倍福Beckhoff在步進(jìn)電機(jī)控制中的應(yīng)用研究匯總

倍福Beckhoff在步進(jìn)電機(jī)控制中的應(yīng)倍福Beckhoff□□□□□□□□□□□□□類別：傳感與控制該系統(tǒng)為某主機(jī)電控系統(tǒng)，完成對(duì)光束的準(zhǔn)直過(guò)程中的參數(shù)診斷、數(shù)據(jù)采集、閉環(huán)控制等實(shí)時(shí)控制功能以及與主控系統(tǒng)的通信功能。步進(jìn)電機(jī)以性價(jià)比高，實(shí)時(shí)效果好，不需要昂貴的反饋系統(tǒng)著稱，該系統(tǒng)中采用了一千多個(gè)步進(jìn)電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)光束的準(zhǔn)直。神光原型采用控制卡控制大量步進(jìn)電機(jī)，控制卡控制步進(jìn)電機(jī)沒(méi)有負(fù)載位置的反饋信號(hào)，實(shí)時(shí)效果差，故障定位非□□□；□□□□□□□□ PLC(ProgrammableLogicController可編程邏輯控制器)控制這些電機(jī)可靠性好，但控制少量步進(jìn)電機(jī)時(shí)比較簡(jiǎn)單，控制大量步進(jìn)電機(jī)時(shí)時(shí)序復(fù)雜，接線復(fù)雜，成本高，調(diào)試?yán)щy。最終方案采用德國(guó)Beckhoff□□□□□□□□,□□□□□□□,□□□□□□□□□□□□□端子等設(shè)備控制電機(jī)，該方案具有成本較低、操作簡(jiǎn)便、占用空間小等優(yōu)點(diǎn)，也提高了系統(tǒng)的性能和可靠性，現(xiàn)已通過(guò)試驗(yàn)和審進(jìn)入調(diào)試階段。 1步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思想 電控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思想為：控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)分別滿足現(xiàn)場(chǎng)獨(dú)立控制與遠(yuǎn)程集中控制，各子系統(tǒng)具備對(duì)系統(tǒng)各類設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的功能，包括故障定位檢測(cè)和報(bào)警；具備對(duì)系統(tǒng)各設(shè)備進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、參數(shù)采集、存儲(chǔ)、處理等功能。主控計(jì)算機(jī)位于主控制室內(nèi)，通過(guò)000Mb口s□□□□□□□□□□□□,□□□□□□□□□□□□□□□設(shè)備采用工業(yè)以太網(wǎng)通信，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖 1所示。 2步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 2.1倍福步進(jìn)電機(jī)總體控制架構(gòu)設(shè)計(jì) 采用基于嵌入式PC的□□□□□□□□，□□□ CX1020，□□□□□□□□□□ Ethernet接口，其中一個(gè)向上連接到現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)以太網(wǎng)，接受運(yùn)動(dòng)控制的調(diào)用指令，另一個(gè)可以作為本地調(diào)試的網(wǎng)絡(luò)接口。運(yùn)動(dòng)控制器、運(yùn)動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)接口部件、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器通過(guò)硬實(shí)時(shí)的超高速以太網(wǎng) EtherCAT(EthernetforControlandAutomationTechnology)構(gòu)成運(yùn)動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，采用 EtherCAT□□□□□□□□□□□□，□□□□□□□□□□ CPU的負(fù)荷，而且無(wú)需任何智能主站，□□□□□□□□□□□□□□ □□□□□□□ EtherCAT總線耦合器端子BK1120□□，□□□□□□□□□□□□ K-Bus□□□□□□□□□□總線端子KL2531和KL2541,步進(jìn)電機(jī)直接連接在這兩個(gè)端子上，如果使用KL2541□□，□□□□□□□□□□□□□□□ KL1002,用于接口步進(jìn)電機(jī)限□□，□□□□□□□□□ BK9010□□□□□□□ □□□□□□□□合器BK1120□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□，□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□ KL2531和KL2541□□□□□□□□□，□□□□ 20kHz的脈沖，可以各帶一個(gè)步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)總體控制架構(gòu)如圖 2所示。 