PMAC多轴运动控制卡学习硬件.doc

实用标准文案
目录
PMAC控制卡学习（硬件） (2)
第一章 PMAC简介 (2)
1.1 PMAC 的含义和特点 (2)
1.2 PMAC 的分类及区别 (2)
1.2.1 PMAC 的分类 (2)
1.2.2 PMAC 1 型卡与 2 型卡的主要区别 (2)
第二章 Turbo PMAC Clipper 控制器硬件配置 . (3)
2.1 Turbo PMAC Clipper 控制器简介 (3)
2.2 Turbo PMAC Clipper 硬件配置 (3)
2.2.1 Turbo PMAC Clipper 硬件标准配置为： (3)
2.2.2 Turbo PMAC Clipper 控制器可选附件 (6)
2.2.2.1 轴接口板. (6)
2.2.2.2 反馈接口板 . (7)
2.2.2.3 数字 I/O 接口板 . (7)
第三章 Turbo PMAC Clipper 设备连接 (7)
3.1 板卡安装 . (7)
3.2 控制卡供电. (7)
3.2.1 数字电源供电. (7)
3.2.2 DAC （数字 / 模拟转换）输出电路供电 (8)
3.2.3 标志位供电 . (8)
3.3 限位及回零开关 . (8)
3.3.1 限位类型 . (8)
3.3.2 回零开关 . (8)
3.4 电机信号连接 (9)
3.4.1 增量式编码器连接 (9)
3.4.2 DAC 输出信号 . (9)
3.4.3 脉冲 &方向（步进）驱动 . (10)
3.4.4 放大器使能信号 (AENAn/DIRn) . (10)
3.4.5 放大器错误信号 (FAULT-) . (10)
3.4.6 可选模拟量输入 . (11)
3.4.7 位置比较输出. (11)
3.4.8 串行接口 (JRS232) . (11)
3.5 设备连接示例 . (12)
3.6 接口及指示灯定义 . (13)
3.7 跳线定义 . (15)
3.8 Turbo PMAC Clipper 端口布置及控制结构图 (19)
21 附件 .......................................................................
1. 接口各针脚定义 (21)
2. 电路板尺寸及孔位置. (30)
PMAC控制卡学习（硬件）
第一章 PMAC简介
1.1 PMAC 的含义和特点
1．PMAC的含义：
PMAC是 program multiple axis controller可编程的多轴运动控制卡。

2.PMAC的特点：
PMAC卡是美国 Delta Tau公司九十年代推出的多功能运动控制器，能够提
供运动轴控制， PLC控制和数据采集等多种功能。

1.2 PMAC 的分类及区别
1.2.1 PMAC 的分类
1. PMAC卡按控制电机的控制信号来分：有 1 型卡和 2 型卡。

1 型卡控制信
号为± 10V 模拟量，主要用速度方式控制伺服电。

2 型卡输出 PWM数字量信号，
可直接变为 PULSE+DIR信号，来控制步进电机和位置控制方式的伺服电机。

2. PMAC卡按控制轴数来分：有 2 轴卡 (MINI PMACPCI) ，4 轴卡 (PMACPCI Lite ，
PMAC2PCI Lite ，PMAC2A-PC/104及 Clipper) ，8 轴卡：（PMAC-PCI，PMAC2-PCI，PMAC2A-PC/104及 Clipper ），32 轴卡：（ TURBO PMAC和 TURBO PMAC2）。

3.PMAC卡按通讯总线形式分：有 ISA 总线， PCI 总线， PCI04 总线，网口
和 VME总线。

PMAC各种轴数的 1 型和 2 型卡，都有上述的计算机总线方式供选
择。

PMAC除上述板卡形式外，还可以提供集成的系统级产品．有：UMAC，IMAC400，
IMAC800 ，IMAC flexADVANTAGE400， ADVANTAGE900等。

1.2.2 PMAC 1 型卡与 2 型卡的主要区别
PMAC 1PMAC2
CPU时钟（缺省）20MHZ40MHZ 控制信号形式DAC模拟量PWM数字量
双端口 RAM选项只有8轴卡不在板在板
在板 I/O 点数16IN 16OUT32IN/OUT +8IN 8 OUT
常用接线板ACC8D ACCP ACC8F ACC8S ACC8E 第二章 Turbo PMAC Clipper控制器硬件配
置
2.1 Turbo PMAC Clipper控制器简介
Turbo PMACClipper控制器(Turbo PMAC2Eth-Lite)是一款具备全部Turbo
PMAC特征的，用于对成本极端敏感的应用的多轴运动控制器。

