PMAC多轴运动控制卡学习(硬件)
更新时间:2023-05-03 20:37:01 阅读量: 实用文档 文档下载
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PMAC控制卡学习(硬件)
第一章PMAC简介
PMAC的含义和特点
1.PMAC的含义:
PMAC是program multiple axis controller 可编程的多轴运动控制卡。
的特点:
PMAC卡是美国Delta Tau公司九十年代推出的多功能运动控制器,能够提供运动轴控制,PLC控制和数据采集等多种功能。
PMAC的分类及区别
PMAC的分类
1. PMAC卡按控制电机的来分:有1型卡和2型卡。1型卡控制信号为±10V 模拟量,主要用速度方式控制伺服电。2型卡输出PWM数字量信号,可直接变为PULSE+DIR信号,来控制步进电机和位置控制方式的伺服电机。
2. PMAC卡按控制轴数来分:有2轴卡(MINI PMAC PCI),4轴卡(PMAC PCI Lite,PMAC2 PCI Lite,PMAC2A-PC/104及Clipper),8轴卡:(PMAC-PCI,PMAC2-PCI,PMAC2A-PC/104及Clipper),32轴卡:(TURBO PMAC和TURBO PMAC2)。
3. PMAC卡按通讯总线形式分:有ISA总线,PCI总线,PCI04总线,网口和VME总线。PMAC各种轴数的1型和2型卡,都有上述的计算机总线方式供选择。PMAC除上述形式外,还可以提供集成的系统级产品.有:UMAC,IMAC400,IMAC800 ,IMAC flexADVANTAGE400 ,ADVANTAGE900等。
PMAC 1型卡与2型卡的主要区别
PMAC 1 PMAC2 CPU时钟(缺省)20MHZ 40MHZ
控制信号形式DAC模拟量PWM数字量
双端口RAM选项只有8轴卡不在板在板
在板I/O点数16IN 16OUT 32IN/OUT +8IN 8 OUT
常用接线板ACC8D ACCP ACC8F ACC8S ACC8E 第二章Turbo PMAC Clipper控制器硬件配置Turbo PMAC Clipper控制器简介
Turbo PMAC Clipper控制器(Turbo PMAC2 Eth-Lite) 是一款具备全部Turbo PMAC 特征的,用于对成本极端敏感的应用的多轴运动控制器。这种功能强大的,但是又同时具备结构紧凑和超高性价比优点的多轴运动控制器,标准版本即带有Ethernet 以太网和 RS232 通讯接口以及内置 I/O。 Clipper 控制器不仅采用了一颗完整的Turbo PMAC2-CPU 而且提供了一个四轴伺服或步进控制加32个数字I/O 点的最小配置,控制轴数和I/O还可以扩展。
Turbo PMAC Clipper硬件配置
Turbo PMAC Clipper硬件标准配置为:
●电路板尺寸是110mm×220mm;
●80 MHz DSP56303 Turbo PMAC CPU(CPU时钟频率为80MHZ);
●256k x 24用户SRAM(即静态随机存储器,是一种具有静止存取功能的,不需
要刷新电路即能保存它内部存储的数据。存储容量为256K,地址线有24条。);
●1M x 8 flash mermory用于备份及固件存储;(闪存是一种非易失性,即断
电数据也不会丢失。内存为1M,8条I/O接口。);
●RS-232串行接口;(上的之一,通常 RS-232 接口以9个(DB-9)的型态出现,
一般个人上会有两组 RS-232 接口,分别称为 COM1 和 COM2。);
●100 Mbps以太网接口;(传输速率100Mbps=100/8=s)
●480 Mbps USB 接口;
●4通道轴接口电路,每个通道包含:
?在板模拟量±10V(12位)输出(输出的量为模拟量即为“模拟量输出”。
最常用的地方是电子技术领域,比如DA转换输出的即为模拟电流/(连
续变化的电流/电压),模拟整流电路输出的也是模拟量。);
?在板脉冲加方向数字输出;
?3通道差分/单端编码器信号输入(差分信号:差分传输在两根线上都传输信号,这两个信号的相等,相反。差分信号传输的是两根信号之间的
