PC-Based 运动控制技术及应用 研华（中国）公司客户技术部 技术应用工程师：易红燕 010-62984346-6702 内容： 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. PC-Based 运动控制系统概述 PCI-1240技术特性 PCI-1240的硬件安装和使用 1240的驱动安装和测试 采用VB， VC 编写运动控制程序 PCI-1240在MA的应用案例 研华的其他运动控制产品 一、现代运动控制系统的基本构成 •高可靠性—稳定的开发平台 •高精度—采用闭环控制 •高速—高脉冲输出频率 •开放性—控制系统的软硬件 基于PC的运动控制器 连接组件 电源 驱动器 位置/速度/转矩 电机 编码器 激光干涉仪 视觉识别器 PLC 与PC-Based 比较 PLC 数控 PC + PLC + Motor 位置传输 PC-based 数控 PC + Motion Card + Motor 点对点运动 过程运动 实时性不高 实时性高 处理通讯问题 PC总线通讯 简单的运动控制算法 复杂运动控制算法 直线运动 生产线输送/包装 低速运动 小型切割 工艺加工 过程（曲线）运动 精密机床数控 机器人控制 钢板切割 PC-based 数控系统 PCI-1784 Motor Driver PCI-1240 Encoder 内容： 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. PC-Based 运动控制系统概述 PCI-1240技术特性 PCI-1240的硬件安装和使用 1240的驱动安装和测试 采用VB， VC 编写运动控制程序 PCI-1240在MA的应用案例 研华的其他运动控制产品 PCI-1240技术规格 Features • 独立4轴步进/脉冲型伺服电机控制 • 支持手轮和JOG功能 • 2/3轴线性插补功能 • 2轴圆弧插补功能 • • 连续插补功能 连续速度控制 Specifications 每轴4MPPS脉冲输出，范围+/-8，388，608 2MPPS连续插补输出，范围+/-8，388，608 脉冲输出值0 – 268，435，455 两种输出脉冲类型:加/减（CW/CCW）或者脉冲/方向（PULSE/DIR） 每轴 1 MHz编码器输入 两种编码器输入类型：A/B 相或者加/减（UP/DOWN（CW/CCW）） 功能及規格介紹-脉冲计数过程 A/B Phase、CW/CCW、Pulse/Direction A B CW CCW Pulse Dir. Count 1 2 3 4 5 6 5 4 3 2 1 功能及规格介绍--脉冲输出方式 脉冲输出方式 脉冲输出方式, 脉冲输出及方向 信号的电平有效状态 都可以设定 功能及规格介绍–编码器输入 脉冲输入方式 A/B pulse可以在做 x1,x2 及 x4 處理 A/B 正交脉冲 加/减脉冲方式（Up / Down） 功能及规格介绍–脉冲输出 脉冲输出命令 行进间 增加 定量输出 PTP 減少 连续输出 CMOVE 减速间 增加 功能及规格介绍-加减速控制 速度曲线 定速驱动 梯形加減速 S型加減速 功能及规格介绍 Linear Interpolation Axis Range : Any 2/ 3 of 4 axes : -8,388,608 and +8,388,607, (-223 ~ 223 -1 ) Linear error : +/- 0.5 LSB (Least Significant Bit) Speed range : 1 PPS to 4 MPPS Y 10 (20,9) 5 ±0.5LSB 0 5 10 15 20 X 功能及规格介绍–插补 圆弧插补 Y 轴数 : 4轴中的任意2轴 范围 插补误差 : -8,388,608 ~ +8,388,607, : +/- 1.0 LSB (Least Significant Bit) : 1 PPS to 4 MPPS. 速度 2 1 3 0 X 4 7 5 6 Solid line : radium Dash line : radium±1 功能及规格介绍–插补 线性插补 定义在插补中有最长的移动距离的轴为长轴，另外一个为短轴。长轴输出 一个均匀脉冲序列，而短轴的驱动脉冲依赖于长轴和两轴之间的关系。 功能及规格介绍–插补 圆弧插补 Short Axes in Circular Interpolation Calculation 功能及规格介绍 连续差补 A continuous uninterrupted motion can be maintained between circular, linear, and simple command move profiles. The maximum interpolation speed is 2 MHz. 4500 node5 Speed node6 A Continuous Moving A Non-continuous Moving node4 3000 node7 node3 1500 node8 node2 node1 (0,0) node1 node2 Time -1500 (0,0) X 4500 6000 功能及规格介绍 恒定速度控制 The PCI-1240 can set a 1.414 times pulse cycle for 2-axis simultaneous pulse output, and a 1.732-time pulse cycle for 3-axis simultaneous pulse output. Y v v v v 0.71v v v 0.71v v X 功能及规格介绍–外部驱动 连续脉冲驱动模式 (JOG) 定长脉冲驱动模式 (Hand Wheel) 功能及规格介绍 位置控制比较寄存器和软件限位设置 •包括邏輯位址計數與實 際位址計數兩種 •範圍(-2,147,483,648 ~ + 2,147,483,647.) 與Compare Regsister 搭 配使用成為軟體極限 (When D0 and D1bits of register WR2 are set to 1, it enables the software limit.) 功能及規格介紹 – 中断信号 •Interrupt Signals Start/End of consistent speed, End of driving, Trigger from compare register,etc. 每個中斷可以各別致能(Enable)或失能(Disable). 電源重置(Reboot)後, 所有上列中斷將Disable. 