mcu50技術(shù)說明

1、分布式運動控制器MCU50（Motion Control Unit）技術(shù)說明一、 簡介基于CAN總線通訊方式的分布式運動控制器，通過對伺服驅(qū)動器的調(diào)節(jié)，來達到對AGV車體運動的精確控制，理論上最多可以掛接128個CAN節(jié)點設(shè)備。由于每輛AGV車載設(shè)備的數(shù)量有限，實際應(yīng)用時往往不超過4個。每個運動控制器，不僅能夠控制2個軸的伺服驅(qū)動器，還具有16個IO輸入口、8個IO輸出口、4個AD輸入口和2個DA輸出口。而且，在升級版本中，還預留有16位的總線IO讀寫功能和串口編程功能。二、 技術(shù)指標2.1 電源運動控制器內(nèi)部的兩個DC/DC電源模塊DC1、DC2（如圖2.1.2），可以將1836V的直流輸入

2、電壓轉(zhuǎn)換為12V、5V兩路直流輸出電壓。如果去掉DC/DC電源模塊，也可以使用外部的直流電源通過#1、#2電源管腳給運動控制器供電。 表2.1.1輸入電壓VDC18-36消耗電流mADC100#1輸出電壓VDC5內(nèi)部DC/DC電源模塊#1輸出功率W25內(nèi)部DC/DC電源模塊#2輸出電壓VDC12內(nèi)部DC/DC電源模塊#2輸出功率W25內(nèi)部DC/DC電源模塊#1輸入電壓VDC5外部供電#1輸入功率W10外部供電#2輸入電壓VDC12外部供電#2輸入功率W10外部供電電源輸入管腳24VH、24VGND#1電源管腳VCC、5VGND#2電源管腳12V、AGND圖2.1.2 2.2 通訊 運動控制器的

3、CAN總線通訊部分與其它部分的電源是隔離的，這樣就保證總線上產(chǎn)生的干擾不會影響運動控制器內(nèi)部的其它電路。使用時需要在CAN總線的首端和末端分別跨接1個120歐姆的匹配電阻（如圖2.2.2），以減少線路上傳輸信號的反射。 表2.2.1工作電壓VDC5消耗功率W1絕緣強度VDC1500通訊管腳CANH、CANL圖2.2.22.3 伺服驅(qū)動器控制 運動控制器的2對PWM脈寬調(diào)制管腳用來調(diào)節(jié)伺服驅(qū)動器的輸出。每對PWM管腳通過改變輸出脈沖信號的占空比來控制伺服驅(qū)動器輸出電壓的方向和大小。運動控制器的伺服輸出禁止管腳可以禁止或使能伺服驅(qū)動器的輸出（如圖2.3.2）。伺服驅(qū)動器的報警信號可以接入運動控制器

4、的報警IO輸入口。伺服驅(qū)動器的正反向禁止信號可以接入運動控制器的普通IO輸入口。表2.3.1PWM輸出高電平VDC12PWM輸出低電平VDC0.2PWM頻率KHz10PWM占空比%0-100輸出禁止高電平VDC5輸出禁止低電平VDC0.2#1 PWM輸出管腳REFIN1+、REFIN1-#2 PWM輸出管腳REFIN2+、REFIN2-#1 輸出禁止管腳INH1#2 輸出禁止管腳INH2#1 報警輸入管腳FAULT1、FLTG1#2 報警輸入管腳FAULT2、FLTG2圖2.3.22.4 編碼器信號輸入運動控制器根據(jù)編碼器信號的反饋輸入，來進一步調(diào)節(jié)伺服驅(qū)動器的輸出。每個運動控制器可以處理2路

5、差分增量式編碼器的輸入信號，編碼器由5V直流供電。表2.4輸出電壓VDC5最大消耗電流mADC200電源輸出管腳VCC、5VGND#1 編碼器信號輸入管腳MC1_A、MC1_/A，MC1_B、MC1_/B，MC1_Z、MC1_/Z#2 編碼器信號輸入管腳MC2_A、MC2_/A，MC2_B、MC2_/B，MC1_Z、MC1_/Z2.5 模擬信號輸入運動控制器不僅能將4路0-12V的模擬信號轉(zhuǎn)換為10位數(shù)字信號，而且提供了精確的2.50V電壓基準。 表2.5模擬信號輸入數(shù)量4模擬信號輸入范圍VDC0-12轉(zhuǎn)換精度bit10最小轉(zhuǎn)換時間ns425基準電壓VDC2.50基準輸出電流mADC20基準精

