一.TwinCAT NC PTP系统介绍本章目标：通过本章节的学习，学员将了解：☑PLC轴、NC轴和物理轴的关系☑NC轴可控制的物理轴类型以及NC轴的数量☑NC轴的控制周期TwinCAT NC PTP是Beckhoff公司的运动控制软件的名称，TwinCAT是“The WindowsControl and Automation Technology"的缩写，即基于Windows操作系统的自动化控制技术，而NC PTP.是“Numerical Control Point To Point'的缩写，NC(Numerical Control)是自控领域的一个专业术语，类似MC(Motion Control),也指运动控制，NC PTP就是点对点的运动控制。TwinCAT NC是基于PC的纯软件的运动控制，它的功能与传统的运动控制模块、运动控制卡类似。由于TwinCAT NC与PLC运行在同一个CPU上，运动控制和逻辑控制之间的数据交换更直接、快速，因此TwinCAT NC比传统的运动控制器更加灵活和强大。TWINCAT NC的另一个特点是完全独立于硬件，用户可以选择不同厂家的驱动器和电机，而控制程序不变。程序的运动控制指令集遵循PLCOpen组织关于运动控制功能块的定义规范V1.0和V2.0。TwinCAT NC有PTP和NCI两个级别，PTP即点对点控制方式，可控制单轴定位或者定速，也可以实现两轴之间的电子齿轮、电子凸轮同步。在此基础上，Beckhoff还提供DancerControl(张力控制)、Flying Saw(飞锯)、FIFO(先入先出)等多轴联动方式。此外，用户还可以在PLC程序中编写位置发生器，每个PLC周期都计算目标位置、速度和加速度，并发送给TwinCAT NC去执行。而TwinCAT NCI除了能够实现TwinCAT NC PTP的所有功能之外，还可以执行G代码，实现多轴之间的直线、圆弧和空间螺旋插补。1,TwinCAT NC PTP.与winCAT PLC的关系TwinCAT NC PTP:把一个电机的运动控制分为三层：PLC轴、NC轴和物理轴。A、PLC程序中定义的轴变量，叫做PLC轴。B、在NC配置界面定义的AXIS,叫做NC轴.C、在1O配置中扫描或者添加的运动执行和位置反馈的硬件，叫做物理轴。它们的关系如图所示：逻辑控制程序与NC的接口(PLC轴)与0模块的接口PLC_to_NCNC_to_PLCOutput与PLC的接口个EncoderDrive目标位置和状态字当前位置和控制字I0,硬件与NC控制的接口输出模块指示灯，同服马达位置反馈按钮由图可见，PLC程序对电机的控制，必须经过两个环节：PLC轴到NC轴：NC轴再到物理轴。PLC轴的控制，是指PLC程序中编程，调用运动控制库的功能块。NC轴不需要编程，它的运算分为轨迹规划、PID运算和IO接口处理。其中轨迹规划和PD运算是固定的，与硬件无关。IO接口处理随接口类型而不同。这些运算都在后台进行，用户只需要进行参数设置。这些参数可以固化在TwinCAT System Manageri配置文件中，也可以在PLC程序中通过ADS指令读写。物理轴，指驱动器、电机和编码器。物理轴的配置，主是要驱动器的设置。在驱动器中，要配置好正确型号的电机、编码器、电子齿轮比，还要调整位置环、速度环、电流环的PD参数。如果是总线接口，还要设置好接口变量和通讯参数。TwinCAT NC做轨迹规划，是指接收到PLC指令以某个速度运动到某个位置后，计算出每个NC周期（比如：2s)伺服轴应该到达的位置。1O接口处理，是指根据轴的硬件类型和相应的参数设置，进行单位换算，将NC运算得出的目的位置，换算成驱动器可接受的输出变量值。2,TwinCAT NC PTP:控制的轴的类型和数量和传统的硬件运动控制器和运动控制卡不同，TwinCAT NC PTP是纯软件的运动控制。理论上，最多可以驱动255个同服轴。在实际应用中，一个EPC或者PC上运行的TwinCAT NCPTP软件能够控制的伺服轴数量，与PC或者EPC的CPU速度、内存以及NC任务的周期有关。图：BECKHOFF的控制器上运行TwinCAT NC的性能对比NC任务周期：2ms轴类型：AX5203PLC任务周期：10ms70067060050040033930024420022015910012511286CX1010CX1020CX1030口12轴▣6轴TwinCAT NC支持多种同服轴类型，下面介绍几种常用类型：总线接口生产的同一种总线协议的伺服驱动器，在TwinCAT NC中视作同一种驱动器。值得一提的是，对于EtherCAT接口的驱动器，其协议层通常使用CanOpen,或者Sercos。在TwinCAT NC驱动器，也视作同一种驱动器。紧凑型驱动模块这里主要是指Beckhoff.公司的步进电机驱动模块L2531/2541、EL7031/7041,伺服电机驱动模块EL7201等等。高速脉冲接口TwinCAT NC通过控制脉冲输出摸块KL/EL2521的输出频率，控制同服驱动器或者步进电机驱动器。同时，TwinCAT NC.直接把KL/EL2521发出的脉冲数量，作为位置反馈信号。TwinCAT NC通过控制电压输出模块KL/EL4xx的电压，控制伺服驱动器和电机的速度。