功能及規格介紹 – HOME 功能 •IN3 默认为Home Sensor的输入 •INDEX信号为编码器的Z相信号 内容： 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. PC-Based 运动控制系统概述 PCI-1240技术特性 PCI-1240的硬件安装和使用 1240的驱动安装和测试 采用VB， VC 编写运动控制程序 PCI-1240在MA的应用案例 研华的其他运动控制产品 卡片安装与信号连接—1 设备连接 LS HOME LS 卡片安装与信号连接 – 1 设备连接 PCI-1240 Command Driver IPC Limit Sensors Limit, Home Encoder Feeder Power Motor •DLL driver •Motion Utility 卡片安装与信号连接 – 2 板卡功能分区 Indicator Controller Output Pulse Type Board ID Opto-isolated Location of Jumpers and DIP switch Emergency Stop PCI-1240 功能图 OSC OSC CLK X Axis Interface 16MHz 16MHz Line drive Reset Buffer A3~A15 Address Address PCI BUS Photo coupler Decoder Decoder A0~A2 Write Read D0~D15 IRQ3~15 Data Databus bus buffer buffer IRQ IRQ buffer buffer MCX314 MCX314 Hi-speed Photo coupler +/- output pulse XOUT 7~4 +/- Limit XIN 3~1 Servo motor signals Jog input Encoder feedback YYAxis AxisInterface Interface ZZAxis AxisInterface Interface UUAxis AxisInterface Interface MCX314 Axis Interface Command External signal Command Command Operating Operating Section Section External External Operating Operating Section Section Accelerating Accelerating Decelerating Decelerating Generator Generator Action Action Managing Managing Section Section Pulse Pulse Generator Generator COMP+ COMP+ Register Register INT selector COMPCOMPRegister Register Speed Speed Generator Generator Interrupt Interrupt Generator Generator Pulse Output Logical Logical Position Position counter counter Real Real Position Position counter counter Input InputSignal Signal Managing Managing Section Section Encoder feedback Servo motor signal Limit input Emergency input OUT 0~3 Out Out0~3 0~3 selector Out Out4~7 4~7 To interpolation Section OUT 4~7 卡片安装与信号连接 – 3 脉冲输出控制连线 DRIVER HOST PC PCI/ISA BUS XP+P XP+N XP-P XP-N Cable Shield AGND Ground 對絞線 CW- CW+ 對絞線 CCW- LOAD/ SYSTEM CCW+ FG Pulse type Server / Stepping MOTOR GND Groung 卡片安装与信号连接 – 3 脉冲输出控制连线 Output to Motor Drivers in Differential Circuit 卡片安装与信号连接 – 3 脉冲输出控制连线 Why differential(差分傳輸) ? VCC X VCC1 隔離 X X X/ X/ Y + - twist 接收端 发送端 发送端 传输线中之信号 接收端 发送端將输入信号X转换成X及X/輸出 X X X/ Y 接收端將输入之X及X/比较后得Y 0 0 1 0 真值表如左图 1 1 0 1 以DIFFERENTIAL 方式传送可有效消除共 模干扰 卡片安装与信号连接 – 3 脉冲输出控制连线 為了消除共模雜訊 noise input signal A input signal A input signal A read signal A read signal A 卡片安装与信号连接 – 3 脉冲输出控制连线 Open Collector TTL Output 卡片安装与信号连接 – 3 脉冲输出控制连线 Output Pulse Type Setting – JP1~8 卡片安装与信号连接 – 4 Board ID Board ID Setting – SW1 卡片安装与信号连接 -- 5 EMG Setting – JP9 卡片安装与信号连接 -- 6 Signal Input ( nLMT+,nLMT-,nIN3~1) Notes : The response time of this circuit should take about 0.2 ~ 0.4 msec because of the delay of photo coupled and RC filter. 卡片安装与信号连接 – 7 数字量输入 •This signal must be supplied from the external source DC12 ~ 24V. •The response time of this circuit should take about 0.25 msec because of the delay of photo coupled and RC filter. •If PCI-1240 is driving pulses output, the output pulses will stop immediately when nALARM active. 