这种功能强大的，但是又同时具备结构紧凑和超高性价比优点的多轴运动控制器，标准版本即带有Ethernet 以太网和 RS232 通讯接口以及内置 I/O 。

Clipper 控制器不仅采用
了一颗完整的 Turbo PMAC2-CPU而且提供了一个四轴伺服或步进控制加32 个数
字 I/O 点的最小配置，控制轴数和 I/O 还可以扩展。

2.2 Turbo PMAC Clipper硬件配置
2.2.1 Turbo PMAC Clipper硬件标准配置为：
电路板尺寸是110mm×220mm；
80 MHz DSP56303 Turbo PMAC CPU（CPU时钟频率为 80MHZ）；
256k x 24 用户SRAM(即静态随机存储器 , 是一种具有静止存取功能的内存，
不需要刷新电路即能保存它内部存储的数据。

存储容量为 256K,地址线有24
条。

) ；
1Mx 8 flash mermory用于备份及固件存储； ( 闪存是一种非易失性存储器，
即断电数据也不会丢失。

内存为 1M，8条I/O 接口。

) ；
RS-232串行接口；（计算机上的通讯接口之一，通常 RS-232 接口以9个引脚 (DB-9) 的型态出现，一般个人计算机上会有两组 RS-232 接口，分别称
为 COM1和 COM2。

）；
100 Mbps以太网接口；（传输速率 100Mbps=100/8=12.5MB/s）
480 Mbps USB 2.0接口；
4通道轴接口电路，每个通道包含：
在板模拟量±10V（12位）输出（输出的量为模拟量即为“模拟量输出”。

最常用的地方是电子技术领域，比如DA转换输出的即为模拟电流/ 电压（连续变化的电流/ 电压），模拟整流电路输出的也是模拟量。

）；
在板脉冲加方向数字输出；
3通道差分 / 单端编码器信号输入（差分信号：差分传输在两根线上都传
输信号，这两个信号的振幅相等，相位相反。

差分信号传输的是两根信号之间的电平差。

单端信号是在一跟导线上传输的与地之间的电平差。

）；
5个标志信号输入（限位，回零，报警等）， 2个标志信号输出；
UVW TTL-level 霍尔传感器输入（霍尔效应是电磁效应的一种，当电流垂
直于外磁场通过导体时，在导体的平行于磁场和电流方向的两个端面之间
会出现电势差，这一现象就是霍尔效应。

这个电势差也被称为霍尔电势差。

霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器，用途有 : 检测磁场或磁特性, 位移测量，力测量，角速度测量，线速度测量等。

TTL电平信号
（TTL-level ）是一种采用二进制规定表示的数据信号， TTL的电源工作电
压是5V，所以TTL的电平是根据电源电压5V来定的,+5V等价于逻辑“1”，0V等价于逻辑“0”，这被称做TTL（晶体管- 晶体管逻辑电平）信号系统，这是计算机处理器控制的设备内部各部分之间通信的标准技术。

）。

50针IDC接头的放大器 / 编码器接口（ IDC即Internet Data Center，即互联网数据中心是基于 Internet 网络，为集中式收集、存储、处理和发送数据的设备提供运行维护的设施基地并提供相关的服务。

IDC提供的主要业务包括域名注册查询主机托管 ( 机位、机架、机房出租 ) 、资源出租 ( 如虚拟主机业
文档大全
理服务 ( 如带宽管理、流量分析、负载均衡、入侵检测、系统漏洞诊断 ) ，以及其他支撑、运行服务等。

）
IDC接头
34针IDC接头的标志位接口；
4针Molex供电接口 (5V, ±12V(±12V仅为模拟量输入或输出时使用 ), GND) ；
Molex接头
PID/ 陷波/ 前馈控制算法（ PID控制算法是将偏差的比例（ P）、积分（I ）和
微分（D）通过线性组合构成，对被控对象进行控制。