此时，必须配置编码器模块KL/EL5xx作为位置反馈。53,TwinCAT NC PTP的控制周期通常说的NC周期，是指轨迹规划和PID运算的周期，是NC与同服驱动器交换数据的周期，目标位置、当前位置、控制字、状态字都以这个频率更新。在TwinCAT SystemManager中，叫做NC Task SAF任务周期，默认值为2ms,理论上最小设置为S0us。当连接硬件运动轴时，以BECKHOFF的伺服驱动器AX5000为例，位置环周期为125us,所以NC周期设置为50us是没有意义的，实际上250us的NC周期己经是很高端的应用了。另一个NC周期，是NC与PLC交换数据的周期，比如NC轴状态、当前位置、使能信号等等，都是以这个周期刷新的。在TwinCAT System Manager中，叫做NC TaskSVB任务周期，默认值为10ms,与PLC程序中默认的任务周期一致。4,TwinCAT NC PTP的配置、编程、调试在开发PC上安装TwinCAT时，如果选择TwinCAT NC PTP或者TwinCAT NCI级别，安装完成后，运行TwinCAT System Manager,左边的树形结构中就包含了TwinCAT NC Configuration这一项。TwinCAT NC任务和轴的配置调试就是在这一项下进行。TwinCAT NC任务的配置主要是设置任务周期，多数情况下，使用默认值即可。TwinCAT NC轴的配置包括：编码器(Enc)、驱动器(Drive)、Nc控制器(Ctrl)、与PLCOutputs.则决定它对应PLC程序中的哪一个轴结构型变量。Ctr中的设置则决定了PID运算的模型和参数。TwinCAT NC轴的调试，分为单轴点动、指定方式动作和双轴齿轮或凸轮联动。这些动作都可以在TwinCAT System Manager的NC Configuration.项下完成，不需要编写任何PLC程序。NC轴调试的目标，是确保电机能够按要求走得准、走得稳，消除单位设置、PID参数、传动机械方面的误差。TwinCAT NC轴的编程，在TwinCAT PLC中通过引用运动控制功能库TcMC.Lib或者TcMC2.Lib,并调用其中功能块来实现。实际应用中，必须在TwinCAT NC轴调试完成后，才用PLC程序控制轴的动作，以达到设备的工艺要求。6二.System Manager中AX5000的配置本章目标：通过本章节的学习，学员将了解：☑驱动器扫描方法☑NC轴和物理轴的关系☑AX5000的配置方法☑通过System Manager?软件对轴进行正反转调试重要的NC参数设置如何配置第三方伺服驱动☑如何配置第三方伺服电机1.硬件扫描将培训器材上电后开始扫描硬件，培训室实验器材有两种，一种为：面板PC+1O+AX5000驱动+电机，简称器材A,一种为：嵌入式PC+O+AX5000驱动+电机，简称器材B,两种器材皆有Beckhoff的驱动和电机，在扫描硬件的时候会有下图提示，“AX5000设备或EL72X1设备己经发现，是否要扫描驱动器所带的电机型号？”，点击“是”之后，软件会扫描驱动器下面所带的电机，会花一些时间。TwinCAT System ManagerAX5000 or EL72x1 devices are found.Scan motors?It might take a long time.In case of AX5000,be sure to have motors connected with thepower supply (X01).INFO:the data of the unsuitable motors will NOT be loadedautomatically.You can go to 'Motor and Feedback'to use'Force'fuction to load the data after your scan or select themotor.然后会提示是否要添加NC轴和实际物理轴的链接，点击“是”。TwinCAT System ManagerEtherCAT drive(s)added.Append linked axis toNC-Configuration扫描完成后可以在Nc-Configuration中看到3根轴或者2根轴，器材A由于1O中还有EL7041步进电机模块，因此有3根轴，Axis1对应步进电机，Axis2、Axis3对应伺服驱动器控制的两台电机，IO-Configuration中扫描到硬件驱动器AX5203-0000-0011。SYSTEM-ConfigurationNC ConfigurationNC-Task 1 SVBNC-Task 1-Image▣TablesPLC·ConfigurationCam-Configuration/o-Configuration田Device1 (EtherCAT)白=Device5 EtherCAT)Device 5-ImageDevice 5-Image-Info田-Inputs守-Outputs▣Drive4AX5203-0000-0011)NC-Task 1 SAF Device 5 (EtherCAT)NC-Task 1 SAF.Device 5 (EtherCAT)-Info随堂问答：学员提问：EL72x1是什么产品？