卡片安装与信号连接 – 8 数字量输出 1. each output signal is OFF status after system reset. 2. sink current of each input is 200mA max. 3. Adding a diode is required when the load is a relay. 卡片安装与信号连接 – 9 编码器的输入 To approach high speed(1MHz) application, the PCI-1240 use high speed photo coupler for isolation. 卡片安装与信号连接 – 编码器的接 线方式 differential-output line driver the connection for open collector output encoder * 10 – 30DC input 卡片安装与信号连接 -1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 CN2 KR-5M CN1 Hand wheel and Jog 1 2 3 45 6 2.2K Y-Axis Limit+ Home Limit- DB15M 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 +24V GND DC 24V Limit+ X-Axis Home Limit- 2.2K 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 CN1 CN2 KR-5M DB15F 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 Brown / +24V 2 Red / GND 3 Orange / Phase A 4 Pink / Phase B 5 6 7 Light Green / Axis 1 8 Blue / Axis 2 9 10 11 12 13 14 15 16 Orange_White / GND 17 Orange_Black / Emergency 18 Pink_Black / GND 19 Yellow_Black / SW1 20 Green_White / SW2 21 Green_Black /SW Com. 22 23 24 25 connected to MINAS A series AC servo motor •The servo drive must be set in pulsecontrol drive mode •the type of pulse input is CW/CCW mode. Integrate a MA system How to make out motor driver type? – – – – – – – 这可以由马达驱动器(Motor Driver)上的标示得知. 例如 AC Servo or AC Stepping. 以目前市场上占有 率较高的品牌及机型, 其归纳如下 For Servo Motor: MITSUBISHI --- MELSERVO-J2-Super Series. PANASONIC --- MINAS-A Series YASKAWA --- ΣⅢ Series For Stepping Motor: ORIENTAL --- Integrate a MA system What is Pulse-type Servo Motor Driver? – – – – – 许多伺服电机支持多种控制模式, 以三菱J2为 例, 它就有支持下列三种 位置控制（Position control mode） 速度控制（Speed control mode） 转矩控制（Torque control mode） 當设定成”位置模式(Position control mode) 时, 就可以用CW/CCW或Pulse/Direction的 脉冲信号控制其正/反转. 内容： 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. PC-Based 运动控制系统概述 PCI-1240技术特性 PCI-1240的硬件安装和使用 1240的驱动安装和测试 采用VB， VC 编写运动控制程序 PCI-1240在MA的应用案例 研华的其他运动控制产品 驱动程序安装 驱动程序安装 •It has specific driver and is separated from the original DA&C device manager. •The latest version is V2.1.12.001 •It supports Win98/NT and Win2000 operation system. •LabVIEW driver is available in our web site for free download. Utility之操作 Utility之操作-概览 按下 开始Æ程序ÆAdvantech AutomationÆMotionÆPCI-1240ÆPCI1240 Utility后可以启动这个Utility. 画面以及主要功能如下图所示: Utility之操作-Board ID 操作步驟(Procedure): Step 1: 选取卡片按下 键盘后会出现所有已经安装的运动控制卡 点选一张卡片操作(只能单选). Utility之操作-Input Status Step 2: 检查I/O的状态 按下 确认I/O无误, 才能进行马达的运动. 当极限开关或者紧急停止开 关有信号输入时, PCI-1240将无法输出脉冲 A5090m.lib 如果所连接的电机为伺服电机,必 须先Servo On. 可以OUT6连接Servo On, 再启动 OUT6 Utility之操作-test STEP 3: 操作马达执行简单的运动测试. 按下 出現操作如下 Utility之操作-运动方式 运动方式包括单轴的回原点(Home), 连续运转(Continue Drive) 及 点对点运转(Point to Point Drive) 多轴间的线性差补(Line Profile Drive) 或圆弧差补( Arc Profile Drive). Utility之操作-参数设定 Step 4: 参数设定(Parameter Setting--Speed) 按下 用以调整 运动参数 (Group 1) Utility之操作-参数设定 参数设定(Parameter Setting—I/O) Set up the Input/Output pin Operation Mode(Group 2) How to use the utility? 