PMAC运动控制系统

I-VARIABLES
CONFIGURED
I3, I4, I9
I100
I125
功能处理全由PC进行，并通过装在PC扩展槽中的 接口卡等进行控制。STEP-NC
（3）PC嵌入型NC
即在传统的专用数控机床中嵌入PC技术，PC 与CNC之间用专用总线连接。其优点是原型CNC 几乎可以不加改动的使用，且数据传送速度快、 系统响应快。其目的是增加数控系统的计算机功 能，实现联网和大规模数据处理。如FANUC公 司的150/160/180/210系统、Siemens840D系统、 Num1060系统、AB9/360等数控系统。
数控装置
控制模块
管理模块
电 位 插刀 误 速 G
监中P
机 置 补补 差 度 功 控 断 L
运 运 计计 补 处 能 处 处 C
动 动 算算 偿 理 处 理 理 处
控控
理
理
制制
ຫໍສະໝຸດ Baidu
数控软件功能模块
部分控制模块功能
电机运动控制 插补计算 刀补计算 监控处理 中断处理
匀加 速/ 控减 制速
控 制
直螺 线旋 、线 圆、 弧空 插间 补插
运 13. 通用自动化---输运带/同步
控制
3）PMAC 的典型开放式应用
A B C
Amplifier
A BC
interface
功率 放大
Motor
Enc. Halls
Machine I/O
工业现 场总线
PMAC
驱动受控 机械对象
Software Interface
4）PMAC 的应用系统建立
硬件
➢I/O扩展端口
➢64位位置计数范围
➢越程极限，回原点，伺服放大 ➢位置环，速度环，电流环三环
器报警，使能标志信号接口
矢量控制能力
➢LCD和VFD显示端口
➢曲线加减速控制
➢Bus and/or RS-422通信
➢自定义伺服算法能力
➢脱机运行
➢电子齿轮
➢G-Code 编程（可自定义）
➢先进的PID及扩展伺服算法
软件设置及定义
接线 判断连接 M变量内存图 定义坐标系
系统编程
设计程序结构 编写和调试程序
5）PMAC 的指令
1. I-变量 (1024)
初始化和变量设置 提前定义其含义 有的影响卡的全局 有的是电机的定义 有的是坐标系的定义 有的是编码器的定义
2. P-变量(1024)
用户定义的变量 48-bit 浮点格式 全局存取 (与坐标系无关)
✓ PC连接型NC 即将现有原型CNC与PC用通用串行线直接相连的一
种组成形式:DNC ✓ PC嵌入型NC 即在传统的专用数控机床中嵌入PC技术，PC与CNC
之间用专用总线连接。 －８４０系统。 ✓ 运动控制器+PC型 即在通用PC的扩展槽中插入运动控制卡，完全采用
以PC为硬件平台的数控系统。－PMAC运动控制器 ✓ 全软件型NC 即完全采用PC的全软件形式的数控系统。NC的全部
Enc
P (proportional gain比例增益) Ix30 I (integral gain积分增益)Ix33 D (derivative gain微分增益) Ix31
Spring刚性，刚度
Shock Absorber 减震，吸收
Important Setup I-Variables
SETUP PROGRAM FUNCTION
为了解决这些问题，人们提出了“开放式数控系统”的 概念。这个概念最早见于1987年美国的NGC(Next Generation Controller)计划， NGC控制技术通过实现基于相 互操作和分级式的软件模块的“开放式系统体系结构标准 规范（SOSAS）”找到解决问题的办法。一个开放式的系 统体系结构能够使供应商为实现专门的最佳方案去定制控 制系统。
伺服更新 2. 伺服环根据运动的设计者编写程序公式，从当前的实际位置和指令位置
增加指令的数值 四、换相更新 1. PMAC 以9KHZ的频率自动进行换向计算和控制； 2. PMAC 测量并估算 转子的磁场定向，然后处理电机的相之间的指令
1）PMAC 的功能
五、资源管理 1. 常规管理 定期自动执行资源管理功能，以确认谁正常 2. 报警 跟随误差限制、 硬件超程限制、软件超程限制、 放大器报警 3. 看门狗的更新 在每个PLC扫描之间, PMAC 执行上述任务保证自身的正常更新，如果这些
数控装置
管理模块
控制模块
电位插刀误速G 监中P
机置补补差度功控断L
运运计计补处能处处C
动动算算偿理处理理处
控控
理
理
制制
5.2 PMAC运动控制器
PMAC-Programmable
Multi-Axis
Controller是可编程多轴运动控制器，也称运动控
制计算机.