6、度%0.2基準溫漂ppm/50模擬信號輸入管腳INA、INB、INC、IND電壓基準輸出管腳2.50V2.6 模擬信號輸出運動控制器提供了2路12位精度的0-10V模擬信號輸出功能，模擬信號的輸出管腳與伺服輸出禁止管腳復用。表2.6模擬信號輸出數(shù)量2模擬信號輸出范圍VDC0-10轉(zhuǎn)換精度bit12最小轉(zhuǎn)換時間us1模擬信號輸出管腳INH1、INH22.7 IO輸入運動控制器有16個隔離的IO輸入口，其中1-4具備單獨隔離功能的雙端輸入管腳，5-16具備公共輸入高端的NPN單端輸入管腳（如圖2.7.2）。表2.7.1IO輸入數(shù)量16IO最大輸入電壓VDC50IO雙端輸入通道1-4IO單端輸入通道

7、5-16IO雙端輸入管腳UP1、DOWN1，UP2、DOWN2，UP3、DOWN3，UP4、DOWN4IO公共輸入高端管腳BTY24VIO單端輸入管腳DOWN5、DOWN6、DOWN7、DOWN8、DOWN9、DOWN10、DOWN11、DOWN12、DOWN13、DOWN14、DOWN15、DOWN16圖2.7.22.8 IO輸出運動控制器具有8個IO輸出口，其中1-7為繼電器輸出，8為開關(guān)管輸出（如圖2.8.2）。表2.8.1IO輸出數(shù)量8繼電器輸出通道1-7開關(guān)管輸出通道8繼電器負載電流ADC1開關(guān)管負載電流ADC0.7開關(guān)管輸出電壓VDC24繼電器輸出管腳JKA1、JKB1，JKA2、

8、JKB2，JKA3、JKB3，JKA4、JKB4，JKA5、JKB5，JKA6、JKB6，JKA7、JKB7開關(guān)管輸出管腳JKA8、24VGND圖2.8.2繼電器輸出 開關(guān)管輸出三、 物理指標3.1 物理指標運動控制器的尺寸、重量等參數(shù)如下所示。表3.1尺寸mm23212143重量kg1工作場合任意3.2 系統(tǒng)指示LED運動控制器的30個系統(tǒng)指示LED，分別指示8個IO輸出狀態(tài)、16個IO輸入狀態(tài)和電源狀態(tài)（如圖3.2）。圖3.23.3 安裝尺寸圖3.3.1圖3.3.2圖3.3.3 圖3.3.43.4 連接器尺寸運動控制器選用TYCO的42針、29針防塵連接器，具體型號為1-963224-1和

9、1-963448-2（如圖3.4）。圖3.4四、 環(huán)境指標4.1 環(huán)境說明表4.1.1溫度工作溫度-15 +55存儲溫度-40 +80表4.1.2相對濕度工作 %95存儲 %95表4.1.3防護等級防護等級IP51灰塵5級水1級4.2 機械振動測試表4.2振動頻率Hz55振幅mm2.0軸X，Y持續(xù)時間min104.3 高低溫測試表4.3循環(huán)次數(shù)2高溫溫度80高溫持續(xù)時間hour3低溫溫度-40低溫持續(xù)時間hour3溫度變化率/min1五、 功能指標5.1 功能概述運動控制器依靠增量式編碼器信號的反饋輸入，完成對伺服驅(qū)動器的精確控制，從而控制2個電機的運動。運動控制器主要提供以下功能：l 2路增

10、量式編碼器輸入l 2對PWM輸出l 2個伺服禁止輸出l 2個伺服報警輸入l 4路模擬信號輸入l 2路模擬信號輸出l 16路IO輸入l 8路IO輸出5.2 系統(tǒng)舉例圖5.25.3 管腳說明圖5.3連接器管腳定義表5.3.1電源管腳名稱管腳序號第一功能第二功能24VH2909電源高輸入24VGND2928電源地輸入VCC2929#1電源高輸出#1電源高輸入5VGND2919#1電源地輸出#1電源地輸入12V2910#2電源高輸出#2電源高輸入AGND2918#2電源地輸出#2電源地輸入圖表5.3.2通訊管腳名稱管腳序號第一功能第二功能CANH2914CAN高總線CANL2915CAN低總線圖表5.