参数设定(Parameter Setting — Home Function) Set the the Home type Within 4 phase How to use the utility? Step 5: 数据图表(Profile Monitor) Click Button to launch This tools as right Diagram How to use the utility? 数据图表(Profile Monitor) Velocity Monitor. 最好的助手 --- DLL Driver介紹 Visual C++ Console mode, MFC mode Visual Basic BC++ Builder Console mode, VCL mode 现场演示 内容： 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. PC-Based 运动控制系统概述 PCI-1240技术特性 PCI-1240的硬件安装和使用 1240的驱动安装和测试 采用VB，VC 编写运动控制程序 PCI-1240在MA的应用案例 研华的其他运动控制产品 例子程序 Visual C++ Console mode, MFC mode Visual Basic BC++ Builder Console mode, VCL mode LabView 组态王支持 例子程序- Console Mode P1240Arc - Demo program for X & Y-Axis arc interpolation function with center/end position parameter. P1240ArcTheta - Demo program for X & Y-Axis arc interpolation function with center/angle parameter. P1240Cmove - Demo program for X-Axis continuous moving function. P1240ContiDrive - Demo program for X & Y-Axis continuous interpolation function. P1240DI - Demo program for X-Axis digital input function. P1240DO - Demo program for X-Axis digital output function. P1240Ext - Demo program for X-Axis external mode (jog,handwheel). P1240Home - Demo program for return home function. P1240Irq - Demo program for checking event function. P1240Line - Demo program for X & Y-Axis linear interpolation function. P1240Ptp - Demo program for XYZU-Axis point to point function. 例子程序– Visual Basic / Visual C MFC / BCB VCL BasicDrive - Demo program for PCI-1240 basic motion control functions including 2-Axis linear/arc interpolation, continuous moving and point to point function. ContiDrive - Demo program for PCI-1240 continuous interpolation function combined with 2/3-Axis linear interpolation and 2-Axis arc interpolation. 例子程序– LabView BoardSelect.vi – select the boards PointToPoint.vi – test point to point function LineInterpolation – 2/3 line interpolation ArcInterpolation – 2-Axis arc interpolation ContiDrv -- Demo program for PCI-1240 continuous interpolation function combined with 2/3-Axis linear interpolation and 2-Axis arc interpolation. Home.vi – test the home function Point to Point P1240MotDevOpen P1240MotDevOpen Call CallParameter ParameterSetting Setting functions. functions. P1240MotPtp P1240MotPtp Or Or P1240MoveAbs P1240MoveAbs Or Or P1240MoveIns P1240MoveIns P1240MotDevClose P1240MotDevClose Linear Interpolation P1240MotDevOpen P1240MotDevOpen Call CallParameter ParameterSetting Setting functions. functions. P1240MotLine P1240MotLine P1240MotDevClose P1240MotDevClose Circle/Arc Interpolation P1240MotDevOpen P1240MotDevOpen Call CallParameter ParameterSetting Setting functions functions. . P1240MotArc P1240MotArc Or Or P1240MotArcTheta P1240MotArcTheta Or Or P1240MoveCircle P1240MoveCircle P1240MotDevClose