运动控制技术及解决方案Beckhoff
Beckhoff科技自动化方案篇
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高性能测量测试产品
TwinCAT 状态监控功能库
频率分析 状态 模式识别及机器学习
流 体 分 析 电 力 测 量
振
节气门阀片在最小位置保持一定的开度，在控制系统失效的情况
1
2 3
4 5
2 1 5
2 3 5
1
2
3
下可保证车辆以一定的节气门开度行驶到安全地点。
5
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节气门开度传感器
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科技自动化倍福篇
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电子节气门—— PID 控制方法 如何将电子节气门控制到期望的开度，是电子节气门控制的主要任务。本案例采用经典的 开度的控制。 PID 控制方式实现对节气门
RTD
4 8 3 7
-R
-RL
输入
典型值 200 mA 输入：n x 2 x 16 位数据；可选 2 x 16 位周期计数器， 4 字节
StartNextLatch
过程映像数据
时间
EL3413 三相功率测量端子模块 690V EL3413 是EL3403 的延伸版本。可以直接连接 690V 交流电，优化了在风力发电行业的应用。不需要上层的电压互感器。 电流输入隔离，可以使用所有公共端接地的电流互感器。EL3413 可以处理简单的网络分析高达 21 次谐波分析。谐波数据可 以通过网络读取。
EtherCAT网络及其伺服运动控制系统研究
2、扩展性强：EtherCAT网络采用总线型结构，可以方便地扩展网络规模， 适用于大规模的伺服运动控制系统。
3、抗干扰能力强：EtherCAT网络具有较好的抗干扰能力，能够在复杂的工 业环境中稳定运行，适用于各种恶劣条件的伺服运动控制系统。
三、研究方法
本次演示对基于Linux平台的EtherCAT运动控制系统进行研究。首先，通过 对系统需求进行分析，确定系统的基本架构和功能模块。接着，进行系统设计， 包括硬件选型、软件编程、系统调试等环节。最后，实施实验，对系统的稳定性、 实时性和数据传输率进行测试和评估。
四、实验结果与分析
通过实验，我们得到了基于Linux平台的EtherCAT运动控制系统的稳定性、 实时性和数据传输率等指标的数据。实验结果表明，该系统具有较高的稳定性和 实时性，能够在不同的工况条件下实现精确控制。同时，EtherCAT协议的高速数 据传输特性得到了充分体现，数据传输率达到了预期目标。
4、开放性：EtherCAT网络遵循以太网标准，具有开放性的特点，可以与各 种以太网设备进行无缝连接，方便构建集成化的伺服运动控制系统。
5、系统调试：对整个系统进行 调试和优化，确保系统稳定运行 并满足各项性能指标。
1、网络安全：确保EtherCAT网络的安全性，采取必要的安全措施，如设置 防火墙、加密通信等，防止网络攻击和数据泄露。
EtherCAT网络是一种工业以太网技术，由德国Beckhoff公司开发。它具有实 时性高、抗干扰能力强、扩展性强等优点，被广泛应用于各种工业自动化领域。 EtherCAT网络采用主从结构，由一个主站和多个从站组成，主站发送命令，从站 执行命令并向主站反馈执行结果。这种结构能够实现快速的数据传输和响应，适 用于高精度的伺服运动控制系统。
Beckhoff状态监测系统解决方案pdf-倍福
04.12.2014
5
New Automation Technology
基于TwinCAT3的TF36XX状态监测系统介绍
PLC里相应的功能块：如FB_Envelope通过TcCOM调用使用C++编写封装的CM组件。 调用的图解见下图
04.12.2014
6
New Automation Technology
04.12.2014
18
New Automation Technology
Beckhoff 状态监测介绍
