chapt5專家模塊講解

1、第五章專家模塊隨著PC應(yīng)用范圍的擴大，各制造廠家在提高PC主機性能的同時，還開發(fā)了各種專門用途的I/O模塊，即專家模塊或智能模塊，以滿足各種工業(yè)控制的需要。這些模塊包括：高 速計數(shù)器模塊、定位控制模塊、多處理器模塊、I/O處理器模塊、PID模塊、網(wǎng)絡(luò)模塊、PC與計算機通信模塊、中斷控制模塊、BASIC模塊、語音輸出模塊等。本章就以B&R 2000系列PCC為例來介紹一些專家模塊。§ 5-1計數(shù)模塊一、 概述以NC150為例介紹計數(shù)模塊(Counter Module )。模塊外型圖如下圖所示。圖5-1NC150計數(shù)模塊主要適用于定位任務(wù)。其主要應(yīng)用領(lǐng)域是單軸或雙軸控制器，距離和

2、 位置的計算與測量。其主要特點是： 計數(shù)頻率最大400KHz 計數(shù)寬度32位； 兩個模擬量輸出通道(10V, 12位轉(zhuǎn)換精度，)提供給伺服控制器。技術(shù)參數(shù)信號編碼連接兩個9芯D型母接頭編碼輸入對稱或非對稱編碼電源外部5-30V模塊工作范圍5V40mA30V120mA輸入濾波可由軟件設(shè)定兩種小同的頻率輸入頻率短濾波周期最大100KHZr長濾波周期20KHZ計數(shù)器頻率最大400KHz （4倍測量）計數(shù)通道A和B間的相位差90 ±45技計數(shù)器計數(shù)寬度32位:操彳乍方式遞增（4, 2, 1倍計算）升/降計數(shù)模擬量輸出2路電壓輸出輸出電壓-10V - +10V轉(zhuǎn)換位數(shù)12位測量精度20 C&#

3、177;0.5%0-60 C±1.0%功率損耗5W電氣隔離:輸入與PCC有輸入與輸入無輸出與PCC有輸出與輸出無輸入與輸出有1）可由軟件設(shè)定。三、狀態(tài)指示燈如圖5-2所示。圖5-2UPDOWNREFGND OFFSET上升計數(shù)下降計數(shù)計數(shù)器為參考輸入模擬量輸出的電流偏移量可能會大于15mA四、接口如圖5-3所示。圖5-3NC150的模塊門后面有兩個 9針D型（F）接頭和一個8芯端子排。編碼器1接頭為9針D型（F）接頭； 編碼器2接頭為9針D型（F）接頭；8芯端子模塊用來連接外部編碼器電源和兩路模擬量輸出。L外部編碼器電源/模擬量輸出針定義1+AO12-AO13屏敝4+AO25-AO2

4、6屏敝7+外部編碼器電源8外部編碼器電源GND2.輸出電路圖圖5-43.計數(shù)器輸入微分信號和單調(diào)遞增信號都可以連接在計數(shù)器輸入端上。當(dāng)連接編碼器時反向輸入信號A , B和Z接在觸發(fā)電平端（第 9針）。計數(shù)器1/計數(shù)器29芯D型接頭（F）針定義1+編碼器電源2計數(shù)器輸入A3計數(shù)器輸入B4參考脈沖Z5編碼器電源GND6計數(shù)器輸入A7計數(shù)器輸入B8參考脈沖Z9觸發(fā)電平4.輸入電路圖當(dāng)編碼器輸出為集電極開路時，必須要加入上拉電阻（Rp）。通常上拉電阻不用于速度處理?；居嫈?shù)方向基本計數(shù)方向有正向和負向，可由軟件設(shè)定。計數(shù)方向只影響運行模式。 下面是一個定位運行模式的例子：LrLTL_n_rCtltlt

5、ttttATWeCoMi* toinHMHUCourta OKunmngCMuT CojtAtq CTKton圖5-6參考脈沖Z的估算獨立于計數(shù)方向?？偸且?Z的下降沿作為參考。六、計數(shù)器運行模式1.定位在這種運行模式中，編碼器提供兩個方波信號( 兩個信號相位相差 90°,這可用來確定計數(shù)器方向。A和B),兩者之間有一定的時間差。卜面是幾種可能的定位運行模式：124-Folder Evaluation1-Folder Evaluation, PositiveAflWMi FkHBttCJnn2rrLTLTL“_TLTLTL .TLTLTLHcwam! RouitcwJmrUTL2-F

