倍福运动控制技术介绍
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7
Beckhoff运动控制概览 I/O, PLC, NC PTP, NCI/CNC高度集成在一个平台中
实时性：
• 硬实时能力：周期最小至50微秒，以及 Beckhoff 拥有专利的 对CPU利用率的动态调整 •XFC 100微秒的刷新周期（包含100个伺服轴） 基于 EtherCAT总线 • 几乎运行于任何一个PC • 纯软件解决方案 (无需硬件扩展)
PLC 任务 和 NC 任务定时地以多任务多线程独立运行 周期性地获取CPU的计算时间
在PC 上 一个 PLC 程序和 NC 控制的实时运行 PLC 服务 Windows NT 和 HMI程序 NC 服务
例如. 1ms
2ms
3ms
4ms
5ms
t NC 周期 (例如. 1ms) NC 周期 PLC 周期 (例如. 2ms) NC 周期 PLC 周期 NC 周期 t
1 D+ SSI data input D+ 4 CL+ Clock output CL+
5 D- SSI data input D8 CL- Clock output CL21
Beckhoff运动控制—驱动解决方案 编码器----增量式编码器
KL5101
22
Beckhoff运动控制—驱动解决方案 编码器----增量式编码器
17
Beckhoff运动控制—驱动解决方案 直流电机系统
KL2532 KL2552
18
Beckhoff运动控制— EL7201 – EtherCAT 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
Resolver Exc. + (R1) Resolver Sin + (S2) Resolver Cos + (S1) Power contact +24 V Motor phase U Motor phase W Power contact 0 V Motor brake + Load voltage 50 V Load voltage 50 V Motor brake GND Load voltage GND Load voltage GND Resolver Exc. - (R2) Resolver Sin - (S4) Resolver Cos - (S3) Motor phase V
KL5111 KL5121
23
Beckhoff运动控制—驱动解决方案 编码器----增量式编码器
EL5151 KL5151 KL5152
24
控制软件---TwinCAT Totol Windows Control Automation Technology
TwinCAT 系统
用户模式 诊断功能 如示波器 ADS 系统管理器 ADS PLC 控制 ADS 用户 HMI OCX/Dll 用户 HMI OPC
自动化新技术
BECKHOFF运动控制产品介绍
Drive Technology
18.12.2012
1
运动控制器 --基于Windows XP 和CE的IPC EPC
IPC 嵌入式PC
2
运动控制系统基石---现场总线及I/O
3
适用于高动态定位任务的驱动系统
直线伺服电机 ALxxxx
同步伺服电机 AM2000/AM3xxx
18.12.2012
11
AL38xx | 直线伺服电机
Drive Technology
18.12.2012
12
Beckhoff支持的运动控制方式
驱动: 伺服电机(总线,模拟量,脉冲), 步进电机(KL2531/41,EL7031/7041 K/EL2521) 直流电机(KL2532/42, EL7332/7342) 直线电机(AX5000/2000) 液压轴
Interpolation functions
32
TwinCAT 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
N00 #KIN ID [1] N10 #RTCP ON N20 G01 G18 X0 Y0 Z0 B90 F500 N30 X-4 N40 G02 X-20 I-40 B-90 F2000 N50 ................. ........................