峭度指标 是无量纲参数，由于它与轴承转速、尺寸、载荷等无关，对冲击信号特别敏感，特别适 用于表面损伤类故障、尤其是早期故障的诊断。 在轴承无故障运转时，由于各种不确定因素的影响，振动信号的幅值分布接近正态分布， 峭度指标值K≈3;随着故障的出现和发展，振动信号中大幅值的概率密度增加，信号幅值 的分布偏离正态分布，正态曲线出现偏斜或分散，峭度值也随之增大。峭度指标的绝对 值越大，说明轴承偏离其正常状态，故障越严重，如当其K>8时，则很可能出现了较大 的故障。 峭度系数的意义如图1所示。当K=3定义为分布 曲线具有正常峰度（即零峭度）；当K>3时，分 布曲线具有正峭度。由(式2)可知，当标准差σt小 于正常状态下的标准差，即观测值的分散程度较 小时，K增大，此时正态分布曲线峰顶的高度高 于正常正态分布曲线，故称为正峭度。当K<3时， 分布曲线具有负峭度，由(式2)可以看出，当标 准差σt大于正常状态下的标准差，即观测值的分 散程度较大时，K减小，此时正态分布曲线峰顶 的高度低于正常正态分布曲线，故称为负峭度。
New Automation Technology
Beckhoff 状态监测系统
基于EtherCAT的多轴运动控制器
含义 接收方MAC地址 发送方MAC地址
0x88A4 数据区长度，即子报文长度加和 1，代表与从站通信，其余保留
循环冗余校验和
EtherCAT没有重新定义新的以太网帧结构，而是在 标准以太网帧结构中使用了一个特殊的以太网帧类型 0x88A4，采用这种方式可以使控制数据 直接写入以太网 帧内，并且可以与遵守其它协议的以太网帧在同一网络 中并行。一个EtherCAT帧中可以包含若干个EtherCAT子 报文，报文结构如图3，各部分含义见表2，每个报文都 服务于一块逻辑过程映像区的特定内存区域，由FMMU （Fieldbus Memory Management Unit，负责逻辑地址与 物理地址的映射）寄存器和SM（Sync Manager，负责对 ESC和微处理器内存的读写）寄存器定义，该区域最大可 达４GB字节。EtherCAT报文由一个16位的 WKC(Working Count)结束，其数据区最大长度可达1486 个字节。在报文头中由8位命令区数据决定主站对从站的 寻址方式，由于数据链独立于物理顺序，因此可以对 EtherCAT从站进行任意的编址。
现场总线）是德国BECKHOFF公
司提出的实时工业以太网技术.
•
它基于标准的以太网技术，具
备灵活的网络拓扑结构，系统配置
简单，具有高速、高有效数据率等
特点，其有效数据率可达90%以上.
EtherCAT产品
1.1 EtherCAT系统组成和工作原理
• EtherCAT采用主从式结构， • 主站PC机采用标准的100Base-TX以太网卡， • 从站采用专用芯片。 • 系统控制周期由主站发起，主站发出下行电报.数
• 从站控制器与主站交换两种形式的数据，
• 一种是周期性数据，
（1条消息）倍福beckhoff运动控制相关功能块，百晓生知识处理库发布
（1条消息）倍福beckhoff运动控制相关功能块，百晓生知识处理库发布由百晓生自创知识处理库整理清洗与发布，顶级知识整理加工生产python功能库。
转载请注明出处https:///gkbxs/article/details/116654106FB_MC_FeedTableMC_ GearInMultiMasterMC_Aborting 立即打断前动作，执行后动作MC_AxisParaMC_BlendingHigh 以较高的速度达到前动作的目标位置，然后执行后动作。
MC_BlendingLow 以较低的速度达到前动作的目标位置，然后执行后动作。
MC_BlendingNext 以后动作的速度达到前动作的目标位置，然后执行后动作。
MC_BlendingPrevious 以前动作的速度达到前动作的目标位置，然后执行后动作。
MC_BufferModeMC_Buffered 等前动作执行完成，停稳后再执行后动作。
