倍福运动控制技术介绍解析课件.pptx

1、Drive Technology 6/8/2022 1自动化新技术BECKHOFF运动控制产品介绍运动控制产品介绍 IPC 嵌入式嵌入式PC 运动控制器运动控制器 -基于基于Windows XP 和和CE的的IPC EPC2运动控制系统基石运动控制系统基石-现场总线及现场总线及I/O3Drive Technology 6/8/2022 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适用于高动态定位任务的驱动系统Drive Technology 6/8/2022 5电机反

2、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、BiSS24 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功能特点Beckho

3、ff运动控制运动控制驱动解决方案驱动解决方案 AX50006Beckhoff伺服调试伺服调试-TcDriveManager7Drive Technology 6/8/2022 8功能特点功能特点”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

4、），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 xxDrive Technology 6/8/2022 9AM30 xx | 同步伺服电机同步伺服电机Drive Technology 6/8/2022 10AM308x | 电机达到电机达到 150NmDrive Technology 6/8/2022 11具备食品级涂装的具备食品级涂装的AM3000用于食品工业的用于食品工业的AM3000系列电机系列电机 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

5、小降低. 50 %)NEWAM30 xxDrive Technology 6/8/2022 12AL38xx | 直线伺服电机直线伺服电机Beckhoff支持的运动控制方式支持的运动控制方式DVI/USBEL2521/KL2521EL4132EL5101EL2521/KL2521EL7041/KL2541EM7004驱动驱动:伺服电机伺服电机(总线总线,模拟量模拟量,脉冲脉冲),步进电机步进电机(KL2531/41,EL7031/7041 K/EL2521)直流电机直流电机(KL2532/42, EL7332/7342)直线直线电机电机(AX5000/2000)液压液压轴轴13Beckhoff

6、运动控制应用运动控制应用脉冲量控制伺服系统脉冲量控制伺服系统1414KL2521模块模块伺服驱动器伺服驱动器伺服马达伺服马达编码器反馈电缆编码器反馈电缆动力电缆动力电缆CX1020 NC控制器控制器KL2521 脉冲输出模块脉冲输出模块 控制伺服电机方法控制伺服电机方法Beckhoff运动控制应用运动控制应用模拟量控制伺服系统模拟量控制伺服系统15EL5101模块模块伺服驱动器伺服驱动器伺服马达伺服马达动力电缆动力电缆CX1020 NCI控制器控制器CX1020 EL4132 模拟量模拟量控制伺服系统控制伺服系统EL4132模块模块+/-10vEM7004 4轴接口端子模块轴接口端子模块EM7

7、0042022-6-8 16Beckhoff运动控制运动控制驱动解决方案驱动解决方案 步进电机系统步进电机系统17Beckhoff运动控制运动控制驱动解决方案驱动解决方案 直流直流电机系统电机系统18KL2532KL2552Beckhoff运动控制运动控制 EL7201 EtherCAT 伺服电机驱动模块伺服电机驱动模块 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 VPower contact 0 VResolver Sin + (S2)Resolver

8、Cos + (S1)Motor phase UMotor phase WMotor brake +Load voltage 50 VLoad voltage 50 VResolver Exc. - (R2)Resolver Sin - (S4)Resolver Cos - (S3)Motor phase VMotor brake GNDLoad voltage GNDLoad voltage GND19一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运动控制运动控制 EL7201 EtherCAT 伺服电机驱动模块伺服电机驱动模块 50 V DC, 4

9、 A20Beckhoff运动控制运动控制驱动解决方案驱动解决方案 编码器编码器-SSI211 D+ SSI data input D+ 5 D- SSI data input D-4 CL+ Clock output CL+ 8 CL- Clock output CL-KL5051KL5001Beckhoff运动控制运动控制驱动解决方案驱动解决方案 编码器编码器-增量式编码器增量式编码器22KL5101Beckhoff运动控制运动控制驱动解决方案驱动解决方案 编码器编码器-增量式编码器增量式编码器23KL5111KL5121Beckhoff运动控制运动控制驱动解决方案驱动解决方案 编码器编码器

10、-增量式编码器增量式编码器24KL5151KL5152EL5151Windows 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/ONC服务器其它例如，凸轮等系统管理器ADSPLC控制诊断功能如示波器用户HMI用户HMIADSADSTCP/IP内核模式用户模式ADSADSOCX/DllOPCADSADSADSADSI/OI/OTwinCAT 系统实时服务器控制软件控制软件-TwinCAT Totol Windows Control Automation Technology25 PLC 任务任务 和和 NC 任务定时地以多任务多线程独立运行任