TwinCAT NC I
255 3 path axes + 5 auxiliary axes
PLC programming
NCI programming
IEC 61131-3
DIN 66025 extension Subroutine techniques NCI function blocks from the PLC Linear, circular, helical interpolation in the main planes Look Ahead
Interpolation functions
30
TwinCAT NCI 功能
31
TwinCAT CNC 功能
Properties
Max. number of controlled axes/spindles Max. number of controlled spindles Max. number of independent channels Max. number of simultaneously interpolating per channel
Interpolated
…
AccelerationProfile
26
Beckhoff 运动控制实现方式TwinCAT NC PTP，NCI，CNC
逻辑运算 与处理
PLC NC PTP
位置，速度 加速度控制
路径规划 闭环控制
同步，凸轮 飞剪等
通用插补
PLC NC PTP
NC I
NC PTP
NC I
CNC
TWINCAT –PC Control PLC/NC PTP/CNC
反馈装置（旋转变压 器）输入接口
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
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），脉冲方向输入
动力电缆 伺服马达
14
14
Beckhoff运动控制应用—模拟量控制伺服系统
CX1020 EL4132 模拟量 控制伺服系统
+/-10v
CX1020 NCI 控制器
EL5101模块
伺服驱动器
动力电缆
伺服马达
15
EM7004 4轴接口端子模块
EM7004
2012-12-18
16
Beckhoff运动控制—驱动解决方案 步进电机系统
18.12.2012
10
AM30xx
具备食品级涂装的AM3000
用于食品工业的AM3000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 最小降低. 50 %)
NEW
Drive Technology
Navigationstasten
电机动力电路
Drive Technology 18.12.2012 5
Beckhoff运动控制—驱动解决方案 AX5000
支持第三方的伺 服电机
6
Beckhoff伺服调试---TcDriveManager
7
AX20xx
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 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
28
TwinCAT NC PTP 功能
普通定位运动(Point to Point)
电子齿轮同步
数字wenku.baidu.com轮开关
凸轮轴
运动叠加（合成） 飞剪
29
TwinCAT NC I 功能
Properties
Max. number of controlled axes Max. number of simultaneously interpolating per channel
TwinCAT CNC
64 12 12 32/6 path axes/spindles
PLC programming CNC programming
IEC 61131-3 DIN 66025 extension High-level language extensions Subroutine techniques User macros Linear, circular, helical interpolation in the main planes/freely definable planes Look Ahead Spline interpolation Thread functions
坐标轴转换
Path of rotation point of rotatory axis
Z
Path of tool centre point
X 0
TwinCAT CNC
2012-12-18
33
TwinCAT CNC 功能
34
TwinCAT NC PTP--PLCopen 功能块概览
Administrative
数字式紧凑型伺服驱 动器 AX5xxx
数字式紧凑型伺服驱 动器 AX20xx
Drive Technology
18.12.2012
4
AX5000 | 数字式紧凑型伺服驱动器
功能特点
电机反馈： Sin/Cos 1Vss、TTL、单圈或多 圈、EnDat、Hiperface、BiSS 可选的接口板用插槽， 例如附加反馈 可选的重启锁定用插槽或可选的 TwinSAFE 安全卡
可以连接带制动电机
最高驱动 200 W 电机
19
Beckhoff运动控制— EL7201 – EtherCAT 伺服电机驱动模块 50 V DC, 4 A
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
20
Beckhoff运动控制—驱动解决方案 编码器----SSI
KL5001 KL5051
DVI/USB
EL4132
EM7004
EL5101
EL2521/ EL2521/ KL2521 KL2521
EL7041/ KL2541
13
Beckhoff运动控制应用—脉冲量控制伺服系统
KL2521 脉冲输出模块 控制伺服电机方法 KL2521模块
CX1020 NC 控制器
编码器反馈电缆 伺服驱动器
ADS
ADS
TCP/IP