6、older EvaluationHnurw Haloitan"TLTLTL TLTLTLne e e1-Folder Evaluation, NegativeRnurw HolAlkinTbw第卑等母用 日呂 SS36Tbrei學(xué) 等 等1093圖5-71 ） +計數(shù)上升;計數(shù)下降;2）圖中指的是正計數(shù)方向，對于負的計數(shù)方向，顛倒2 .升/降計數(shù)1） 2號通道升/降計數(shù)器計A通道上升（下降）沿時, 時計數(shù)下降。計數(shù)上升；計通道 B的上升（下降）_n.中白 白 白感a）. 2通道正沿圖5-82） 1號通道升/降計數(shù)器計通道 A的上升（下降） （計數(shù)方向：1 一上升；0 一下降）沿,而計

7、數(shù)升或降取決于通道B的狀態(tài)-rm_rL_rLrLrL_rS '' IA_rLrL_rL_rLrL_rL_rB-I ；TWimeb）. 1通道負沿a）. 1通道正沿圖5-9§ 5-2定位模塊概述以B&R 2005系列的NC154模塊為例來介紹定位模塊。模塊外型圖如下圖所示。圖 5-10軸控制器NC154是用于坐標定位的模塊，其特點是: 增量連接和獨立編碼 內(nèi)含變壓器提供編碼器電源 具有監(jiān)控功能 每維均有一路伺服輸出（10V, 12位） 每維均有5個數(shù)字量輸入，1個數(shù)字量輸出NC154在三維傳動系統(tǒng)操作中有以下功能：,編碼輸入 伺服輸出（土 10V, 12位） 閉

8、環(huán)定位控制器（數(shù)字采樣控制器）,末端和基準參考開關(guān)輸入 輸入“控制器準備” 輸出“使能控制器”另外，在實際定位測量系統(tǒng)中，三種快速觸發(fā)輸入均提供鎖存。1 .定位軟件在軸控制器內(nèi)，坐標控制軟件固化在FlashPROM上。軟件可以上載和下載。因此，在需要時，定位系統(tǒng)軟件可以擦除修改。2 .閉環(huán)控制器NC154定位模塊中包含一個無延遲的PI閉環(huán)控制邏輯。這種算法保證路徑的精確性和安全性。3 .定位類型NC154為用戶提供幾種不同類型的定位模式：1）在線定位在任何采樣點都可以改變運動的狀態(tài)（位置、速度和加速度）。2）電氣傳動設(shè)定一個或多個傳動坐標與參考坐標有一定的關(guān)系。在運動過程中可以改變傳動系數(shù)和傳

9、動軸的夾角。在停止狀態(tài)時，可能會發(fā)生傳動鏈接或兩個傳動軸之間的耦合（開或關(guān)傳動軸）。3）電氣凸輪盤在兩個驅(qū)動裝置（具有耦合功能）之間實現(xiàn)非線性連接是非常簡單的。幾個凸輪盤可同時存在，當(dāng)需要時可以用NC154進行切換?？梢栽诜峭Ｖ範顟B(tài)打開或關(guān)閉與參考軸同步的凸輪盤。所有極限值將考慮在內(nèi)（速度、加速度）。4 . CNC功能語言：不僅為用戶提供標準的DIN 66052句法，而且還提供一種非常有用的擴展語言。那么象IF, ELSE, WHILE , SWITCH這樣的語句或者是數(shù)學(xué)或三角函數(shù)運算符（例如：+,-,* , /, sin , cos , arctan）均可使用。插補：沿切向軸的環(huán)狀（螺旋）

10、水平工具弧度校正。增加“l(fā)ook ahead”功能是為了避免超過坐標極限值。5 .目標定位軸編程使用新型目標定位軸編程，可以多次快速處理任務(wù)。為此使用全方位測試和高性能工具。這一新的原則已在自動化技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域成功使用。6 .多模塊中的NC154軸耦合當(dāng)多模塊中有軸耦合時，在主CPU的中斷程序中，可將主軸的設(shè)定位置傳送到帶有從軸的NC154模塊中。中斷程序運行時不允許被中斷。以下是滿足這種要求的CPU模塊：- CP152.90-2- CP260- IF260 （當(dāng)作為主CPU寸）7.同步在一個系統(tǒng)中，如果有多個NC154軸控制器使用時可以用一個叫“ sync”的連接模塊把采樣值同步連接起來