PID控制器（亦称PID 调节器）是应用最为广泛的一种自动控制器。

陷波，是电力电子装置在正常工
作情况下，交流输入电流从一相切换到另一相时产生的周期性电压扰动。

陷波器是利用压电效应制成的带阻滤波器 , 它的作用是阻止或滤掉信号中有害分量对电路的影响。

前馈控制指通过观察情况、收集整理信息、掌握规律、预测
趋势，正确预计未来可能出现的问题，提前采取措施，将可能发生的偏差消除
在萌芽状态中，为避免在未来不同发展阶段可能出现的问题而事先采取的措
施，是在企业生产经营活动开始之前进行的控制，是一种开环控制。

）；
32个通用 TTL电平I/O 点( 方向可控 ):
16位复用端口，支持Delta Tau的I/O 附件（系统在复用端口上进行通讯，
只对输入的信息进行字符匹配，不对网络数据进行任何拦截、复制类操
作，所以对网络数据的传输性能丝毫不受影响。

）；
16位Opto端口，支持Opto-22类型设备（OPTO22是PAC产品之一，由美国
opto22公司生产制作，目前全球唯一提供终身保用承诺的工控产品。

）。

2路手轮端口，每路包含：
正交编码器输入；
脉冲（ PFM或PWM）输出（开关电源的控制技术主要有三种： (1) 脉冲宽度调制 (PWM)；(2) 脉冲频率调制 (PFM)；(3) 脉冲宽度频率调制 (PWM-
PFM)。

脉宽宽度调制式（ PWM）开关型稳压电路是在控制电路输出频率不
变的情况下，通过电压反馈调整其占空比，从而达到稳定输出电压的目的。

PFM：（Pulse frequency modulation) 脉冲频率调制是一种脉冲调制技术，
调制信号的频率随输入信号幅值而变化，其占空比不变。

由于调制信号通常
为频率变化的方波信号，因此， PFM也叫做方波 FM）。

2.2.2 Turbo PMAC Clipper控制器可选附件
2.2.2.1轴接口板
ACC-1P- 4 通道轴扩展接口板，反馈和I/O 扩展接口板；
ACC-8ES- 4 通道模拟量输出接口板；
ACC-8FS- 4 通道数字 PWM输出接口板。

（接口板主要用途：1. 通过并口线与电脑并口连接，输出部分电机驱动器连接，
即可用电脑直接控制电机的运动，支持 MACH、KCAM等软件 2. 有功率输出接口，
且每个功率输出都可以分别用不同的电压控制，最高控制电压100V。

其中主轴
并口为 PWM调速控制，可在 MACH3软件中实现调速控制，继电器控制并口可接MACH3软件中控制开关； 2. 有限位和急停接口，简单的连接两根线就可以实现
限位和急停功能，并且限位和急停接口都有光耦与并口隔离。

）
2.2.2.2反馈接口板
ACC-1P- 4 通道轴扩展接口板，反馈和I/O 扩展接口板；
ACC-51S- x4096 高分辨率正弦编码器细分板；
ACC-8TS- ACC-28B附件的高分辨率模拟量输入扩展接口板。

2.2.2.3数字I/O接口板
ACC-1P- 4 通道轴扩展接口板，反馈和I/O 扩展接口板；
第三章 Turbo PMAC Clipper设备连接
一般的，用户使用带端接模块的扁平电缆与Clipper进行连接，建议使用下列接线端子：
34 针 IDC 接头（ Phoenix 产品编号 2281063） Delta Tau 产品编号
100-FLKM34-000
50 针 IDC 接头（ Phoenix 产品编号 2281089） Delta Tau 产品编号
100-FLKM50-000
3.1板卡安装
Clipper 一般作为独立板卡控制器使用，在电路板的四个角和板的边缘均有安装孔。

ACC-1P或其他附件卡在 Clipper 电路板的叠放次序与使用无太大关系。

3.2控制卡供电
3.2.1数字电源供电
Clipper 电路板与其他附件卡正常工作状态下均需要1A@5V直流供电，然而Clipper 电路板的浪涌电流可能达到3A，所以建议使用6A@5V供电电源。

+5V及参考地应接到 TB1 端子，使用 18AWG标准线缆。

3.2.2 DAC （数字 / 模拟转换）输出电路供电
0.3A @ +12 到 +15V (4.5W)
0.25A @ -12 到 -15V (3.8W) （8 通道配置）
DAC的±12V 电源以及参考地可以由 TB1端子引入，也可以从 JMACH1接头引
入。