MC_CAMACTIVATION_ASSOONASPOSSIBLE：考虑加速度和冲击在允许范围MC_CAMACTIVATION_ATMASTERAXISPOS：主轴绝对位置MC_CAMACTIVATION_ATMASTERCAMPOS：凸轮表的主轴位置，即主轴模态MC_CAMACTIVATION_INSTANTANEOUS ：不考虑加速度是否在允许范围MC_CAMACTIVATION_NEXTCYCLE：下一凸轮表周期生效MC_CAM_RefMC_CamAddMC_CamExchange 添加、移除和更换凸轮表MC_CamExchange 添加、移除和更换凸轮表。
也可以使用MC_CamIn_VMC_CamIn 和 MC_CamIn_V 种电子凸轮耦合功能块：MC_CamIn 的接口和功能比较简单，就是固定个凸轮表MC_CamIn 耦合的，就不能切换凸轮表。
MC_CamInExtMC_CamIn_V 是MC_CamIn 的升级版，功能更强大，支持多个凸轮表的迭加和切换。
倍福科技自动化产品和应用案例
4通道热电偶输入模块, EL3314-0010
高精度, 开路识别
仿真 复杂控制
2011/11/9
EL3602-0010
型号电压-75…+75 mV, 测 量错误< ±0.05 % at 25 °C
全量程、 50 Hz 滤波)
数字万用表模块
EL3681
EL3125
2通道模拟量输入模块 0…20 mA, 超采样差分输
2011/11/9
7
倍福科技自动化技术应用领域---测试测量仪器
测试测量 机器人 仿真 复杂控制
2011/11/9
高级调试诊断 测试测量仪器 图像视觉 运动控制&机器人
仿真
复杂控制
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倍福科技自动化产品---测试测量状态监测领域
测试测量
机器人
震动
噪声
温度 重量
油体分析 能量监测
仿真
复杂控制
2011/11/9
问题。 § 高效率的软件接口,无需实施CPU之间的复杂通讯。
仿真
复杂控制
2011/11/9
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倍福科技自动化产品---机器人控制运动学模型
测试测量 机器人 仿真 复杂控制
2011/11/9
Cartesian Portal Roll kinematic (H-Bot)
Scara
Shear kinematic 2D Parallel kinematic
Scalability
Multicore Realtime
Supporting Standards
Supplements
Experience
Connectivity
Openess
倍福控制器原理介绍
TwinCAT的原理 BECKHOFF技术特点
TwinCAT 是一个自动控制软件包包含工程和运行时间软 件针对于:
• 实时核 • I/O数据采集 • 顺序控制 (软 PLC), • 运动控制 (软移动控制), • 通讯 (ADS),
并且所有这些是在Windows NT/2000/XP, 还有嵌入式 Windows NT/XP 和 . 的硬实时环境下
PC 平台 • 标准硬件 , 最佳性能 • 使用 PC 资源 • 使用主流操作系统 (Windows) • 易于集成到办公网络 • 开放的现场总线通讯
3
基于PC的 自动化
TwinCAT • 体系结构 • I/O • 控制 • 运动控制 • 插补运动控制 • 连通性 实施工程 摘要 问题
TwinCAT 的功能
3. The PLC Control in the status online.
TwinCAT的原理 BECKHOFF技术特点
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基于PC的 自动化
TwinCAT • 体系结构 • I/O • 控制 • 运动控制 • 插补运动控制 • 连通性 实施工程 摘要 问题
TwinCAT I/O 系统
• 对所有主要现场总线开放 • 支持PC 硬件 • 容易建立和诊断 • 从逻辑到物理 I/O的映射
控制 • 连通性 实施工程 摘要 问题
基于PC的自动化
TwinCAT的原理 BECKHOFF技术特点
控制的演变发展
工业PC 编程 工具 HMI
通讯
硬件 软件 机械的 电子的 Slots/CPUs 任务 并行连接 现场总线 通讯 直接访问
工业PC 编程 工具 HMI
路由器
..