具體的控制器和通訊模塊等數(shù)量配置見(jiàn)表 1。 2.2硬件組成 電機(jī)控制系統(tǒng)主要由控制服務(wù)器、運(yùn)動(dòng)□□□□□□□□ Ethernet□□□□□□□□□□□□□□□□□□2.3□□□□□□ □□□□□□□□□□□□ PC□□□□□□□□□,型號(hào)為CX1020,處理器為IntelCeleronMULV1GHz,內(nèi)存為256MB口512MB1024MB，操作系統(tǒng)為MicrosoftWindowsXPEmbedded或MicrosoftWindowsCE。該運(yùn)動(dòng)控制器應(yīng)用于中等規(guī)模的控制系統(tǒng)中，自帶兩個(gè)□□□□EtherCAT□□,□□□□□□□□□□□□□□□□,□□□□□制的調(diào)用指令，另一個(gè)可以作為本地調(diào)試的網(wǎng)絡(luò)接口。軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái) TwinCATPLC(TheWindowsControlandAutomationTechnologyPLC)使用符合采用IEC6n31-3的編程語(yǔ)言編程，運(yùn)動(dòng)控制功能庫(kù)符合 PLCopen□□,□□□□□□□□□□□□□ EtherCAT是與PC□□□□□□□□□□□□,□Beckhoff□□□□□□□□□□□□□□,□□□□□□□□□□□□□□□技術(shù)采用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)幀，支持因特網(wǎng)技術(shù)。以太網(wǎng)可以直接到達(dá)端子，以太□□□□□□□ 2位擴(kuò)展到64個(gè)字節(jié)； 350〃s處理12000個(gè)數(shù)字量皿O；100ps處理 100□□□□□□EtherCAT□□□□□□□□□□□,□□□□□控制、機(jī)器人、嵌入式系統(tǒng)、樓宇自動(dòng)化、運(yùn)輸系統(tǒng)等。 步進(jìn)電機(jī)歷史悠久，爆發(fā)力好，便于控制并且扭矩大，在控制領(lǐng)域內(nèi)占有相當(dāng)重要的地位。步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度 （稱為“步距角”）。它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。可以通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的。同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。我們采用北京四通的兩相混合□□□□,□□□ 28BYG250C,步距角為0.9口1.8,靜態(tài)相電流0口7A,保持轉(zhuǎn)口0.065gcm2。KL2531和KL2541是集成的步進(jìn)電機(jī)控制器，是Beckhoff□□□□□□□□□□□□□□□□□□ KL2531和KL2541均可以提供和小型伺服驅(qū)動(dòng)器相近似的性能,提供了最大 64個(gè)最大中間步,并提供一路20kHz的脈沖，一路脈沖驅(qū)動(dòng)一臺(tái)步進(jìn)電機(jī)。 KL2531□□□□□□□□□□□,□□□□□□□□□□□ 24V□□□□□□□□□□□□,□□□□□□1.5A。KL2541□□□□□□ 5A的最大電流，能夠驅(qū)動(dòng)扭矩高達(dá) 5電位器或□□□□□□□□ 3軟件配置 Beckhoff公司基于PC□□□□□□□□□□□□□ Microsoft公司 WindowsNT口2000口XP口CE.NET口XP嵌入□□□□□□□ PC和Beckhoff□□□□□□□□□□ CX1000□□□□□□時(shí)能力的PC控制器。Beckhoff公司基于PC平臺(tái)的實(shí)時(shí)核技術(shù)通過(guò)與 3s公司提供的TwinCAT□□□□□□□,□□□□□□□□ Beckhoff公司各種I口O□□□□□□□□□,□ TwinCATCP、I口O、PLC、PTP和NCI□□□□□□整的基于PC□□□□□□□□□□□□□ TwinCAT□□□□□□□□□行的PLC實(shí)時(shí)核，每套 PLC都可分配4個(gè)任務(wù)，并且可以將最小任務(wù)周期時(shí)間設(shè)置為 50〃s（取決于所使用的 CPU處理能力）。TwinCATPLC□□□□□PLC的完整開(kāi)發(fā)環(huán)境,所使用的編輯器和調(diào)試功能建立在高級(jí)編程語(yǔ)言開(kāi)發(fā)環(huán)境基礎(chǔ)之上，在TwinCATPLC□□□□□ IEC61131—3的五種不同語(yǔ)言創(chuàng)建 PLC程序。TwinCAT□□□□□□□□□□ （TwinCAT□□□□□□□□□□□□□□□□間的比率）□□□□□ 10口口90D□□□□□□□,□□□□□□□ PTP、NCI和HMI□□□□□□□□□□□ TwinCAT□□□□□□