3.2.3标志位供电
Clipper 每个通道均有 5 个专用的数字输入点，这些点可以在设备接口上找到，分别名为： PLIMn, MLIMn ( 正、负行程限位 ), HOMEn ( 回零标志 ), FAULTn ( 放大器故障 ),以及USERn（用户输入）。

这些点对应的输入电路可以使用5 ～24V电源供电，电源及参考地同样可以引自TB1端子或 JMACH1接头。

3.3限位及回零开关
当这些输入点用作其原有的限位及回零功能时，会提供安全的精确硬件触发。

PLIMn和MLIMn是基于方向的限位控制，输入导通时才会允许电机运行。

如果未接入限位开关，要想使电机运行，必须通过设置 Ix24 变量以禁用限位功能。

3.3.1限位类型
PMAC限位须使用常闭且连接到低电平的连接方式，以免无故处于限位状态。

这样的设置会提供一个故障安全条件，通常会使用一个被动的常闭开关。

如果需使用接近开关，则应使用 5 到 24V对地常闭的 NPN sinking 型开关。

3.3.2回零开关
与必须是常闭且连接到低电平的限位开关不同，回零开关可以使用常开或常闭
开关，极性设定通过设置 I7mn2进行选择。

3.4 电机信号连接
3.4.1 增量式编码器连接
每一个 JMACH1接头均会提供 2 路+5V输出和 2 个参考地，用于对编码器或其他设备供电。

+5V输出位于第 1、2 两针，参考地位于第 3、4 两针。

编码器信号针脚
按编码器的顺序分组，例如： 1 号信号组（ CHA1+，CHA1，-CHB1+，CHC1+等等）隶属于 1 号编码器。

编码器号码通常与电机号码匹配，但这并非必须将编码器的A、B （正交）信号连接到对应的接头，对于编码器1，CHA1+位于第 5 针， CHB1+位于第9 针。

如果编码器的信号为单端信号，只需将额外的引脚悬空即可—不可接地。

但是如果使用单端信号编码器，需要检查电阻设置，对于差分编码器，将对应负信号接到端子上— CHA1接-到第 7 脚，CHB1接-到第 11 脚，第三个通道（索引脉冲）
为可选，对于编码器 1，CHC1+应接到第 13 脚，CHC1接-到第 15 脚。

连接示例：差分正交编码器接入 1 号编码器通道：
3.4.2 DAC输出信号
如果PMAC不负责电机换相，则仅需要输出一路模拟量指令来控制电机。

该路模拟量可以是单端或差分信号，这取决于所用的驱动器。

如果1 通道使用单端指令，需将 DAC1+（第 29 脚）接到驱动器的指令输入端口，将电机的指令信号返回线接
到 PMAC的 GND（第 48 脚），在这样的设置中， DAC1保-持悬空，不要接地。

如果 1 通道使用差分指令，须将 DAC1+（第 29 脚）接到驱动器指令输入的正端，将DAC1（-第31 脚）接到指令输入的负端，PMAC的GND仍然接到驱动器的公共端。

模拟量输出在不使用其原有伺服功能时，均可作为通用模拟量输出使用，只需使 M
变量指向输出寄存器，并向对应的 M变量中写入数值，PMAC即会输出对应的模拟量。

模拟量输出只能驱动一个高输入阻抗且无显著电流损耗（最高10mA）的电路，因为虽然 220 ? 输出电阻会使电流损耗小于 50mA，以避免对输出电路造成损害，但超
过 10mA的电流损耗仍会导致信号失真。

例如：
3.4.3脉冲&方向（步进）驱动
Clipper 或 Acc-1P 电路板可输出脉冲 &方向信号，可以控制步进驱动器或混合式驱动器，脉冲信号为 TTL电平。

3.4.4放大器使能信号(AENAn/DIRn)
大多数驱动器具有使能 / 禁用信号输入接口，允许控制器在需要时完全禁止驱动器输出，PMAC的 AENA引脚便对应此功能。