Windows NT, 2000, XP
ADS ADS ADS ADS 实时服务器 I/O 服务器 I/O I/O I/O 映射 现场总线接口卡驱动程序 I/O 内核模式 PLC 服务器 NC 服务器 其它 例如，凸轮等
ADS 路由器
25
Beckhoff 运动控制系统机制
在 PC 上运行 PLC 和 NC
电机反馈：旋转变压器 晶体管电路 8 点数字量 I/O，例如启用、限位开 关、捕获输入、故障信息 状态显示，例如轴轴标识符或故障信息 EtherCAT 系统总线 直流电源/直流母线 电源 100 V AC…480 V AC 制动控制/电机温度监控
导航键（Enter, Up/Down） 执行材质鉴定 24 V DC 控制和制动电压
Single Axes
Power
Motion
Single Axes
MoveAbsolute
Multiple Axes
CamTableSelect
Multiple Axes Non-Interpolated
CamIn CamOut GearIn GearOut Phasing
Reset ReadStatus
ReadAxisError ReadParameter WriteParameter ReadActualPosition
MoveRelative MoveAdditive
MoveSuperImposed MoveContinuous MoveVelocity Home Stop PositionProfile VelocityProfile
24 V DC 辅助电源电压 电源接口，用于连接外部平稳 电阻
电机和制动器接口
直流中间电路
Drive Technology
18.12.2012
8
AM30xx | 同步伺服电机
Drive Technology
18.12.2012
9
AM308x | 电机达到 150Nm
Drive Technology
Beckhoff运动控制概览 I/O, PLC, NC PTP, NCI/CNC高度集成在一个平台中
实时性：
• 硬实时能力：周期最小至50微秒，以及 Beckhoff 拥有专利的 对CPU利用率的动态调整 •XFC 100微秒的刷新周期（包含100个伺服轴） 基于 EtherCAT总线 • 几乎运行于任何一个PC • 纯软件解决方案 (无需硬件扩展)
PLC 任务 和 NC 任务定时地以多任务多线程独立运行 周期性地获取CPU的计算时间
在PC 上 一个 PLC 程序和 NC 控制的实时运行 PLC 服务 Windows NT 和 HMI程序 NC 服务
例如. 1ms
2ms
3ms
4ms
5ms
t NC 周期 (例如. 1ms) NC 周期 PLC 周期 (例如. 2ms) NC 周期 PLC 周期 NC 周期 t
1 D+ SSI data input D+ 4 CL+ Clock output CL+
5 D- SSI data input D8 CL- Clock output CL21
Beckhoff运动控制—驱动解决方案 编码器----增量式编码器
KL5101
22
Beckhoff运动控制—驱动解决方案 编码器----增量式编码器
17
Beckhoff运动控制—驱动解决方案 直流电机系统
KL2532 KL2552
18
Beckhoff运动控制— EL7201 – EtherCAT 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
Resolver Exc. + (R1) Resolver Sin + (S2) Resolver Cos + (S1) Power contact +24 V Motor phase U Motor phase W Power contact 0 V Motor brake + Load voltage 50 V Load voltage 50 V Motor brake GND Load voltage GND Load voltage GND Resolver Exc. - (R2) Resolver Sin - (S4) Resolver Cos - (S3) Motor phase V
KL5111 KL5121
23
Beckhoff运动控制—驱动解决方案 编码器----增量式编码器
EL5151 KL5151 KL5152
24
控制软件---TwinCAT Totol Windows Control Automation Technology
TwinCAT 系统
用户模式 诊断功能 如示波器 ADS 系统管理器 ADS PLC 控制 ADS 用户 HMI OCX/Dll 用户 HMI OPC
自动化新技术
BECKHOFF运动控制产品介绍
Drive Technology
18.12.2012
1
运动控制器 --基于Windows XP 和CE的IPC EPC
IPC 嵌入式PC
2
运动控制系统基石---现场总线及I/O
3
适用于高动态定位任务的驱动系统
直线伺服电机 ALxxxx
同步伺服电机 AM2000/AM3xxx
18.12.2012
11
AL38xx | 直线伺服电机
Drive Technology
18.12.2012
12
Beckhoff支持的运动控制方式
驱动: 伺服电机(总线,模拟量,脉冲), 步进电机(KL2531/41,EL7031/7041 K/EL2521) 直流电机(KL2532/42, EL7332/7342) 直线电机(AX5000/2000) 液压轴
Interpolation functions
32
TwinCAT 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
N00 #KIN ID [1] N10 #RTCP ON N20 G01 G18 X0 Y0 Z0 B90 F500 N30 X-4 N40 G02 X-20 I-40 B-90 F2000 N50 ................. ........................