P1240MotDevClose Continue Move P1240MotDevOpen P1240MotDevOpen Call CallParameter ParameterSetting Setting functions. functions. P1240MoveLineContinuous Or P1240MoveArcContinuous P1240MotDevClose P1240MotDevClose Example flow chart P1240MotDevOpen P1240MotDevOpen Call CallParameter ParameterSetting Setting functions functions. . Run Run 99time time P1240MotArcTheta P1240MotArcTheta P1240MotAxisBusy P1240MotAxisBusy Whether Whetherdo doagain? again? N P1240MotDevClose P1240MotDevClose Y 相对坐标和绝对坐标 内容： 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. PC-Based 运动控制系统概述 PCI-1240技术特性 PCI-1240的硬件安装和使用 1240的驱动安装和测试 采用VB， VC 编写运动控制程序 PCI-1240在MA的应用案例 研华的其他运动控制产品 应用案例-假肢制造 假肢接受控计算机辅助制 造系统 民政部假肢研究所和某大 学联合开发了假肢接受控 计算机辅助设计和制造系 统 主要功能：实现主轴、Y 轴进给、Z轴进给的联 动，自动控制加工过程， 以及保证加工的精确定位 及系统的综合保护 假肢制造 采用了国产的五相混合式步进机，并进行了动态及静态实验，在此基 础上合理地确定了电机的功率并选择了相应的驱动器 步进机的运动控制采用研华PLC-839/PCI-1240多功能运动控制卡，充 分利用了它的保护、定位功能及I/O接口，大大简化了系统的结构，提 高了系统的可靠性 控制系统以高性能的工控机AWS-8248为核心，通过控制研华PLC839/PCI-1240多功能运动控制卡，控制三个步进机的进给，采用软件 方式实现三轴联动 铣刀电机和风机由继电器直接控制，其故障信号通过光电隔离送到 PLC-839/PCI-1240的I/O口。 加工零点由高精度的光电传感器定位，其信号送到PLC-839的ORG端， 这样可以实现非计算机干预的精确定位。 内容： 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. PC-Based 运动控制系统概述 PCI-1240技术特性 PCI-1240的硬件安装和使用 1240的驱动安装和测试 采用VB,VC 编写运动控制程序 PCI-1240在MA的应用案例 研华的其他运动控制产品 PCI-1240U 功能及規格介紹 Features • 独立4轴电压型伺服电机控制 • 支持手轮和FOG功能 • 2/3轴线性插补功能 • 2/3轴圆弧插补功能 • • 连续插补功能 连续速度控制 Specifications 最大DDA指令：210-15脉冲 DDA周期 ：25us-3350ms可编程 DA转换器：4通道16位 三种输出脉冲类型:加/减、脉冲/方向、A/B相位 三种编码器输入类型：加/减、脉冲/方向、A/B相位 PCI-1241功能及規格介紹 Features • 独立4轴电压型伺服电机控制 • 支持手轮和FOG功能 • 2/3轴线性插补功能 • 2/3轴圆弧插补功能 • • 连续插补功能 连续速度控制 Specifications 最大DDA指令：210-15脉冲 DDA周期 ：25us-3350ms可编程 DA转换器：4通道16位 三种输出脉冲类型:加/减、脉冲/方向、A/B相位 三种编码器输入类型：加/减、脉冲/方向、A/B相位 PCI-1242 功能及規格介紹 Features • 4轴脉冲型步进电机控制卡 • 线性/螺旋插补功能 • 2/3轴圆弧插补功能 • 可编程T/S曲线加速/减速 • 异步/同步4轴电机控制 • 慢进功能 • 13个专用输入和5个专用输出 • 连续插补功能 Specifications 每轴4MPPS脉冲输出 3种输出脉冲类型:PULSE/DIR，CW/CCW，AB 5通道/ 2MHz编码器输入 3种编码器输入类型：A/B 相，PULSE/DIR， CW/CCW PCI-1243U - 4轴步进电机控制卡 Features • 独立4轴步进电机控制 • 400k脉冲输出速率 • • • 光隔离输出 T型，斜波加减速 1500Vrms系统隔离 Specifications • 输入范围5V-30V • 每轴5路用于行程开关的隔离数字量输入 • 最大16KPPS脉冲输出 PCI-1261 功能及規格介紹 Features • 6轴脉冲型步进电机控制卡 • 线性/螺旋插补功能 • 2/3轴圆弧插补功能 • 可编程T/S曲线加速/减速 • 异步/同步6轴电机控制 • 慢进功能 • 19个专用输入和7个专用输出 • 连续插补功能 Specifications 每轴1PPS-4MPPS脉冲输出 3种输出脉冲类型:PULSE/DIR，CW/CCW，AB 6通道/ 2MHz编码器输入 3种编码器输入类型：A/B 相，PULSE/DIR， CW/CCW PCL-839+-3轴步进电机控制卡 Features • 独立3轴步进电机控制 • 线性或圆弧插补功能 • • 光隔离输出 T型，斜波加减速 Specifications • 可直接访问卡上控制器的寄存器 • 每轴5路用于行程开关的隔离数字量输入 • 最大16KPPS脉冲输出 PCI-1784-4轴正交编码器和计数器卡 Features • • • • • • Specifications 多中断源选择 多锁存源选择 隔离DI输入 可选采样速率的4级数字滤波器 4个32位加/减计数器 单端或差分输入 卡上带宽范围时间选择器的8位定时器 每个编码器循环x1, x2, x4计数 脉冲/方向和加/减计数器 光隔离电压2,500 VDC PCL-833-3轴正交编码器和计数器卡 Features • 1.0MHz最大正交输入频率 • 2.4 MHz最大输入脉冲频率 • 24位计数器（可级联为48位） • 4级数字滤波器 • 光隔离2500 VRMS Specifications 多中断源选择 多锁存源选择 隔离DI输入 可选采样速率的4级数字滤波器 Your Lasting Partner for PC-based Motion Applications