11、3.3伺服驅(qū)動器控制和模擬信號輸出管腳名稱管腳序號第一功能第二功能REFIN1+2916#1 PWM正輸出REFIN1-2926#1 PWM反輸出REFIN2+2907#2 PWM正輸出REFIN2-2917#2 PWM反輸出INH12927#1 伺服禁止輸出#1 模擬信號高輸出INH22908#2 伺服禁止輸出#2 模擬信號高輸出FAULT12905#1 伺服報警高輸入FLTG12906#1 伺服報警低輸入FAULT22924#2 伺服報警高輸入FLTG22925#2 伺服報警低輸入圖表5.3.4編碼器信號輸入管腳名稱管腳序號第一功能第二功能MC1_A4232#1 編碼器A正相輸入MC1_/

12、A4218#1 編碼器A反相輸入MC1_B4216#1 編碼器B正相輸入MC1_/B4217#1 編碼器B反相輸入MC1_Z4230#1 編碼器Z正相輸入MC1_/Z4231#1 編碼器Z反相輸入MC2_A4206#2 編碼器A正相輸入MC2_/A4205#2 編碼器A反相輸入MC2_B4204#2 編碼器B正相輸入MC2_/B4203#2 編碼器B反相輸入MC2_Z4219#2 編碼器Z正相輸入MC2_/Z4233#2 編碼器Z反相輸入圖表5.3.5模擬信號輸入管腳名稱管腳序號第一功能第二功能INA4210#1 模擬信號輸入INB4223#2 模擬信號輸入INC4237#3 模擬信號輸入IN

13、D4238#4 模擬信號輸入2.50V4207電壓基準輸出圖表5.3.6 IO輸入管腳名稱管腳序號第一功能第二功能UP14234#1 IO高輸入DOWN14220#1 IO低輸入UP24235#2 IO高輸入DOWN24221#2 IO低輸入UP34208#3 IO高輸入DOWN34209#3 IO低輸入UP44236#4 IO高輸入DOWN44222#4 IO低輸入BTY24V4214IO公共輸入高端DOWN54240#5 IO低輸入DOWN64225#6 IO低輸入DOWN74228#7 IO低輸入DOWN84242#8 IO低輸入DOWN94227#9 IO低輸入DOWN104241#1

14、0 IO低輸入DOWN114213#11 IO低輸入DOWN124226#12 IO低輸入DOWN134212#13 IO低輸入DOWN144239#14 IO低輸入DOWN154224#15 IO低輸入DOWN164211#16 IO低輸入圖表5.3.7 IO輸出管腳名稱管腳序號第一功能第二功能JKA12920#1 繼電器輸出JKB12911#1 繼電器輸出JKA22912#2 繼電器輸出JKB22901#2 繼電器輸出JKA32921#3 繼電器輸出JKB32902#3 繼電器輸出JKA42913#4 繼電器輸出JKB42903#4 繼電器輸出JKA52922#5 繼電器輸出JKB5290

15、4#5 繼電器輸出JKA64215#6 繼電器輸出JKB64229#6 繼電器輸出JKA74201#7 繼電器輸出JKB74202#7 繼電器輸出JKA82923#8 開關(guān)管輸出5.4 端口應(yīng)用舉例每臺AGV實際使用的運動控制器MCU50往往不超過4個，對于全方位車輪和差動車輪的AGV，盡量按照以下的例子配置輸入輸出端口。圖表5.4.1 MCU50-1位輸出端口用途管腳定義位輸入端口用途管腳定義0OUT1ALL OK2920、29110IN1磁導航傳感器檢測4234、42201OUT2充電接觸器2912、29011IN2磁導航傳感器檢測4235、42212OUT3抱閘控制2921、29022I

16、N3地標傳感器檢測4208、42093OUT4啟動燈控制2913、29033IN4伺服上電檢測4236、42224OUT5停止燈控制2922、29044IN5電量表輸出檢測42405OUT6模式燈控制4215、42295IN6電量表輸出檢測42256OUT7自動下電控制4201、42026IN7電量表輸出檢測42287OUT8蜂鳴器音調(diào)29237IN8啟動開關(guān)檢測42428INH1伺服驅(qū)動禁止29278IN9停止開關(guān)檢測42279INH2伺服驅(qū)動禁止29089IN10模式開關(guān)檢測424110REFIN1+伺服驅(qū)動控制291610IN11急停檢測421311REFIN1-伺服驅(qū)動控制292611