CPU I/O NC
Beckhoff TwinCAT 3作为旋转分度系统的控制软件
Beckhoff TwinCAT 3作为旋转分度系统的控制软件
德国倍福自动化有限公司
【期刊名称】《自动化博览》
【年(卷),期】2015(0)11
【摘要】IMA公司在Automatica 2014展会上展出的CGM旋转分度台采用基于PC的运动控制系统,结构特别紧凑和多样化总部位于德国安倍格的IMA Automation公司借助一个全新的紧凑型旋转分度系统(最多能够实行8个装配步骤)满足装配应用中不断变化的需求。
系统具有更高的生产灵活性,同时提高操作效率和能效。
Beckhoff基于PC的控制技术和TwinCAT
【总页数】2页(P100-101)
【作者】德国倍福自动化有限公司
【作者单位】德国倍福自动化有限公司
【正文语种】中文
【相关文献】
1.Beckhoff TwinCAT 3作为旋转分度系统的控制软件 [J], ;
2.Beckhoff TwinCAT机器人运动学功能库和伺服技术提高了食品包装行业的效率[J], ;
3.倍福:TwinCAT 3楼宇楼宇控制软件 [J], ;
4.倍福推出新一代楼宇控制软件TwinCAT3 [J], 无;
5.倍福发布新一代楼宇控制软件：TwinCAT 3楼宇自动化 [J],
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twincat2教程案例
twincat2教程案例
Twincat 2是Beckhoff公司开发的一款用于工业自动化控制系统的软件平台。
它结合了PLC、运动控制、HMI、数据采集等功能，为工业自动化系统提供了全面的解决方案。
下面我将从不同的角度为你介绍一些Twincat 2的教程案例。
1. PLC编程，Twincat 2提供了丰富的PLC编程功能，可以实现逻辑控制、数据处理、通讯等功能。
在学习Twincat 2的PLC编程时，可以通过案例来深入理解其编程语言和逻辑结构，例如实现一个简单的流水线控制系统、温度控制系统等。
2. 运动控制，Twincat 2支持多轴运动控制，可以实现各种复杂的运动控制应用，如机械臂、输送带、注塑机等。
可以通过案例学习如何配置运动控制系统、编写运动控制程序、调试运动轴等。
3. HMI设计，Twincat 2提供了丰富的HMI设计功能，可以创建直观友好的人机界面。
通过案例学习如何设计HMI界面、实现数据显示、操作按钮、趋势图等功能。
4. 数据采集与分析，Twincat 2支持实时数据采集和分析，可
以帮助用户监控生产过程、分析生产数据。
可以通过案例学习如何配置数据采集设备、编写数据分析程序、实现报表生成等功能。
通过以上不同方面的案例学习，可以全面了解Twincat 2的功能和应用，提升工程师在工业自动化领域的技能和应用水平。
希望以上介绍对你有所帮助。
BECKHOFF基于PLCopen的运动控制解决方案
动态修改
Only segment points needed. The intermediate points are calculated depending on the actual function in the NC
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TwinCAT NC PTP—电子凸轮指令
• MC_CamScaling的指令的功
优点:该方法曲线的实现方法比较简单,不需要编程者有数学建模能力,在凸轮编辑 中根据工艺描点即可
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TwinCAT NC PTP-—WriteFunctionPoint
该凸轮表 中定义了4 个点 该凸轮曲 线是通过 凸轮工具 描点法实 现的,比较 简单. 该凸轮表 的每个位 置点都可 以在程序 中修改其 位置,以满 足曲线的 变化
能 1.能够动态的拉伸或收缩X轴和 Y轴大小. 2.能够灵活的修改X轴或Y轴的 起始位置. 3.可以灵活的选择何时生效变化 结果.
•MC_ReadCamTableSlaveDyn amics. 1.通过输入主轴位置,计算出相 应Cam Table表的从轴位置. 2.由以上得到从轴位置,可以在 凸轮表的任一位置去启动凸轮曲 线.
BECKHOFF基于PLCopen的运动控制解决方案
Drive Technology
10.01.2013
1
TwinCAT NC PTP 功能
普通定位运动(Point to Point) 电子齿轮同步 数字凸轮开关
凸轮轴
运动叠加（合成）
飞剪
2
TwinCAT NC PTP--PLCopen 功能块概览
Done MC-Stop
Done
Homing MC_Stop MC_Home Standstill MC_Power
倍福运动控制技术介绍
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
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
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Beckhoff运动控制—驱动解决方案 编码器----增量式编码器
自动化新技术
BECKHOFF运动控制产品介绍
Drive Technology