电平差。单端信号是在一跟导线上传输的与地之间的电平差。);
?5个标志信号输入(限位,回零,报警等),2个标志信号输出;
●UVW TTL-level霍尔传感器输入(霍尔效应是的一种,当垂直于外磁场通
过导体时,在导体的平行于和电流方向的两个端面之间会出现,这一现象就是霍尔效应。这个电势差也被称为霍尔电势差。霍尔是根据霍尔效应制作的一种磁场,用途有:检测磁场或磁特性,位移测量,力测量,角速度测量,线速度测量等。TTL(TTL-level)是一种采用规定表示的数据信号,TTL的电源工作电压是5V,所以TTL的电平是根据电源电压5V来定的,+5V等价于逻辑“1”,0V等价于逻辑“0”,这被称做TTL(晶体管-晶体管逻辑电平)信号系统,这是控制的设备内部各部分之间通信的标准技术。)。●50针IDC接头的放大器/编码器接口(IDC即Internet Data Center,即是基
于网络,为集中式收集、存储、处理和发送数据的设备提供运行维护的设施基地并提供相关的服务。IDC提供的主要业务包括域名注册查询主机托管(机位、机架、机房出租)、资源出租(如业务、服务)、系统维护(系统配置、数据备份、故障排除服务)、管理服务(如带宽管理、流量分析、负载均衡、入侵检测、系统漏洞诊断),以及其他支撑、运行服务等。)
IDC接头
●34针IDC接头的标志位接口;
●4针Molex供电接口(5V, ±12V(±12V仅为模拟量输入或输出时使用), GND);
Molex接头
●PID/陷波/前馈控制算法(PID控制算法是将偏差的比例(P)、积分(I)和
微分(D)通过线性组合构成,对被控对象进行控制。PID控制器(亦称PID 调节器)是应用最为广泛的一种自动控制器。陷波,是电力电子装置在正常工作情况下,交流输入电流从一相切换到另一相时产生的周期性电压扰动。
陷波器是利用压电效应制成的带阻滤波器,它的作用是阻止或滤掉信号中有害分量对电路的影响。前馈控制指通过观察情况、收集整理信息、掌握规律、预测趋势,正确预计未来可能出现的问题,提前采取措施,将可能发生的偏差消除在萌芽状态中,为避免在未来不同发展阶段可能出现的问题而事先采取的措施,是在企业生产经营活动开始之前进行的控制,是一种开环控制。);
●32个通用TTL电平I/O点(方向可控):
?16位复用端口,支持Delta Tau的I/O附件(系统在复用端口上进行通讯,只对输入的信息进行字符匹配,不对网络数据进行任何拦截、复制类操
作,所以对网络数据的传输性能丝毫不受影响。);
?16位Opto端口,支持Opto-22类型设备(OPTO22是PAC产品之一,由美国opto22公司生产制作,目前全球唯一提供终身保用承诺的工控产品。)。
●2路手轮端口,每路包含:
?正交编码器输入;
?脉冲(PFM或PWM)输出(开关电源的控制技术主要有三种:(1)脉冲宽度调制(PWM);(2)脉冲频率调制(PFM);(3)脉冲宽度频率调制(PWM-PFM)。
脉宽宽度调制式(PWM)开关型稳压电路是在控制电路输出频率不变的情况下,通过电压反馈调整其占空比,从而达到稳定输出电压的目的。PFM:(Pulsefrequencymodulation)脉冲频率调制是一种脉冲调制技术,调制信号的频率随输入信号幅值而变化,其占空比不变。由于调制信号通常为频率变化的方波信号,因此,PFM也叫做方波FM)。
Turbo PMAC Clipper控制器可选附件
轴接口板
●ACC-1P- 4 通道轴扩展接口板,反馈和I/O扩展接口板;
●ACC-8ES- 4 通道模拟量输出接口板;
●ACC-8FS- 4 通道数字PWM输出接口板。
(接口板主要用途:1.通过并口线与电脑并口连接,输出部分电机驱动器连接,即可用电脑直接控制电机的运动,支持MACH、KCAM等软件2. 有功率输出接口,且每个功率输出都可以分别用不同的电压控制,最高控制电压100V。其中主轴并口为PWM调速控制,可在MACH3软件中实现调速控制,继电器控制并口可接MACH3软件中控制开关;2.有限位和急停接口,简单的连接两根线就可以实现限位和急停功能,并且限位和急停接口都有光耦与并口隔离。)
反馈接口板