它 主 要 由 MOTOROLA DSP CPU 与 DELTA
3、PMAC系列运动控制器
PMAC 1 的标准配置
➢20MHz Motorola DSP 56001系 ➢线性，圆弧， 三次轨迹计算，
列数据信号处理器
样条插补
➢8路（数模转换）16位DAC输出 ➢256个运动程序存储能力
➢16个码盘通道输入
➢64个异步PLC程序存运行
➢16个通用I/O
➢超大程序的实时下载执行功能
（5）基于运动控制卡的开放式数控系统
常用的运动控制器主要包括PLC、PC-Based运动 控制卡、专用系统和驱动器集成运动控制。
运动控制卡是一种PC-Based的运动控制器， 主要厂商包括Delta TAU (PMAC)、GALIL (DMC)、 Bardor、Trio（英国翠欧）、NI、Advantech、Adlink、 Googol（固高）、雷赛、众为兴、成都步进、摩信 等。PMAC在高端市场表现最好，GALIL也表现不错。 从数量上讲，国内的厂商的出货量更多，但是主要 针对低端市场。
5.1.2 基于运动控制器的数控系统（功能概图）
计算机
PCI总线
运动控制器 基本模块
数控系统 （运动控制器）
开关量 I/O
其它I/O
伺服辅助控制信号
I/O模块
运动控制 指令
伺服 驱动器
位置反馈
主轴 驱动器
伺服电机
5.1.2 基于运动控制器的数控系统（PCI总线）
5.1.2 基于运动控制器的数控系统（软件系统）
2）PMAC 的应用领域
1.机床---磨床/车床/铣床/电加 工/攻丝 2.检验---半导体/机械 3.喷涂---混合涂料和喷涂 4.焊接---机械/半导体 5. 印刷---快速印刷 6.张力控制---织物处理 7. 食品加工---混合/分切/处理
8. 包装---塑料/食品 9. 材料处理---半导体贴片加工 10. 车辆控制---汽车/电车/叉车 11. 摄像控制---远距离控制 12. 机器人---3到 6轴抓举和搬
Communications Variables Motor Activated Flags & Modes Variable DAC Configuration Position Encoder Configuration DAC Trimming "Velocity" Encoder Configuration Encoder Relative Scaling Preliminary Tuning Variables Jogging Setup Variables Position Capture Configuration Homing Setup Variables
运动控制系统
制作人：丁富伟 2011年10月
5.1 开放式运动控制系统 5.2 PMAC运动控制器 5.3 PCI运动控制卡设计
5.1 开放式运动控制系统
基于PC的伺服运动控制系统是一种开放式结 构的系统，可以充分利用PC机的资源和第三方软 件资源完成用户应用程序的开发，将生成的应用 程序指令通过PC并行总线传送给运动控制器，运 动控制器根据来自PC机的应用程序命令，按照设 定的运动模式，向驱动器发出运动指令，完成相 应的实时运动规划。
电位计，磁致伸缩传感器，旋转变压器等. ✓ 多总线结构—PC， VME， STP， PCI， 104， MACRO. ✓ 一卡可同时控制8个轴，可扩展到128个轴连动. ✓ 后台PLC可扩展到1024点. ✓ 可独立运行RS-232，422 ✓ 由主机通过接口或总线发送指令 ✓ 在板DPRAM选项 ✓ 在板A/D转换选项 ✓ 32位在板I/O ✓ PWM, DAC 输出模式
功能不能在最小的频率内检测，卡上的看门狗将报警 六、与主机通信