18.12.20ห้องสมุดไป่ตู้2
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
Interpolated
…
AccelerationProfile
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
倍福运动控制技术介绍解析
Drive Technology 26.10.2020 5
Beckhoff运动控制—驱动解决方案 AX5000
支持第三方nager
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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
直接连接旋转变压器 紧凑的结构
方便进行系统整合
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Beckhoff运动控制—驱动解决方案 编码器----SSI
KL5001
KL5051
1 D+ SSI data input D+ 4 CL+ Clock output CL+
5 D- SSI data input D8 CL- Clock output CL-
Drive Technology 26.10.2020 11
AL38xx | 直线伺服电机
Drive Technology 26.10.2020 12
Beckhoff支持的运动控制方式
DVI/USB
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
EL4132 EM7004 EL5101
EL2521/ EL2521/ KL2521 KL2521
EL7041/ KL2541
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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
CX1020 NC 控制器
KL2521模块
伺服驱动器 动力电缆
编码器反馈电缆
BECKHOFF CX运动控制系统在工业CT专机上的应用
BECKHOFF CX运动控制系统在工业CT机TZ1001中的应用胡国清（武汉华中自控技术发展有限公司，湖北武汉430077）内容提要：应用BECKHOFF CX1020运动控制系统实现TZ1001工业CT专机的主要控制功能，如闭环控制、NC程序运行、HMI监控和双向位置精度补偿等。
关键词：CX运动控制系统；工业CT机；双向精度补偿中图分类号TP2 文献标识码 BTZ1001高能X射线工业DR/CT快速检测专机由两个同步运行的加速器X1和探测器X2运行轴、分度B轴、探测微动调整W轴和工件定位移动X3轴构成，其中X1、X2、B、W 均为伺服轴，X1、X2轴行程10500mm，X3轴行程7500mm，对同步定位、重复定位、分度等精度均有较高要求。
1.系统配置选用具有较高性能CPU的嵌入式PC模块CX1020，带TwinCAT PLC/NCI软件，通过EtherCAT总线与I/O模块、AX5000系列伺服驱动装置通讯，EK1110是EtherCAT总线的扩展端子模块，它与前一段EtherCA T的末端相连，可将EtherCAT电缆束的电气隔离长度增加到100米，并将E_bus信号转换为100BASE-TX以太网信号。
系统配置如图1所示。
图1 TZ1001控制系统配置图AX5206是双轴2×6A伺服驱动装置，驱动AM3000系列伺服电机，通过EtherCAT与CX1020直接通讯，所有的组态参数与动态数据均通过EtherCAT与PLC、NC实现数据交换。
AX5200系列双轴伺服驱动装置有一个特点，它的两个通道的驱动电流可以软分配，例如对AX5206来说，可以是A通道的负载电流为9A，B通道的负载电流为3A，只要总的工作电流不超过2×6A即可。
各轴的行程限位、参考点等直接接入AX5000，也可接入PLC的I/O 模块。
X1、X2轴位置测量选用Renishaw LM10磁栅尺，其中X1的LM10方波信号通过RS422接入ELCO EMA信号分配器分为两路隔离输出，一路接入EL5101增量编码器接口模块，实现闭环控制，另一路作为X光机扫描触发模块的触发信号。
Beckhoff-运动控制简介
面板型 PC C33xx = 19-英寸面板型 PC C36xx =嵌入式面板型 PC
1. 标准/定制 0 = 标准 1 = 定制 (剩余的 3 位数字分别由 IPC Marketing 部门指定) 2. (不用) 0 3. 键盘接口 1 = 前置键盘接口 (只是不带前薄膜面 板)
4. 显示屏 0 = 仅显示 1 = 触摸屏 2 = 触摸板
可能是，例如: CP6202-0000 CP6202-0001 CP6202-0002 CP6202-0010 CP6202-0011
工业PC 21.04.2020 11
CP6xxx | 面板型 PC – 前面板防护等级 IP 65
控制面板
+
PC =
面板型 PC
控制面板均在面板型 PC 的前端
配备最高性能组件的 面板型 P源自 CP6xxx，组件 ▪ 客制化生产，灵活地满足您细致入微的要求 ▪ 多种工业 PC 附件，增强和扩展工业 PC 的应用范围和实际能
力
工业PC 21.04.2020 7
