叠加在一起，实现两个以上曲线的叠加。,电机轴,虚拟轴,TwinCAT NC PTP-多个曲线的叠加运动,64,TwinCAT NC PTP-电子齿轮同步,线性同步 耦合之后:从轴 set position=coupling factor*主轴 set position 使用标准的功能块，简单方便MC_GearInDyn是MC_GearIn的升级版,可以动态的修改电子齿轮比.电子齿轮是从机械齿轮转换过来的思路,而且更加灵活,电子齿轮是一种特殊的电子凸轮.,A,B,RatioB:A2:1,Feed,Processed,TwinCAT NC PTP:动态捕捉功能块,65,动态捕捉功能块:该功能块的特点:当通过旋切功能块去剪切薄膜或纸张时,如果材料上有色标,而旋刀必须剪在旋刀上时,就必须用TouchProbe功能.此时TouchProbe的作用是色标传感器检测到材上的色标后,将此时电机轴的位置记录下来.该位置记录是不受嵌入式PC扫描周期的影响,是微秒级别的.该数据走的是Ethercat process data的通道,是real time的数据,动态记录的位置非常精确.,将前后两个色标的位置记录下来,相减,就可以得到下次剪切所需要的长度.,Drive Technology 115.10.2022 123.05.2023 66,应用9色凹版印刷机,TwinCAT运动控制:自动收放卷,67,收放卷功能(TcPackAL库):应用非常广泛.该库适用于NC对伺服或变频器的控制.在收放卷的过程中,随着卷径的不断变化,根据指令算法,通过修改电机角速度的方法,来达到收放卷材料线速度不变.,计算卷径的方法有1.通过计算伺服或变频器实际走过的距离进行累加,再根据材料的厚度,进行卷径的计算.2.根据外部传感器,进行实际卷径的测算,并反馈给上位.,TwinCAT运动控制:Dancer,68,Dancer功能(TcPackAL库):是张力控制的一个典型应用.通过修改主轴电机和从轴电机的速度齿轮比的方法,根据能够反应张力变化的模拟量输入反馈,通过PID调节来修改电子齿轮比,从而达到张力控制的效果.,Drive Technology 115.10.2022 123.05.2023 69,应用张力控制,Beckhoff运动控制系统应用 木工加工设备-NCI,70,Beckhoff运动控制系统应用-CNC加工中心,71,Beckhoff运动控制系统,感谢大家的时间与耐心！,