AENA1位于第 33 脚，信号为 OC门输出，可使用 3.3k ? 外部上拉电阻。

3.4.5放大器错误信号(FAULT-)
PMAC可以接收驱动器的错误报警信号以便知晓驱动器工作是否正常，是否需要切断输入及使能。

报警信号极性可以通过 Ixx24 变量进行设置。

FAULT位-于第 35
脚，默认设置下，该信号在错误状态下将会下拉以报错，这样的设置下，如果没有连接错误信号， PMAC会认为电机未处于报警状态。

3.4.6可选模拟量输入
可选的模拟量输入可以通过在基板上增加Option12 或在 Acc-1P 上增加Option2 来实现，每个选项可提供两路 12 位模拟量输入（范围 -10V~+10V）和 1 路12 位滤波 PWM模拟量输出。

3.4.7位置比较输出
位置比较（EQU）输出可在编码器到达预定位置时产生一个信号沿，这在搜索和测量应用时非常有效，具体使用方法在 PMAC2用户手册中有详细介绍。

3.4.8串行接口(JRS232)
如果要使用串行通讯，需要将当前Clipper 的J2 串行通讯口与PC的COM口使用线缆连接。

Delta Tau 提供了Acc-3L 线缆可以连接PMAC和DB-9接口的串口。

在特定的应用中，可能需要标准的 DB-9 转 DB-25或 DB-25转 DB-9转接器。

3.5设备连接示例
1.设备连接示例：使用± 10V 模拟量放大器
2.设备连接示例：使用脉冲 &方向驱动器
3.6接口及指示灯定义
J2 - 串行接口 (JRS232)
该接口可以使 PMAC与上位机通过 RS-232端口进行通讯， Delta Tau 提供了
Acc-3L 电缆将 PMAC接口转为 DB-9端子。

1.10 针母头扁平电缆接口 T&B Ansley P/N 609-1041 。

2. 标准 10 线扁平电缆 T&B Ansley P/N 171-10 。

J3 - 设备接口 (JMACH1)
JMACH1为主要的设备接口，在 PMAC上标志为 J3。

JMACH1包含了四个通道的设备 I/O ：模拟量输出、增量式编码器输入、放大器错误及使能信号以及供电接口。

1.50 针母头扁平电缆接口 T&B Ansley P/N 609-5041
2. 标准 50 线扁平电缆 T&B Ansley P/N 171-50
3.Phoenix 端子型号 FLKM 50 (公头) P/N 22 81 08 9
J4 - 设备接口 (JMACH2)
该设备接口在 PMAC上的标识为 JMACH2或 J4。

包含 4 个通道的设备 I/O ：限位输入标志、回零标志、脉冲加方向输出信号，另外B_WDO输出允许显示看门狗的状态。

1.34 针母头扁平电缆连接 T&B Ansley P/N 609-3441
2. 标准 34 线扁平电缆 T&B Ansley P/N 171-34
3.Phoenix 端子型号 FLKM 34 (male pins) P/N 22 81 06 3
J7 - 设备接口 (JMACH3)
该设备接口在 PMAC上的标号为 JMACH3或 J7，包含了 4 个通道用于霍尔器件换相的 U,V,W标志。

1.14 针母头扁平电缆连接 Delta Tau P/N 014-R00F14-0K0, T&B Ansley
P/N
609-1441
2. 标准 14 线扁平电缆 171-14 T&B Ansley
3.Phoenix 端子型号 FLKM14 (male pins) P/N 22 81 02 1
J8 - 多功能复用端口 (JTHW)
位于 JTHW接口的复用端口含有 8 个输入线及 8 个输出线，输出线可用于扩展大量的输入和输出点， Delta Tau 提供了附件板卡及软件设置（特殊的 M变量定义）以实现此特性。

可通过级联接法扩展多达 32 块复用 I/O 板。

1.26 针母头扁平电缆连接 T&B Ansley P/N 609-2641
2. 标准 26 线扁平电缆 T&B Ansley P/N 171.26
3.Phoenix 端子型号 FLKM 26 (公头) P/N 22 81 05 0
Acc-1P 的 JOPT端口提供了 8 个通用数字输入和 8 个通用数字输出。