工业PC
Beckhoff 工业 PC 种类划分
面板型 PC ▪ 专为安装在控制柜前部，或安装臂式系统而设计 ▪ 各种控制面板配以不同型号的叠加式 PC，即可组成多种面板型 PC 单纯的工业 PC （控制柜式工业 PC） ▪ 与相关的软件相结合，不同外观和形式的 PC，是范围广泛的各种自动
示器
TFT 显示器
Intel® Core™ Duo 或 Core™2 Duo
Intel® Core™ Duo 或 Core™2 Duo
无源背板
3.5 英寸
4
1 Mini PCI 插槽
1 PCI
1 Mini PCI 插槽
基于 PC 的激光切割控制解决方案
Beckhoff®、TwinCAT®、EtherCAT®、Safety over EtherCAT®、TwinSAFE® 和 XFC® 是德国倍福自动化有限公司的注册商标。本手册中所使用的其它名称 可能是商标名称，任何第三方为其自身目的而引用，都可能触犯商标所有者的权利。
Debugging
TcCOM
TcCOM
Task
PLC
Call
TcCOM
NC Task
TcCOM
TcCOM
TwinCAT Real-time Kernel
Task
C++ Module
Task
Task
CNC
TcCOM
Task
Байду номын сангаас
TcCOM
Call Simulink® Module
Call PLC
TcCOM
Task
N10 Z[DIST_CTRL SET_POS=30] N20 Z[DIST_CTRL ON] … Nxx Z[DIST_CTRL OFF]
预先设定随动高度为 30 启动随动控制
关闭随动
这种 CNC 随动的控制方案，只需要客户编写极少量的 PLC 代码就可以完成。为客户快速开发原型机提供了可能。并且 由于该功能是内核级别的功能，已经得到了非常严格的测试，运行非常稳定。这对于随动控制非常重要，因为不稳定 的随动系统，会引起切割头撞板事故，情况严重的可能损害切割头。
Set position of interpolator (PCS)
+
BECKHOFF基于PLCopen的运动控制解决方案
TwinCAT NC PTP—电子凸轮指令
应用案例:膜包机,卸箱机
14
TwinCAT NC PTP-—WriteFunction
建立凸轮数据表的数组,该数组内数据的数量根据客户工艺曲线的需要.如 512,1024,4096个. 通过自己进行数学建模,通过分段函数的方式,实现各类复杂曲线.本质上复杂 的工艺曲线如旋切,追剪以及各类特殊工艺曲线都是由这种方法实现的. 该类凸轮曲线的优点是:非常灵活,可以满足一切工艺曲线的需求.
绝对值定位：执行机构移动到设定的坐 标位置,实现绝对值定位。
相对值定位：执行机构移动设定的位置 值,是一种增量的定位方式.
Drive Technology 10.01.2013 5
TwinCAT NC PTP- --点到点叠加运动
叠加运动指令 该指令用于伺服轴运动过程中进行一个点到点位置的叠加.
Drive Technology 10.01.2013 6
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TwinCAT NC PTP—MC_CamScaling
MC_CamScaling的指令的效果
CamScaling可以 看成是动态修改曲 线的指令.
不仅仅是使用 offset,主从轴 scaling的方式改变 凸轮曲线.
还可以通过上述的 WriteFunctionPoi nt或 WriteFunction改 变曲线.
A
B Feed
Ratio B:A 2:1
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TwinCAT电子齿轮同步—龙门钻床
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TwinCAT NC PTP—电子凸轮指令 Camming
• 主从轴之间非线性耦合 • 凸轮设计遵循 VDI guideline 2143 • 凸轮设计工具 TwinCAT cam design editor
倍福Beckhoff在步进电机控制中的应用研究汇总
倍福Beckhoff在步进电机控制中的应用研究倍福Beckhoff在步进电机控制中的应用研究类别：传感与控制该系统为某主机电控系统，完成对光束的准直过程中的参数诊断、数据采集、闭环控制等实时控制功能以及与主控系统的通信功能。
步进电机以性价比高，实时效果好，不需要昂贵的反馈系统著称，该系统中采用了一千多个步进电机来实现对光束的准直。
神光原型采用控制卡控制大量步进电机，控制卡控制步进电机没有负载位置的反馈信号，实时效果差，故障定位非常困难；试验中采用西门子PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)控制这些电机可靠性好，但控制少量步进电机时比较简单，控制大量步进电机时时序复杂，接线复杂，成本高，调试困难。
最终方案采用德国Beckhoff公司的自动化产品，如嵌入式控制器，现场总线端子、步进电机总线端子等设备控制电机，该方案具有成本较低、操作简便、占用空间小等优点，也提高了系统的性能和可靠性，现已通过试验和审进入调试阶段。