11、。甚至在不同的NC154模塊之間耦合傳動，也可以保證有很高的精度。技術(shù)參數(shù)狀態(tài)指示燈坐標維數(shù)3功率損耗百6W編碼輸入通過15心D型母接頭相連增量編碼器信號形式方波測定方式4倍輸入頻率最大150KHZ計數(shù)頻率百 600KHZ計數(shù)寬度32位輸入A, A , B, R,輸入電平5V （差分輸入）監(jiān)控開路，佗號干擾SSI獨立編碼器字寬最大31位波特率230KBaud數(shù)據(jù)輸入電平5V （差分信號）時鐘輸出電平5V （差分信號）監(jiān)控信號干擾，奇偶校驗，擬真性編碼器電源外部輸入電壓24VDC輸出電壓5VDC/每軸版 400mA24VDC/每軸:250mA保護過載和短路保護伺服輸出輸出電壓± 10V

12、,有電氣隔離取大負載5mA轉(zhuǎn)換位數(shù)12位輸出濾波1階低通濾波干擾抑制干擾脈沖補償數(shù)字量輸入；點數(shù)5 （有電氣隔離）輸入電壓24V輸入電流大約10mA數(shù)字量輸出繼電器型開關(guān)電壓30V開關(guān)電流1A短路保護內(nèi)裝1.5A熔斷絲如圖5-11所示。圖 5-11ERROR如果有錯誤，其閃爍頻率為500ms （這時READY燈滅，UP和DN保持）。在硬件復(fù)位期間該燈一直亮。READY STATUSUPDOWN初始化成功，該燈亮，表示 NC154準備好開始運行。指示單個初始相位軸n位置增加軸n位直減小四、 連接區(qū)域如圖5-12所示。圖 5-12在模塊門的后面有每個軸的連接件，狀態(tài)指示燈及編碼器電源和同步信號的端

13、子排。狀態(tài)指示燈下載和上載 NC154操作系統(tǒng)的接口4芯端子排（編碼器電源，與其它NC154模塊連接的同步信號）每個軸的編碼器輸入用于連接每個軸的數(shù)字量輸入 /輸出的12芯端子排§ 5-3多處理器模塊一、 概述多處理器（Multiprocessors ）, MP100 ,用于降低 CPU的負擔(dān)以及提高 PCC系統(tǒng)的計算 能力。通常，多處理器可以完成下列任務(wù)： 數(shù)據(jù)預(yù)處理 數(shù)據(jù)準備 對開始和停止有監(jiān)控功能 串口通訊多處理器通過一公共存儲區(qū)域（雙口 RAM）與CPU進行通訊。多處理器模塊還帶有一個系 統(tǒng)總線接口，通過這個接口，多處理器能主動獲得系統(tǒng)總線， 這樣可以保證其它的系統(tǒng)模塊 也能

14、夠與CPU進行正常的數(shù)據(jù)交換。如果一個具有 “PCC軟件”操作系統(tǒng) 的應(yīng)用存儲模塊（ME900、ME904、ME910和 ME913）插入多處理器模塊的槽中，那么 CPU和多處理器是軟件兼容的。也就是說，所有 的CPU程序（如，應(yīng)用任務(wù)）都能在多處理器上運行。 這種情況下，多處理器可以通過 RS232 接口與編程裝置相連。二、技術(shù)參數(shù)MP100模塊外型如圖5-13所示:圖5-13 MP100模塊指令循環(huán)時間1ms雙 口 RAM64K SRAM系統(tǒng)RAM256KSRAM應(yīng)用內(nèi)存ME900,ME904,ME910,ME913RAM緩沖區(qū)鋰電?A ( APM至少1年1）金箔電容器（APM至少5分鐘電

15、池監(jiān)控有系統(tǒng)總線有復(fù)位按鈕有標準串口接口 IF1RS232最大波特率64Kbaud電氣隔離無應(yīng)用接口 IF3RS485/RS422 2)最大波特率347Kbaud電氣隔離有功率損耗百12W1）緩沖時間是指在 APM中的鋰電池緩沖時間。由于， RAM同時在APM和MP100中被緩 沖，緩沖時間將降至 6個月。2）此接口可用軟件設(shè)置。三、狀態(tài)顯示1 .狀態(tài)指示燈如圖5-14所示。圖 5-14ERROR當(dāng)處理器為暫停狀態(tài)或操作系統(tǒng)非正常運行，則該燈亮。RUNREADY多處理器模塊正常運行。BAT 燈亮，表示若PCC電，則在應(yīng)用存儲器模塊中的鋰電池的電壓不足以緩沖RAW的內(nèi)容。 APM 雙口 RAM系