●ACC-1P- 4 通道轴扩展接口板,反馈和I/O扩展接口板;
●ACC-51S- x4096高分辨率正弦编码器细分板;
●ACC-8TS- ACC-28B附件的高分辨率模拟量输入扩展接口板。
数字I/O接口板
●ACC-1P- 4 通道轴扩展接口板,反馈和I/O扩展接口板;
第三章Turbo PMAC Clipper设备连接
一般的,用户使用带端接模块的扁平电缆与Clipper进行连接,建议使用下列接线端子:
●34针IDC接头(Phoenix产品编号2281063)Delta Tau产品编号
100-FLKM34-000
●50针IDC接头(Phoenix产品编号2281089)Delta Tau产品编号
100-FLKM50-000
板卡安装
Clipper一般作为独立板卡控制器使用,在电路板的四个角和板的边缘均有安装孔。 ACC-1P或其他附件卡在Clipper电路板的叠放次序与使用无太大关系。
控制卡供电
数字电源供电
C lipper电路板与其他附件卡正常工作状态下均需要1A@5V直流供电,然而Clipper电路板的浪涌电流可能达到3A,所以建议使用6A@5V供电电源。+5V及参考地应接到TB1端子,使用18AWG标准线缆。
DAC(数字/模拟转换)输出电路供电
@ +12 到 +15V
@ -12 到 -15V (8通道配置)
DAC的±12V电源以及参考地可以由TB1端子引入,也可以从JMACH1接头引入。
标志位供电
Clipper每个通道均有5个专用的数字输入点,这些点可以在设备接口上找到,分别名为:PLIMn, MLIMn (正、负行程限位), HOMEn (回零标志), FAULTn (放大器故障), 以及USERn(用户输入)。这些点对应的输入电路可以使用5 ~24V电源供电,电源及参考地同样可以引自TB1端子或JMACH1接头。
限位及回零开关
当这些输入点用作其原有的限位及回零功能时,会提供安全的精确硬件触发。PLIMn和MLIMn 是基于方向的限位控制,输入导通时才会允许电机运行。如果未接入限位开关,要想使电机运行,必须通过设置Ix24变量以禁用限位功能。
限位类型
PMAC限位须使用常闭且连接到低电平的连接方式,以免无故处于限位状态。这样的设置会提供一个故障安全条件,通常会使用一个被动的常闭开关。如果需使用接近开关,则应使用5到24V对地常闭的NPN sinking型开关。
回零开关
与必须是常闭且连接到低电平的限位开关不同,回零开关可以使用常开或常闭开关,极性设定通过设置I7mn2进行选择。
电机信号连接
增量式编码器连接
每一个JMACH1接头均会提供2路+5V输出和2个参考地,用于对编码器或其他设备供电。+5V输出位于第1、2两针,参考地位于第3、4两针。编码器信号针脚按编码器的顺序分组,例如:1号信号组(CHA1+,CHA1-,CHB1+,CHC1+等等)隶属于1号编码器。编码器号码通常与电机号码匹配,但这并非必须将编码器的A、B (正交)信号连接到对应的接头,对于编码器1,CHA1+位于第5针, CHB1+位于第9针。如果编码器的信号为单端信号,只需将额外的引脚悬空即可—不可接地。但是如果使用单端信号编码器,需要检查电阻设置,对于差分编码器,将对应负信号接到端子上—CHA1-接到第7脚,CHB1-接到第11脚,第三个通道(索引脉冲)为可选,对于编码器1,CHC1+应接到第 13脚,CHC1-接到第15脚。
连接示例:差分正交编码器接入1号编码器通道:
DAC 输出信号
如果PMAC不负责电机换相,则仅需要输出一路模拟量指令来控制电机。该路模拟量可以是单端或差分信号,这取决于所用的驱动器。如果1通道使用单端指令,需将DAC1+(第29脚)接到驱动器的指令输入端口,将电机的指令信号返回线接到PMAC的GND(第48脚),在这样的设置中,DAC1-保持悬空,不要接地。
如果1通道使用差分指令,须将DAC1+(第29脚)接到驱动器指令输入的正端,将DAC1-(第31 脚)接到指令输入的负端,PMAC的GND仍然接到驱动器的公共端。模拟量输出在不使用其原有伺服功能时,均可作为通用模拟量输出使用,只需使M 变量指向输出寄存器,并向对应的M变量中写入数值,PMAC即会输出对应的模拟量。模拟量输出只能驱动一个高输入阻抗且无显着电流损耗(最高10mA)的电路,因为虽然220 输出电阻会使电流损耗小于50mA,以避免对输出电路造成损害,但超过10mA的电流损耗仍会导致信号失真。例如:
脉冲&方向(步进)驱动
Clipper或Acc-1P电路板可输出脉冲&方向信号,可以控制步进驱动器或混合式驱动器,脉冲信号为TTL电平。
放大器使能信号(AENAn/DIRn)
大多数驱动器具有使能/禁用信号输入接口,允许控制器在需要时完全禁止驱动器输出,PMAC 的AENA引脚便对应此功能。AENA1位于第33脚,信号为OC门输出,可使用外部上拉电阻。
放大器错误信号(FAULT-)
PMAC可以接收驱动器的错误报警信号以便知晓驱动器工作是否正常,是否需要切断输入及使能。报警信号极性可以通过Ixx24变量进行设置。FAULT-位于第35脚,默认设置下,该信号在错误状态下将会下拉以报错,这样的设置下,如果没有连接错误信号,PMAC会认为电机未处于报警状态。
可选模拟量输入
可选的模拟量输入可以通过在基板上增加Option12或在Acc-1P上增加Option2来实现,每个选项可提供两路12位模拟量输入(范围-10V~+10V)和1路12位滤波PWM模拟量输出。
位置比较输出
位置比较(EQU)输出可在编码器到达预定位置时产生一个信号沿,这在搜索和测量应用时非常有效,具体使用方法在PMAC2用户手册中有详细介绍。
串行接口(JRS232)
如果要使用串行通讯,需要将当前Clipper的J2串行通讯口与PC的COM口使用线缆连接。Delta Tau提供了Acc-3L线缆可以连接PMAC和DB-9接口的串口。在特定的应用中,可能需要标准的DB-9 转DB-25或DB-25转DB-9转接器。
设备连接示例
1.设备连接示例:使用±10V 模拟量放大器
2.设备连接示例:使用脉冲&方向驱动器
接口及指示灯定义
●J2 -串行接口(JRS232)
该接口可以使PMAC与上位机通过RS-232端口进行通讯,Delta Tau提供了Acc-3L电缆将PMAC接口转为DB-9端子。
针母头扁平电缆接口T&B Ansley P/N 609-1041。
2.标准10线扁平电缆T&B Ansley P/N 171-10。
●J3 -设备接口(JMACH1)
JMACH1为主要的设备接口,在PMAC上标志为J3。JMACH1包含了四个通道的设备I/O:模拟量输出、增量式编码器输入、放大器错误及使能信号以及供电接口。
针母头扁平电缆接口T&B Ansley P/N 609-5041
2.标准50线扁平电缆T&B Ansley P/N 171-50
端子型号FLKM 50 (公头) P/N 22 81 08 9
●J4 -设备接口(JMACH2)
该设备接口在PMAC上的标识为JMACH2或J4。包含4个通道的设备I/O:限位输入标志、回零标志、脉冲加方向输出信号,另外B_WDO输出允许显示看门狗的状态。
针母头扁平电缆连接T&B Ansley P/N 609-3441
2.标准34线扁平电缆T&B Ansley P/N 171-34
端子型号FLKM 34 (male pins) P/N 22 81 06 3
●J7 -设备接口(JMACH3)
该设备接口在PMAC上的标号为JMACH3或J7,包含了4个通道用于霍尔器件换相的U,V,W标志。
针母头扁平电缆连接Delta Tau P/N 014-R00F14-0K0, T&B Ansley P/N 609-1441
2.标准14线扁平电缆171-14 T&B Ansley
端子型号FLKM14 (male pins) P/N 22 81 02 1
●J8 -多功能复用端口(JTHW)
位于JTHW接口的复用端口含有8个输入线及8个输出线,输出线可用于扩展大量的输入和输出点, Delta Tau提供了附件板卡及软件设置(特殊的M变量定义)以实现此特性。可通过级联接法扩展多达 32块复用I/O板。
针母头扁平电缆连接T&B Ansley P/N 609-2641
2.标准26线扁平电缆T&B Ansley P/N
端子型号FLKM 26 (公头) P/N 22 81 05 0