1 步进电机运动控制系统总体设计思想电控系统的总体设计思想为：控制系统设计应分别满足现场独立控制与远程集中控制，各子系统具备对系统各类设备的状态进行实时监测的功能，包括故障定位检测和报警；具备对系统各设备进行参数设置、参数采集、存储、处理等功能。
主控计算机位于主控制室内，通过1 000 Mb／s光纤网络与分控计算机通信，分控计算机通过光纤交换机与控制设备采用工业以太网通信，其网络拓扑图如图1所示。
2 步进电机运动控制系统设计方案 2.1 倍福步进电机总体控制架构设计采用基于嵌入式PC的模块化运动控制器，型号为CX1020，运动控制器本身集成双Ethernet 接口，其中一个向上连接到现场工业以太网，接受运动控制的调用指令，另一个可以作为本地调试的网络接口。
运动控制器、运动控制网络接口部件、步进电机驱动器通过硬实时的超高速以太网EtherCAT(Ethernet for Controland Automation Technology)构成运动控制网络系统，采用EtherCAT取代以往的现场总线传输技术，可以显著减少控制系统CPU的负荷，而且无需任何智能主站卡，适合集中式与分布式控制体系。
欧洲运动控制解决方案(3篇)
第1篇一、引言随着全球工业自动化程度的不断提高，运动控制技术作为自动化领域的重要组成部分，正逐渐成为推动制造业转型升级的关键因素。
欧洲作为全球运动控制技术的发源地，拥有众多技术领先的企业和解决方案。
本文将从技术创新、产品特点、市场前景等方面对欧洲运动控制解决方案进行深入剖析。
二、欧洲运动控制技术创新1. 电机驱动技术（1）高性能电机：欧洲企业在电机研发方面投入巨大，推出了一系列高性能电机，如伺服电机、步进电机等。
这些电机具有高精度、高效率、低噪音等特点，为运动控制提供了强大的动力支持。
（2）电机驱动器：欧洲企业在电机驱动器领域同样具有领先地位，推出了多种高性能、低成本的驱动器产品。
这些驱动器具有优异的动态响应、高精度定位、丰富的通信接口等特点，满足了不同应用场景的需求。
2. 控制算法（1）运动控制算法：欧洲企业在运动控制算法方面具有丰富的经验，研发了多种先进的运动控制算法，如PID控制、模糊控制、神经网络控制等。
这些算法提高了运动控制的精度、稳定性和可靠性。
（2）轨迹规划算法：为了实现复杂运动轨迹的控制，欧洲企业研发了多种轨迹规划算法，如五次多项式插值、贝塞尔曲线插值等。
这些算法可以满足高速、高精度、复杂运动轨迹的控制需求。
3. 传感器技术（1）位置传感器：欧洲企业在位置传感器领域具有丰富的产品线，如编码器、测速发电机等。
这些传感器具有高精度、高稳定性、抗干扰能力强等特点，为运动控制提供了可靠的位置信息。
（2）力传感器：力传感器在运动控制领域具有重要作用，欧洲企业研发了多种高性能力传感器，如压力传感器、扭矩传感器等。
这些传感器可以实时监测运动过程中的力信息，为运动控制提供反馈。
4. 通信技术（1）现场总线技术：欧洲企业在现场总线技术方面具有丰富的经验，如Profinet、EtherCAT等。
这些现场总线技术可以实现高速、可靠的数据传输，提高运动控制的实时性和稳定性。
（2）无线通信技术：随着物联网技术的发展，无线通信技术在运动控制领域得到了广泛应用。
运动控制解决方案(3篇)
第1篇随着科技的飞速发展，自动化和智能化已经成为工业生产、航空航天、机器人技术等领域的重要发展方向。
运动控制作为自动化技术的重要组成部分，其解决方案的研究和应用越来越受到广泛关注。
本文将从运动控制的基本概念、关键技术、解决方案以及发展趋势等方面进行探讨。
一、运动控制的基本概念1. 运动控制定义运动控制是指通过控制技术实现对运动体的运动轨迹、速度、加速度等参数的精确控制。
它广泛应用于工业自动化、机器人技术、航空航天、医疗器械等领域。
2. 运动控制类型（1）开环运动控制：开环运动控制是指运动控制系统中，输出不反馈到输入端的控制方式。
其优点是结构简单、成本低，但精度较低。
（2）闭环运动控制：闭环运动控制是指运动控制系统中，输出反馈到输入端的控制方式。
其优点是精度高、稳定性好，但系统复杂、成本较高。
（3）混合运动控制：混合运动控制是指结合开环和闭环控制方式的运动控制方式。
它充分发挥了两种控制方式的优点，具有更高的控制精度和稳定性。
二、运动控制关键技术1. 传感器技术传感器是运动控制系统中的关键部件，其性能直接影响系统的控制精度。
目前，常见的传感器有编码器、光电传感器、磁传感器等。
2. 控制器技术控制器是运动控制系统的核心，负责根据传感器采集的信号，计算出控制指令，驱动执行机构完成运动任务。
常见的控制器有PLC、运动控制器、DSP等。
3. 执行机构技术执行机构是运动控制系统的动力源，负责将控制指令转化为运动体的实际运动。
常见的执行机构有电机、伺服电机、步进电机等。
4. 伺服驱动技术伺服驱动技术是实现精确运动控制的关键技术，它负责将控制器输出的控制指令转化为电机转速和扭矩，从而实现精确的运动控制。
5. 人机交互技术人机交互技术是实现运动控制系统智能化、人性化的关键。
通过人机交互界面，用户可以方便地设置控制参数、监控系统运行状态等。
三、运动控制解决方案1. 伺服控制系统伺服控制系统是运动控制领域应用最为广泛的一种解决方案。
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9
TwinCAT NCI 功能
10
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