TwinCAT NC I
255 3 path axes + 5 auxiliary axes
PLC programming
NCI programming
IEC 61131-3
DIN 66025 extension Subroutine techniques NCI function blocks from the PLC Linear, circular, helical interpolation in the main planes Look Ahead
Interpolation functions
30
TwinCAT NCI 功能
31
TwinCAT CNC 功能
Properties
Max. number of controlled axes/spindles Max. number of controlled spindles Max. number of independent channels Max. number of simultaneously interpolating per channel
Interpolated
…
AccelerationProfile
26
Beckhoff 运动控制实现方式TwinCAT NC PTP，NCI，CNC
逻辑运算 与处理
PLC NC PTP
位置，速度 加速度控制
路径规划 闭环控制
同步，凸轮 飞剪等
通用插补
PLC NC PTP
NC I
NC PTP
NC I
CNC
TWINCAT –PC Control PLC/NC PTP/CNC
反馈装置（旋转变压 器）输入接口
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
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），脉冲方向输入
动力电缆 伺服马达
14
14
Beckhoff运动控制应用—模拟量控制伺服系统
CX1020 EL4132 模拟量 控制伺服系统
+/-10v
CX1020 NCI 控制器
EL5101模块
伺服驱动器
动力电缆
伺服马达
15
EM7004 4轴接口端子模块
EM7004
2012-12-18
16
Beckhoff运动控制—驱动解决方案 步进电机系统
18.12.2012
10
AM30xx
具备食品级涂装的AM3000
用于食品工业的AM3000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 最小降低. 50 %)
NEW
Drive Technology
Navigationstasten
电机动力电路
Drive Technology 18.12.2012 5
Beckhoff运动控制—驱动解决方案 AX5000
支持第三方的伺 服电机
6
Beckhoff伺服调试---TcDriveManager
7
AX20xx
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 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
28
TwinCAT NC PTP 功能
普通定位运动(Point to Point)
电子齿轮同步
数字wenku.baidu.com轮开关
凸轮轴
运动叠加（合成） 飞剪
29
TwinCAT NC I 功能
Properties
Max. number of controlled axes Max. number of simultaneously interpolating per channel
TwinCAT CNC
64 12 12 32/6 path axes/spindles
PLC programming CNC programming
IEC 61131-3 DIN 66025 extension High-level language extensions Subroutine techniques User macros Linear, circular, helical interpolation in the main planes/freely definable planes Look Ahead Spline interpolation Thread functions
坐标轴转换
Path of rotation point of rotatory axis
Z
Path of tool centre point
X 0
TwinCAT CNC
2012-12-18
33
TwinCAT CNC 功能
34
TwinCAT NC PTP--PLCopen 功能块概览
Administrative
数字式紧凑型伺服驱 动器 AX5xxx
数字式紧凑型伺服驱 动器 AX20xx
Drive Technology
18.12.2012
4
AX5000 | 数字式紧凑型伺服驱动器
功能特点
电机反馈： Sin/Cos 1Vss、TTL、单圈或多 圈、EnDat、Hiperface、BiSS 可选的接口板用插槽， 例如附加反馈 可选的重启锁定用插槽或可选的 TwinSAFE 安全卡
可以连接带制动电机
最高驱动 200 W 电机
19
Beckhoff运动控制— EL7201 – EtherCAT 伺服电机驱动模块 50 V DC, 4 A
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
20
Beckhoff运动控制—驱动解决方案 编码器----SSI
KL5001 KL5051
DVI/USB
EL4132
EM7004
EL5101
EL2521/ EL2521/ KL2521 KL2521
EL7041/ KL2541
13
Beckhoff运动控制应用—脉冲量控制伺服系统
KL2521 脉冲输出模块 控制伺服电机方法 KL2521模块
CX1020 NC 控制器
编码器反馈电缆 伺服驱动器
ADS
ADS
TCP/IP
Windows NT, 2000, XP
ADS ADS ADS ADS 实时服务器 I/O 服务器 I/O I/O I/O 映射 现场总线接口卡驱动程序 I/O 内核模式 PLC 服务器 NC 服务器 其它 例如，凸轮等
ADS 路由器
25
Beckhoff 运动控制系统机制
在 PC 上运行 PLC 和 NC
电机反馈：旋转变压器 晶体管电路 8 点数字量 I/O，例如启用、限位开 关、捕获输入、故障信息 状态显示，例如轴轴标识符或故障信息 EtherCAT 系统总线 直流电源/直流母线 电源 100 V AC…480 V AC 制动控制/电机温度监控
导航键（Enter, Up/Down） 执行材质鉴定 24 V DC 控制和制动电压
Single Axes
Power
Motion
Single Axes
MoveAbsolute
Multiple Axes
CamTableSelect
Multiple Axes Non-Interpolated
CamIn CamOut GearIn GearOut Phasing
Reset ReadStatus
ReadAxisError ReadParameter WriteParameter ReadActualPosition
MoveRelative MoveAdditive
MoveSuperImposed MoveContinuous MoveVelocity Home Stop PositionProfile VelocityProfile
24 V DC 辅助电源电压 电源接口，用于连接外部平稳 电阻
电机和制动器接口
直流中间电路
Drive Technology
18.12.2012
8
AM30xx | 同步伺服电机
Drive Technology
18.12.2012
9
AM308x | 电机达到 150Nm
Drive Technology