●J9 -通用数字输入输出端口(JOPT)
Acc-1P的JOPT端口提供了8个通用数字输入和8个通用数字输出。每个输入和输出有其对应的参考地,34针接头支持OPTO-22或等效的光隔I/O模块。
针母头扁平电缆连接T&B Ansley P/N 609-3441
2.标准34线扁平电缆T&B Ansley P/N 171-34
端子型号FLKM 34 (male pins) P/N 22 81 06 3
●J10 -手轮及脉冲&方向接口(JHW/PD)
该端口在PMAC上的标号为JHW/PD或J10,提供了来自DSPGate2的2路正交编码器输入及脉冲输出(PFM或PWM)对。
针母头扁平电缆连接T&B Ansley P/N 609-2641
2.标准26线扁平电缆T&B Ansley P/N
端子型号FLKM 26 (公头) P/N 22 81 05 0
●J13 -USB 通讯接口
该端口提供了USB通讯接口,详情参考设备连接章节。
●J14 -以太网通讯接口
该端口提供了以太网接口,详情参考设备连接章节。
●TB1 -供电接口(JPWR)
该端口为供电接口
●LED 指示灯
D3:双色LED,当LED为绿色时表示电源供应正常,当LED为红色时,表示触发了看门狗定时器。
跳线定义
注:跳线是用于上两需求点的金属设备,用于。对于电路板设计中提及到的跳线,指短距离的连接线,类似于。在PCB设计时,无法通过PCB布线使得需要连通的两点通过PCB铜箔连接,或PCB铜箔连接无法达到电气参数要求,或PCB已生产出来后上的缺陷需要弥补而采用含有绝缘层的导线。
●E0:强制复位控制—在正常使用中应去掉E0,跳上E0会使PMAC处于强制复位状态,该操作仅用于恢复出厂设置时使用,E0跳上时PMAC处于不可操作状态。
●E1和E2:串口选择(仅适用于102或更低版本)—这些跳线会为串行接口选择CPU,可选主PMAC CPU或是以太网CPU(更改IP地址)。E1和E2必须使用相同的设置。
?1-2 选择主CPU
?2-3 选择以太网CPU
●E3:硬件复位控制—如果E3处移除状态(默认),PMAC会执行正常复位,将最近保存在flash 存储中的数据加载到随机存储器中,如果E3处于跳上状态,PMAC会在复位时执行初始化,将出厂设置加载到随机存储器中。
●E4:禁用看门狗定时器—在正常使用中,E4必须处于断开状态,以保证看门狗定时器执行,这是一个重要的安全特性。可以在需要时短接E4来禁用看门狗,以针对性的解决问题。
●E5:仅用于厂家设置:
?102或更高版本—在正常使用时必须移除E5。
?101或更低版本—在正常使用时应将E5的1,2针跳上。
●E6:ADC使能—跳上E6可以使能Option12的模数转换电路,去掉跳线会禁用此功能,这在同时有带电流反馈的数字驱动器和Option12时是必要的。
●E8:USB/以太网写保护—跳上E8才可以更改IP地址。
●E10-E12:上电状态—E10必须为OFF,E11、E12必须为ON,这样上电或复位时CPU才会从FLSAH 中读取固件。在正常操作中这样的设置是必须的(其他设置仅供厂家使用)。
●E13:固件加载—如果在上电/复位时E13是跳上的,Clipper会以引导模式启动,将固件加载到 Flash存储芯片中。当PMAC上位机程序以此模式建立与板的通讯,他会自动检测到Clipper处于引导模式并让用户选择作为新固件下载的文件。E13在正常上电和复位时必须是关闭的。
●E14-E17:端口方向控制—这些跳线可选择JTHW和JOPT端口的I/O点方向。可以使用这些跳线将这些点都设为输入,或输出,也可以设为一半输入,一半输出。具体见下图:
注:如果将E14移除,或将E15跳上,那么在JTHW的复用功能将不再可用。Turbo PMAC Clipper端口布置及控制结构图
Turbo PMAC Clipper各端口3D布置图
Turbo PMAC Clipper各端口平面布置图
3PSS/S样机控制系统结构图
附件
1.接口各针脚定义
2. 电路板尺寸及孔位置
图示为REV-10 3与R EV -I0 4
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