TwinCAT NC I
255 3 path axes + 5 auxiliary axes
IEC 61131-3
DIN 66025 extension Subroutine techniques NCI function blocks from the PLC
Linear, circular, helical interpolation in the main planes Look Ahead
Linear, circular, helical interpolation in the main planes/freely definable planes Look Ahead Spline interpolation Thread functions
11
TwinCAT CNC 功能
12
TwinCAT NC I 功能
Properties
Max. number of controlled axes Max. number of simultaneously interpolating per channel PLC programming NCI programming
Interpolation functions
NC 服务
例如. 1ms
2ms
3ms
4ms
NC 周期 (例如. 1ms) NC 周期 PLC 周期 (例如. 2ms)
NC 周期 PLC 周期
NC 周期
5ms
t
t
5
Beckhoff 运动控制实现方式TwinCAT NC PTP，NCI，CNC
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
逻辑运算与 位置，速度
处理
加速度控制
路径规划 闭环控制
同步，凸轮 飞剪等
CamTableSelect
Single Axes
MoveAbsolute MoveRelative MoveAdditive MoveSuperImposed MoveContinuous MoveVelocity Home Stop PositionProfile VelocityProfile AccelerationProfile
Multiple Axes
Non-Interpolated
CamIn CamOut GearIn GearOut Phasing
Interpolated
…
13
TwinCAT NC PTP- --PLCopen 功能块概览
MC_MoveAbsolute MC_MoveRelative MC_MoveSuperimposed MC_MoveAdditive MC_PositionProfile
MC_MoveAbsolute; MC_ MoveRelative MC_MoveAdditive; MC_PositionProfile
MC_MoveVelocity
Discrete Motion
TwinCAT CNC
255 12 10 32 path axes/spindles
PLC programming CNC programming
Interpolation functions
IEC 61131-3
DIN 66025 extension High-level language extensions Subroutine techniques User macros
TwinCAT NC PTP--PLCopen 功能块概览
AAddmmininisisttrraattivivee
MMoottioionn
Single Axes
Multiple Axes
Power Reset ReadStatus ReadAxisError ReadParameter WriteParameter ReadActualPosition
通用插补
NCPLPCTP
NCPLPCTP
NC I
NC PTP NC I
CNC
TWINCAT –PC Control PLC/NC PTP/CNC
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
内核模式
用户模式
TCP/IP
4
实时服务器
Beckhoff 运动控制系统机制
在 PC 上运行 PLC 和 NC
� 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
Beckhoff 运动控制技术及解决方案
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
控制软件---TwinCAT Totol Windows Control Automation Technology
TwinCAT 系统
•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 )
7
TwinCAT NC PTP 功能
普通定位运动 (Point to Point) 电子齿轮同步 数字凸轮开关 凸轮轴 运动叠加（合成） 飞剪
8
诊断功能 如示波器
系统管理器
PLC 控制
用户 HMI
用户 HMI
ADS
ADS
ADS
OCX/Dll
OPC
ADS
ADS
Windows NT, ADS 路由器 2000, XP
ADS
ADS
ADS
ADS
PLC 服务器
NC 服务器
其它 例如，凸轮等
I/O 服务器
I/O
I/O
I/O
I/O 映射 现场总线接口卡驱动程序