11、务定时地以多任务多线程独立运行 周期性地获取周期性地获取CPU的计算时间的计算时间Windows NT和和 HMI程序程序NC 服务服务PLC 服务服务在在PC 上上 一个一个 PLC 程序和程序和 NC 控制的实时运行控制的实时运行PLC 周期周期 (例如例如. 2ms)PLC 周期周期tt在在 PC 上运行上运行 PLC 和和 NCNC 周期周期 (例如例如. 1ms)NC 周期周期NC 周期周期NC 周期周期1ms2ms3ms4ms5ms例如例如.Beckhoff 运动控制系统机制运动控制系统机制26逻辑运算与逻辑运算与处理处理路径规划路径规划闭环控制闭环控制位置，速度位置，速度加速度控

12、制加速度控制通用插补通用插补同步，凸轮同步，凸轮飞剪等飞剪等PLCPLCNC INC INC PTPCNCTWINCAT PC ControlPLC/NC PTP/CNCNC PTPNC PTPBeckhoff 运动控制实现方式运动控制实现方式TwinCAT NC PTP，NCI，CNC728I/O, PLC, NC PTP, NCI/CNC高度高度集成在一个平台中集成在一个平台中实时性：实时性： 硬实时能力：周期最小至硬实时能力：周期最小至50微秒，以及微秒，以及 Beckhoff 拥有专利的拥有专利的 对对CPU利用率的动态调整利用率的动态调整XFC 100微秒的刷新周期（包含微秒的刷新周

13、期（包含100个伺服轴）个伺服轴） 基于基于 EtherCAT总线总线 几乎运行于任何一个几乎运行于任何一个PC 纯软件解决方案纯软件解决方案 (无需硬件扩展无需硬件扩展)Beckhoff运动控制概览运动控制概览29TwinCAT NC PTP 功能功能普通定位运动普通定位运动(Point to Point)电子齿轮同步电子齿轮同步数字凸轮开关数字凸轮开关凸轮轴凸轮轴运动叠加（合成）运动叠加（合成）飞剪飞剪TwinCAT NC I 功能功能 PropertiesTwinCAT NC IMax. number of controlled axesMax. number of simultaneo

14、usly interpolating per channel2553 path axes + 5 auxiliary axesPLC programmingIEC 61131-3NCI programmingDIN 66025 extensionSubroutine techniquesNCI function blocks from the PLCInterpolation functionsLinear, circular, helical interpolation in the main planesLook Ahead3031TwinCAT NCI 功能功能TwinCAT CNC 功

15、能功能PropertiesTwinCAT CNCMax. number of controlled axes/spindlesMax. number of controlled spindlesMax. number of independent channelsMax. number of simultaneously interpolating per channel64121232/6 path axes/spindlesPLC programmingIEC 61131-3CNC programmingDIN 66025 extensionHigh-level language exte

16、nsionsSubroutine techniquesUser macrosInterpolation functionsLinear, circular, helical interpolation in the main planes/freely definable planesLook AheadSpline interpolationThread functions32TwinCAT CNC 2022-6-8 33TwinCAT 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Path of tool centrep

17、ointPath ofrotation pointof rotatory axisXZ0N00 #KIN ID 1N10 #RTCP ONN20 G01 G18 X0 Y0 Z0 B90 F500N30 X-4N40 G02 X-20 I-40 B-90 F2000N50 .TwinCAT CNC 功能功能34 TwinCAT NC PTP-PLCopen 功能块概览功能块概览AdministrativeMotionSingleAxesMultipleAxesSingleAxesMultipleAxesNon-InterpolatedMoveAbsoluteInterpolatedMoveAd

18、ditiveMoveSuperImposedMoveContinuousMoveVelocityHomeStopPowerResetReadStatusReadAxisErrorReadParameterWriteParameterReadActualPositionPositionProfileVelocityProfileAccelerationProfileCamTableSelectCamInCamOutGearInGearOutMoveRelativePhasing35TwinCAT NC PTP- -PLCopen 功能块概览功能块概览MC_MoveSuperimposed MC_

19、MoveVelocityMC_VelocityProfileMC_AccelerationProfileDiscrete MotionContinuous MotionStandstillMC_Move AbsoluteMC_Move RelativeMC_MoveAdditiveMC_MoveSuperimposedMC_PositionProfileDoneMC_MoveAbsoluteMC_MoveRelativeMC_MoveSuperimposedMC_MoveAdditiveMC_PositionProfileMC_StopMC-StopMC_MoveVelocityMC_Velo

20、cityProfileMC_AccelerationProfileMC_MoveVelocityMC_VelocityProfileMC_AccelerationProfileMC_PowerMC_StopNote 1StoppingMC_MoveAbsolute; MC_ MoveRelativeMC_MoveAdditive; MC_PositionProfileDoneHomingDoneMC_HomeMC-StopNote 1:All FBs can be called, althoughthey will not be executed, except MC_Reset and Er