17、IN12 4226 12REFIN2+伺服驅(qū)動控制290712IN13421213REFIN2-伺服驅(qū)動控制291713IN14423914IN15MCU50_ID422415IN16MCU50_ID421116FAULT1伺服驅(qū)動報錯2905、290617FAULT2伺服驅(qū)動報錯2924、2925MCU50-2位輸出端口用途管腳定義位輸入端口用途管腳定義0OUT1ALL OK2920、29110IN1動態(tài)跟蹤傳感器檢測4234、42201OUT22912、29011IN2急停檢測4235、42212OUT3抱閘控制2921、29022IN3防碰傳感器檢測4208、42093OUT42913、

18、29033IN4防碰傳感器檢測4236、42224OUT52922、29044IN542405OUT6左燈控制4215、42295IN642256OUT7右燈控制4201、42026IN742287OUT8蜂鳴器音調(diào)29237IN8手控盒信號檢測42428INH1伺服驅(qū)動禁止29278IN9手控盒信號檢測42279INH2伺服驅(qū)動禁止29089IN10手控盒信號檢測424110REFIN1+伺服驅(qū)動控制291610IN11手控盒信號檢測421311REFIN1-伺服驅(qū)動控制292611IN12 手控盒信號檢測4226 12REFIN2+伺服驅(qū)動控制290712IN13前側(cè)保險杠檢測421213

19、REFIN2-伺服驅(qū)動控制291713IN14后側(cè)保險杠檢測423914IN15MCU50_ID422415IN16MCU50_ID421116FAULT1伺服驅(qū)動報錯2905、290617FAULT2伺服驅(qū)動報錯2924、2925MCU50-3位輸出端口用途管腳定義位輸入端口用途管腳定義0OUT1ALL OK2920、29110IN14234、42201OUT22912、29011IN24235、42212OUT3抱閘控制2921、29022IN34208、42093OUT42913、29033IN44236、42224OUT52922、29044IN542405OUT64215、42295

20、IN642256OUT74201、42026IN742287OUT829237IN842428INH1伺服驅(qū)動禁止29278IN942279INH2伺服驅(qū)動禁止29089IN10424110REFIN1+伺服驅(qū)動控制291610IN11421311REFIN1-伺服驅(qū)動控制292611IN12 4226 12REFIN2+伺服驅(qū)動控制290712IN13421213REFIN2-伺服驅(qū)動控制291713IN14423914IN15MCU50_ID422415IN16MCU50_ID421116FAULT1伺服驅(qū)動報錯2905、290617FAULT2伺服驅(qū)動報錯2924、2925六、 安全性分

21、布式運動控制器MCU50的一個基本特性是具有安全保護功能用ALL-OK信號控制運動系統(tǒng)上電。當運動控制器出現(xiàn)掉電、復位、看門狗超時等危險狀況時，ALL-OK信號的輸出將切斷，保護系統(tǒng)安全。運動控制器通過看門狗監(jiān)控內(nèi)部程序的執(zhí)行和通訊超時。另外，當編碼器反饋錯誤時，運動控制器會通過限制舵和驅(qū)動伺服的輸出來停止AGV的運動。6.1 執(zhí)行當各種危險狀況出現(xiàn)時，運動控制器將依照以下2種情況之一執(zhí)行：l 立刻切斷ALL-OK信號進入安全狀態(tài)；l 如果內(nèi)部程序執(zhí)行錯誤，或者工作電壓過低，運動控制器將復位并在上電后重新啟動。6.1.1 安全狀態(tài)運動控制器進入安全狀態(tài)，將切斷ALL-OK信號的輸出，并通過CA

22、N總線上傳緊急信息和錯誤代碼。重新啟動系統(tǒng)才能退出安全狀態(tài)。6.1.2 復位和上電狀態(tài)從安全的角度考慮，復位和上電狀態(tài)更象是一種特殊的安全狀態(tài)。此時，所有的IO輸出包括ALL-OK信號無效，CAN總線尚未工作，對伺服驅(qū)動器尚未控制。6.2 設(shè)備監(jiān)控 運動控制器能夠安全監(jiān)控多種重要設(shè)備，保證其在安全狀況下工作。6.2.1通訊監(jiān)控CAN正常通訊時被監(jiān)控是否超時，只有收發(fā)正常，ALL-OK信號才可能輸出。6.2.2反饋監(jiān)控當控制參數(shù)被設(shè)置后，運動控制器將監(jiān)控編碼器的反饋信號。主要通過預先設(shè)置的運動方向、運動距離與實際的運動方向、運動距離進行比較，當檢測到反饋信號與設(shè)定值有偏差時，在規(guī)定時間內(nèi)，控制器將校正輸出。否則，2種