每个输
入和输出有其对应的参考地， 34 针接头支持 OPTO-22或等效的光隔 I/O 模块。

1.34 针母头扁平电缆连接 T&B Ansley P/N 609-3441
2. 标准 34 线扁平电缆 T&B Ansley P/N 171-34
3.Phoenix 端子型号 FLKM 34 (male pins) P/N 22 81 06 3
J10 - 手轮及脉冲 &方向接口 (JHW/PD)
该端口在 PMAC上的标号为 JHW/PD或 J10，提供了来自 DSPGate2的 2 路正交编码器输入及脉冲输出（ PFM或 PWM）对。

1.26 针母头扁平电缆连接 T&B Ansley P/N 609-2641
2. 标准 26 线扁平电缆 T&B Ansley P/N 171.26
3.Phoenix 端子型号 FLKM 26 (公头) P/N 22 81 05 0
J13 -USB 通讯接口
该端口提供了 USB通讯接口，详情参考设备连接章节。

J14 - 以太网通讯接口
该端口提供了以太网接口，详情参考设备连接章节。

TB1 - 供电接口 (JPWR)
该端口为供电接口
LED 指示灯
D3：双色 LED，当 LED为绿色时表示电源供应正常，当 LED为红色时，表示触发了看门狗定时器。

3.7跳线定义
注：跳线是用于连接电路上两需求点的金属设备，用于电气连接。

对于电路板设计中提及到的跳线，指短距离的连接线，类似于飞线。

在 PCB设计时，无法通过 PCB布线使得需要连通的两点通过 PCB铜箔连接，或 PCB铜箔连接无法达到电气参数要求，或 PCB已生产出来后发现设计上的缺陷需要弥补而采用含有绝缘层的导线。

E0：强制复位控制—在正常使用中应去掉 E0，跳上 E0 会使 PMAC处于强制复位状态，该操作仅用于恢复出厂设置时使用， E0跳上时 PMAC处于不可操作状态。

E1 和 E2：串口选择（仅适用于 102 或更低版本）—这些跳线会为串行接口选择 CPU，可选主 PMACCPU或是以太网 CPU（更改 IP 地址）。

E1 和 E2 必须使用相同的设置。

1-2 选择主 CPU
2-3 选择以太网 CPU
E3：硬件复位控制—如果 E3 处移除状态（默认），PMAC会执行正常复位，将最近保存在 flash 存储中的数据加载到随机存储器中，如果 E3处于跳上状态，PMAC会在复位时执行初始化，将出厂设置加载到随机存储器中。

E4：禁用看门狗定时器—在正常使用中， E4 必须处于断开状态，以保证看门狗定时器执行，这是一个重要的安全特性。

可以在需要时短接 E4来禁用看门狗，以针对性的解决问题。

E5：仅用于厂家设置：
102 或更高版本—在正常使用时必须移除E5。

101 或更低版本—在正常使用时应将E5 的 1，2 针跳上。

E6：ADC使能—跳上 E6 可以使能 Option12 的模数转换电路，去掉跳线会禁用此功能，这在同时有带电流反馈的数字驱动器和 Option12 时是必要的。

E8：USB/以太网写保护—跳上E8才可以更改IP地址。

E10-E12：上电状态— E10 必须为 OFF，E11、E12 必须为 ON，这样上电或复位时 CPU才会从 FLSAH中读取固件。

在正常操作中这样的设置是必须的（其他设置仅供厂家使用）。

E13：固件加载—如果在上电/复位时E13是跳上的，Clipper会以引导
模式启动，将固件加载到Flash 存储芯片中。

当PMAC上位机程序以此模式建立与板的通讯，他会自动检测到 Clipper 处于引导模式并让用户选择作为新固件下载的文件。

E13在正常上电和复位时必须是关闭的。

E14-E17：端口方向控制—这些跳线可选择 JTHW和 JOPT端口的 I/O 点方向。

可以使用这些跳线将这些点都设为输入，或输出，也可以设为一半输入，一半输出。

具体见下图：
注：如果将 E14移除，或将 E15跳上，那么在 JTHW的复用功能将不再可用。

3.8 Turbo PMAC Clipper端口布置及控制结构图
Turbo PMAC Clipper各端口3D布置图
Turbo PMAC Clipper各端口平面布置图
3PSS/S 样机控制系统结构图
附件1.接口各针脚定义
实用标准文案
2.电路板尺寸及孔位置
图示为 REV-10 3与R EV -I0 4 文档大全。