16、統(tǒng) RAM勻在 RAM!沖區(qū)中緩沖。ACCESS燈亮，表示多處理器模塊獲得 CPU其它系統(tǒng)模塊占用系統(tǒng)總線。RxTx1若數(shù)據(jù)通過IF1 （可編程設(shè)備接口）收發(fā)，則燈亮。RxTx2 若數(shù)據(jù)通過IF3 （應(yīng)用接口）收發(fā)，則燈亮。RS485 指示IF3的結(jié)構(gòu)：燈亮：IF3 為 RS485;燈滅：IF3為RS4222 .數(shù)字轉(zhuǎn)換開關(guān)如圖5-15所示。圖 5-15數(shù)字轉(zhuǎn)換開關(guān)用于設(shè)定模塊地址，以便系統(tǒng)總線能找到多處理器。轉(zhuǎn)換開關(guān)設(shè)定的地址立即顯示在其左邊的 7段顯示器上。確保不同的系統(tǒng)模塊有不同的地址。3 .復(fù)位按鈕按下這個按鈕，引起多處理器的硬件復(fù)位（僅僅是多處理器復(fù)位）。另外，多處理器也可以通過 C

17、PU的 Global Hardware Reset 復(fù)位。4、 連接區(qū)域如圖5-16所示。圖 5-16這個區(qū)域包含所有的位于模塊門后面的連接（用于應(yīng)用存儲器的接口和槽）。IF1和IF3對用戶是開放的。通過應(yīng)用借口IF1 （RS232）可以與PG2000通訊。5、 應(yīng)用接口 IF1 （RS232這個接口也適于用光纜連接。光纜通過D型（M）接頭的第4腳提供4.8V （4.8V±6%最大電流，200mA）的輸入電壓保護。接口F苗述愉出腳應(yīng)用接口 RS232-標準RS232接口 用于連接編程設(shè) 備或MODEM 可以用標準的 RS232電纜在線 隹接編程設(shè)備。 BR提供這種標準 的RS232電

18、纜。RS23211DCD數(shù)據(jù)載波檢測（用于 MODEM1a幫R - f-« *"1 : 1川-1卜r2RXD接收信號3TXD發(fā)送信號4DTR數(shù)據(jù)終端準備好（+4.8V/150mA）5GND接地6DSR數(shù)據(jù)準備好7RTS請求發(fā)送8CTS清除發(fā)送9芯D型接頭（M）9RI振鈴指示（用于 MODEM6、 應(yīng)用接口（ IF3）RS485/RS232接口也適于用光纜連接。光纜通過D型（F）接頭的第6腳提供5V （5V±5%最大電流，200mA的輸入電壓保護。輸出腳RS485RS4221NCNC2Res.TXD3DATARXD4NCNC5GNDGND6+5V/200mA+5V/

19、200mA7Res.TXD8DAT ARXD9NCNC接口應(yīng)用接口9芯D型接頭（F）描述接口是電氣隔離的，切對用戶 開放?？梢酝ㄟ^應(yīng)用程序的軟 件設(shè)定接口的類型。5V電源是電氣隔離的并且用于 連接端口電阻（當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中有多 個RS485接口時）。最大波特率：347KB最大電纜長度：1200m3900 '§ 5-4 I/O處理器模塊I/O處理器模塊包括可編程I/O處理器模塊（Programmable I/O Processors）和智能I/O處理器模塊（Intelligent I/O Processors） o一、可編程I/O處理器模塊以IP151為例來介紹可編程I/O處理器模塊。

20、可編程I/O處理器的應(yīng)用程序可通過PG2000來生成。IP151模塊有一個CPU,兩個接口以及數(shù)字量、模擬量的輸入 /輸出。IP151有兩個特 點，一是它可以中斷其數(shù)字量輸入； 二是它可作為可編程I/O處理器也可用作 CPU。但，IP151 通常用作I/O處理器來減輕 CPU的負擔(dān)。所有的可編程I/O處理器自身都有一個由RISC （精簡指令設(shè)置處理器）構(gòu)成的處理器、系統(tǒng)RAM和操作系統(tǒng)。DPR （雙口 RAM ）用作PCC的CPU和可編程I/O處理器的通訊接 口。PCC的CPU能夠讀或?qū)懣删幊蘄/O處理器的global internal變量。要交換的過程變量必 須在GDM數(shù)據(jù)分支（PG2000