21、ror will generate the transition to StandStill or ErrorStop resp. Root: Task Force Motion Control presentation Version Febr2002. (www.plcopen.org)3637TwinCATTwinCAT NC PTP- -PLCopenPLCopen 功能块概览功能块概览38TwinCAT NC PTP- -电子齿轮同步电子齿轮同步 线性同步线性同步 耦合之后耦合之后: 从轴从轴 set position = coupling factor*主轴主轴 set posit

22、ion 可以动态修改齿轮比可以动态修改齿轮比 使用标准的功能块，简单方便使用标准的功能块，简单方便TwinCAT电子齿轮同步电子齿轮同步龙门钻床龙门钻床3940TwinCAT运动控制凸轮同步运动控制凸轮同步Camming 主从轴之间非线性耦合主从轴之间非线性耦合 凸轮设计遵循凸轮设计遵循 VDI guideline 2143 凸轮设计工具凸轮设计工具 TwinCAT cam design editor 41TwinCAT NC PTP-凸轮设计工具凸轮设计工具 PositionVelocity Acceleration42TwinCAT NC PTP-凸轮凸轮功能块功能块43The posit

23、ion values of a slave depending on a master value are interpolatedin the NCOnly segment points needed. The intermediate points are calculateddepending on the actual function in the NC PositiontableMotion FunctionTwinCAT NC PTP凸轮设计工具凸轮设计工具 数据表数据表动态修改动态修改44TwinCAT NC PTP : 飞剪飞剪TwinCAT NC PTP : 飞剪功能块飞剪

24、功能块45TwinCAT系统管理器系统管理器运动控制调试配置工具运动控制调试配置工具46Beckhoff运动控制运动控制软件示波器软件示波器47机器人软件包机器人软件包TwinCAT 6/8/2022 48 每个CPU的许可 需要预装需要预装TwinCAT NC I x86兼容PC机器人软件包机器人软件包TwinCATTwinCAT 中集成的机器人软件包提供下列性能：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

25、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。 6/8/2022 49支持的运动学模型支持的运动学模型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 6/8/2022 50 系统管理器中的配置TwinCAT Motion Control: Kinematic Transformation例子例子: Delta变换变换 6/8/2022 51运动轨迹编程运动轨迹编程TwinCAT 运动轨迹编程可以由下列方式实现 PTP 点对点 Cam Pl

26、ate 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 6/8/2022 52运动路径的计算运动路径的计算TwinCAT 前向运动转换 反向运动转换 动力学模型的计算 6/8/2022 53TwinCAT 机器人软件包的分级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

27、间的变换，如Delta机器人 6/8/2022 54BK1120KL2542, 3.5A/50 V直流电机KL2541, 5A/50 V步进电机CP6619KL4434, KL5101伺服电机Beckhoff运动控制应用运动控制应用金属焊接系统金属焊接系统55Beckhoff运动控制应用运动控制应用轿车车门焊接设备轿车车门焊接设备Automotive DoorControl system CP6201 NC PTP run-time EK1100 EL2521 TwinCAT HMI 56EK1100EL2521CP6201EL2521EL6731/Profibus masterEtherCA

28、TBeckhoff运动控制应用运动控制应用轿车车门焊接设备轿车车门焊接设备57Beckhoff运动控制应用运动控制应用-立体仓库立体仓库58 Cam tables MC_CamTableSelect MC_CamIn product detection MC_TouchProbe Cam table adjustment on the fly MC_CamScaling MC_WriteMotionFunctionBeckhoff运动控制运动控制应用应用-矽钢片曲线开料机矽钢片曲线开料机59Beckhoff运动控制运动控制系统应用系统应用机器人机器人 C6350 Windows XP Twin

29、CAT NCI ETHERCAT EL4132/5101 Visual C+ Camming Gearing60 CX1020+AX5000+Heidolph motor Cam tables MC_CamTableSelect MC_CamIn product detection MC_TouchProbe Cam table adjustment on the fly MC_CamScaling MC_WriteMotionFunctionBeckhoff运动控制运动控制系统应用系统应用前沿送纸机器前沿送纸机器 Drive Technology 6/8/2022 62叠加运动指令该指令主要

30、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 6/8/

31、2022 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64TwinCAT NC PTP- -电子齿轮同步电子齿轮同步 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

32、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.ABRatioB : A2:1FeedProcessedTwinCAT NC PTP : 动态捕捉功能块动态捕捉功能块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

33、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.应用应用9色凹版印刷机色凹版印刷机Drive Technology 6/8/2022 66TwinCAT运动控制运动控制: 自动收放卷自动收放卷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运动控制运动控制: Dancer68Dancer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.应用应用张力控制张力控制Drive Technology 6/8/2022 69Beckhoff运动控制运动控制系统应用系统应用 木工加工设备木工加工设备-NCI 70Beckhoff运动控制运动控制系统应用系统应用-CNC加工中心加工中心71Beckhoff运动控制系统运动控制系统 感谢大家的时间与耐心！感谢大家的时间与耐心！