1.随时与上位机实时通讯，甚至在一个运动序列中间； 2.将命令放入一个程序缓冲区以便以后执行； 3.如果命令非法则将向上位机主机报错。 七、任务优先级 1.任务是按照优先级电路组织起来，使应用程序以最优化、高效、安全的 运行 2. 优先级是固定的，但是他们的频率时可以由用户控制的
Ix21
2*Ix21
Ix21
Ix21
2*Ix21
T
6）受控制电机的运动方式
Ix20 加速时间 (Jog, Home) Ix21 S-曲线加速时间 (Jog, Home)
V
Ix20>2*Ix21
Ix21
Ix21
Ix21
T Ix21
Ix20
7）通过设置 I变量可以控制以下典型 P.I.D 伺服环
Following
补
刀刀 具具 半长 径度 补补 偿偿
键显 盘示 处处 理理
报急 警停 处处 理理
2、开放式数控系统
随着数控技术的发展，数控系统变得越来越复杂，暴露 出许多自身固有的缺陷。最大的问题是，这些数控系统都 是专门设计的，它们具有不同的编程语言、非标准的人机 接口、多种实时操作系统、非标准的硬件接口等，这些缺 陷造成了数控系统使用和维护的不便，也限制了数控技术 的进一步发展。
（4）软件数控
它的CNC软件全部装在计算机中，而硬件部分 仅是计算机与伺服驱动和外部I/O之间的标准化通 用接口。目前由于存在着操作系统的实时性标准统 一性及系统稳定性等问题，这种系统目前正处于探 求阶段，还没有大规模投入到实际的应用中。目前 全软件型NC的典型产品有美国MDSI公司的Open CNC、德国Power Automation公司的PA8000 NT等。
5.1 开放式运动控制系统
5.1.1 开放式数控系统 1、传统数控系统
一般数控系统由3部分 组成：
1，MMC：人机接口 2，CNC：运动控制部
分，
包括伺服部分，但一般
主轴在PLC部分。 3，PLC：机床的顺控部
分
人机接口 MMC PLC
NC控制器
伺服驱动器
CNC
传感器
机床强电
数控机床
数控系统软件功能模块
Error 跟随误差
Commanded
Actual
- = Position
Position
指令位置
实际位置
Command +
Position
Error
-
PID
Digital Number
Se rv o
Algorithm ?32767 DAC Bits
DAC ?10V 16 Bit
AM P
M
Actual Position
TAU公司开发和特制的用户门列IC组成.
主要功能: 1. 控制伺服轴 2. PLC 3. 数据采集
1、PMAC运动控制器结构
2、PMAC的开放式结构
✓ 基于PC（它本身也是一台计算机） ✓ 可控制各类电机—步进，交/直流服，线性电机，液压伺
服. ✓ 可接受各类反馈—增量绝对码盘，光栅尺，激光干涉仪，
1）PMAC 的功能
一、执行运动程序 1. PMAC 在某一时间执行一个运动, 并执行有关运动的所有计算 2. PMAC 总是在实际运动之前,正确地调和即将执行的运动 二、执行PLC程序 1. 以处理器允许的时间尽可能快的扫描PLC程序 2. PLC适用于某些异步于运动程序的运动过程 三、伺服环更新 1.对于每一个电机， PMAC都以一个固定频率（2KH左右）自动对其进行
（1）开放式数控系统的定义
• IEEE关于开放式系统的定义： 一个开放式数控系统应能够在多平台上运行，能
够与其他系统进行操作，并能够给用户提供一 致的交互界面 ； 1. 系统互换性； 2. 可伸缩性； 3. 可移植性； 4. 互操作性； 5. 可扩展性； 6. 不依赖于硬件、模块化；
（2）开放式数控系统的结构形式：
6）受控制电机的运动方式
Ix20 加速时间 (Jog, Home) Ix21 S-曲线加速时间 (Jog, Home)
V
Ix21=0
Ix20
Ix20
T
6）受控制电机的运动方式
Ix20 加速时间 (Jog, Home) Ix21 S-曲线加速时间 (Jog, Home)
V
Ix20<2*Ix21
Ix21