讲师解答：EL72x1是伺服端子模块，可以直接连接伺服电机，不需要专门配置一个伺服驱动器，可以直接通过System manager软件扫描到EL72xl下所带的电机型号。2.NC轴和物理轴的关系可以通过Axsi1-Settings-.Link to来选择NC轴所关联的物理轴，这个链接在扫描硬件的时候自动添加，也可以手动右键Axes,点击Append axis添加轴，将NC轴手动链接到物理轴上，这个窗口可以看到NC轴和物理轴的对应关系。Tables13TypeCam-Cenfguraton白L/O DevicesDevice 5-ImageDevice 5-Image-InfoMappingsNC-Task 1 SAF.Device 5 (EtherCAT)8展开/O Devices中AX5203下的变量，可以看到驱动器下面的变量都已经有关联了，右键其中的一个变量，点击Goto link variable,可以看到此变量和NC轴中的变量链接。Nc轴与物理轴就是通过这些变量来交换数据的，每个周期将驱动器的数据读取到NC中，NC处理完再将控制命令传给驱动器。+NC-Task 1-dmageNC-Task 1ce S (Ehe-CAT随堂问答：学员提问：NC轴是否可以不链接到物理轴上？讲师解答：可以，不链接物理轴的NC轴是虚轴，如果现场还没有硬件设备，可以先添加虚轴调试程序，或者可以将虚轴做为耦合功能的主轴来使用。93.AX5000的配置选中Drive4(AX5203-0000-O011)Configuration选项卡，CHANNEL下面的MOTOR ANDFEEDBACK,然后点击SelectMotor来手动添加驱动器所带的电机型号，也可以点击Scanmotorand feedback来自动获取电机型号，Configuration是用来对AX5000驱动器进行配置的窗口，我们AX5000驱动器的配置软件没有额外的软件，直接通过System manager软件可以配置，并且不需要专门的电缆，只需要网线即可完成配置，有些电机无法通过自动扫描的方式获取型号，因此只能通过Select Motor手动选择电机。-NC-Task 1 SAFNC-Task 1-imageTablesCam-ComfiguDevice 1-lmope-Infctor and FMappingsUINT2071073.0UINT20点击select motor之后，在弹出来的对话框中选择电机的型号Select a motor.(SchemaVersion.2.0)-(none]白.Synchronous MotorsCancel白BECKHOFF白DefaultAM3021-0001-000041.ve.2.0.2AM3021-1C01-0000A1.ver.2.0.2AM3021-2000-0000A.1ver.2.0.2LoadIcs=1.580A Suitable for AX5101-xxxx-xxxx:AX5103-xoxx-xxxxAX5206-xx-xxxx:AX5203-xxx-xx:AX5201-xxxx-oxx:Only show the suitable motors for this drive.选择合适的电机型号之后点击OK,接下来会提示如下窗口，选择驱动器实际的供电类型，点击OK。10Power supply and extra settings for AM3021-0C00-0000Choose the power supply settings:[Uact=225.6V)OKCancelDetailsUmain230.0VOEnable Umain Phase Error Detection20.0Disable Umain Phase Eror DetectionU-ing20.0+More settings然后会提示是否设置NC-标度以及一些NC的参数，这里可以点击确定或者取消。Motor and FeedbackSet Nc-Scaling and some Ne-parameters now?确定取消如果点击确定，那么会提示如下窗口，这里主要是用来设置电机旋转一圈，实际外部机械结构行走的物理量，比如电机带了一个丝杠，如果电机旋转一圈，丝杠移动的位移为20mm,那么就将20mm填入Feed constant这个参数里面，然后软件会自动根据Feed constant这个参数计算出丝杠移动的最大速度，参考速度等参数，点击SVE即可保存，当然也可以不点SAVE,用软件的默认参数，如果要让这些参数生效，那么一定要激活配置(Activateconfiguration)外部机械结构行走的物理量Save-Device Info13202150根据Feed constant计算外Channel A白Parameter部机械结构的最大移动速度，参考速度等参数199203225Process Data23507将CHANNEL B的电机也选择好之后，然后激活配置((activate configuration)11