21、）中定義。若數(shù)據(jù)類型為 WORD , PCC的CPU和I/O處理器 可以交換數(shù)據(jù)。整個系統(tǒng)可以通過I/O處理器的CAN接口聯(lián)入CAN總線。必須通過 RS232接口與編 程設(shè)備（PG2000）相連。1) 技術(shù)參數(shù)模塊外型圖如圖5-17所示。圖 5-17功率損耗數(shù)字量部分ItX 5W模擬量部分最大8W+3 . 5W的電位計電壓（外部使用）指令循環(huán)時間0. 6 科 sSRAM用戶 RAM / DPR850KB系統(tǒng)RAM174 KBFlash PROM用戶PROM512KB系統(tǒng)PROM512KBRAM緩沖區(qū)2005主機板的緩沖電池至少4年用電池模塊AC240至少2年電池監(jiān)控有（當(dāng)作為CPU時）復(fù)位按鈕

22、有標準通訊接口應(yīng)用接口 1RS232連接9針D型接頭（M）波特率115.2KBaud電氣隔離無應(yīng)用接口 2CAN連接9針D型接頭（M）最大波特率總線長度10-60m500K Bit/sec總線長度100-200m250K Bit/sec總線長度800-1000m50K Bit/sec站號用兩個節(jié)點數(shù)字撥碼盤設(shè)定電氣隔離有2) 操作和連接元件 如圖5-18所示。圖 5-18模塊門的后面有三組I/O ,復(fù)位按鈕，狀態(tài)指示燈，兩個HEX數(shù)字撥碼盤（用于設(shè)置CAN總線站號)和RS232和CAN總線接口的連接插座。1)復(fù)位按鈕對于不同的運行模式，復(fù)位后有不同的結(jié)果。運行模式結(jié)果可編程I/O處理器本地復(fù)位

23、- 所有的IP151應(yīng)用程序停止運行- 所有的IP151輸出為0CPU本地和全局總線復(fù)位-所有的應(yīng)用程序停止運行-所有的輸出置為02)狀態(tài)指示燈指示燈描述READY若為停止和診斷模式時燈亮RUN若為運行，停止和診斷模式時燈亮ERROR有錯誤時燈亮MODE當(dāng)對Flash PROM編程時燈亮RXD1, TXD1通過RS232接口進行數(shù)據(jù)交換期間燈亮RXD2, TXD2通過CAN口進行數(shù)據(jù)交換期間燈亮當(dāng)復(fù)位按鈕按下時，狀態(tài)燈 READY RUN ERROR口 MOD度。3) CAN節(jié)點撥碼盤HEX撥碼盤用于設(shè)定 CANm點號。撥碼盤的值可由應(yīng)用程序計算。若在運行時轉(zhuǎn)動撥碼 盤，系統(tǒng)會發(fā)出警告信息。操

24、作系統(tǒng)只在開始運行階段確認撥碼盤的值。00和FF兩個值有特殊含義：00系統(tǒng)快速編程FF診斷模式4) CANgn接口描述針定義應(yīng)用接口 CAN09芯D型接頭(M)82527控制器用作CAN®制器。接口是電氣隔離的。用 T型接頭(7AC911.9)連接。當(dāng)數(shù)據(jù)通過CANg 口進行交換時,RXD環(huán)口 RXD2旨示燈亮。最大波特率：500K Bit/sec總線長：60m250K Bit/sec總線長：200m1 50K Bit/sec 總線長：1000m1CAN2CAN L3GND4567CAN H895) RS232接口B&R提供RS232電纜用來連接可編程 I/O處理器和PG (

25、PQ。接口描述針定義應(yīng)用接口 RS232RS232接口對用戶是開放的，它 無電氣隔離。當(dāng)數(shù)據(jù)通過RS232接口進行交換 時，RXD1和TXD1指示燈亮。最大波特率：115.2K Baud 電纜最長為：15m1RS23202RXD3TXD45GND67RTS8CTS9芯D型接頭（M）93 .數(shù)據(jù)實時時鐘緩沖1）緩沖區(qū)域 用戶RAM 系統(tǒng)RAM 實時時鐘緩沖電1可由B&R2005主機板提供，也可由電池模塊AC240提供。2）緩沖監(jiān)控當(dāng)IP151模塊用作CPU時，接口模塊循環(huán)監(jiān)控電池電壓。循環(huán)監(jiān)控不會明顯降低電池壽命，相反，它會提前給出電壓不足的警告信號。電池狀態(tài)信息“ Battery OK”可以從 B&R TRAP的函數(shù)SYS_BATTERY 得到。3）緩沖時間當(dāng)有多塊處理器，如IP151、XP152、IF152或IF260 ,運行在