脈沖型驅動器試運作可借助ZDevelop軟體快速驗證,主要包含以下四個部分:硬體接線,ZDevelop連接配接控制器,配置軸參數,發送運動指令檢視電機是否轉動。若無法運作參見問題排查部分解決。
01 脈沖軸驅動器試運作流程
一、硬體接線
以ZMC432總線運動控制器為例,支援EtherCAT、EtherNET、RS232、RS485、CAN、U盤等通訊接口,觀察控制器上的硬體接口,控制器參考架構如下圖。
可通過EtherNET網口或RS232序列槽連接配接到ZDevelop軟體完成試運作。
1.脈沖接口
正運動技術大部分控制器的脈沖控制接口為面闆上提供的DB26母頭的端子,例如下圖ZMC432的AXIS端子,闆載6個脈沖軸的接口。
AIXS端子内主要包含脈沖輸出的接線端子,編碼器回報的接線端子,驅動器的使能和報警信号,5V電源輸出和公共端,如下表所示。
參考下圖完成控制器與驅動器的脈沖控制接線,采用了差分接法,脈沖輸出包含四個端子PUL+、PUL-、DIR+、DIR-,分别與驅動器一一對應連接配接即可。
帶編碼器回報的驅動裝置,差分接線方式是将EA+、EA-、EB+、EB-、EZ+、EZ-分别連接配接編碼器。
再将針腳3接入驅動器的使能端子上,用于控制器給驅動器上使能信号。參考上圖。
AXIS 0 軸接口端子内的使能信号為OUT12;
AXIS 1 軸接口端子内的使能信号為OUT13;
依此類推。
使能操作:OP(12,ON),OP(13,ON)等。
驅動器報警信号通過針腳2傳入控制器,參考上圖。
AXIS 0 軸接口端子内的報警信号為IN24;
AXIS 1 軸接口端子内的報警信号為IN25;
依此類推。
驅動器報警輸入信号需要使用ALM_IN指令配置:ALM_IN(0)=24,ALM_IN(1)=25等。
脈沖的單端連接配接方式如下圖,下圖采用共陽極的接法,将驅動器的公共端接入DB26提供的+5V端子上。
編碼器的單端接線圖如下,編碼器的A,B(無Z信号的型号隻接AB兩相)與控制器正端子EA+、EB+一一對應連接配接,控制器的負端子懸空,編碼器的0V或地線端子,連接配接控制器軸接口内的GND端子即可,再按編碼器的供電要求接入電源。
2.IO接口
如下圖,ZMC432支援6路脈沖軸控制,IO口分普通IO口和高速IO口,普通IO口的響應頻率為10KHz,高速IO口的響應頻率為500KHz,ZMC432的高速IO口除了響應更快之外,部分還內建了特殊功能,參見下文說明。
(1)輸出口
輸出口内部電路如下圖,輸出口0-1支援PWM脈沖寬度調制輸出,同時還支援高速硬體比較輸出(PSO功能)。
PSO功能:PSO(positionsynchronizedoutput)即位置同步輸出,本質是通過采集實時的編碼器回報位置(無編碼器可使用輸出的脈沖位置)與比較模式設定的位置進行比較,控制OP高速同步輸出信号,PSO示意圖如下。
PSO一般與雷射器(或點膠噴射閥等裝置)同步輸出信号進行相位同步,在運動軌迹的所有階段以恒定的空間(或恒定時間)間隔觸發輸出開關,包括加速、減速和勻速段,進而實作脈沖能量均勻地作用在被加工物體上。
PSO功能的特點就是能高速且穩定的輸出信号,因為輸出精度足夠高,是以能夠在整個運動軌迹中以固定的距離觸發輸出信号而不用考慮總體速度,即在直線部分以很快的速度運動,而在圓角部分減速的同時也能保證輸出間距恒定。
通常圓角加工部分在整個加工過程中占有比較小的部分,這樣在保證加工效果的同時,就可以最大限度地提高産能。
PSO功能由HW_PSWITCH2指令實作,此指令有多種模式,支援等距輸出、固定周期輸出,自定義位置輸出等,精度高,響應快,具體應用方法參見曆史文章。
PWM功能:對支援PWM的OUT開啟PWM功能,需設定PWM的頻率和占空比,用于點膠閥的流速控制、雷射器的功率控制等場合。
(2)輸入口
輸入口内部電路如下圖,輸入口IN0-1支援鎖存功能。
鎖存:通過傳感器輸入信号,輸入口快速響應并鎖存編碼器目前的位置資訊,支援單次鎖存和連續鎖存。
二、ZDevelop連接配接控制器
采用正運動的ZDevelop開發軟體可快速完成裝置的試運作,控制器一般使用網口連接配接到ZDevelop,選擇IP位址連接配接,預設出廠IP:192.168.0.11,注意控制器需與PC處于同一網段。
也可以使用序列槽連接配接控制器,序列槽預設參數波特率38400,資料位8,無校驗,掉電後恢複預設參數。
三、配置脈沖軸參數
連接配接控制器之後先使能驅動器,根據硬體手冊描述的軸接口内的使能信号OUT編号,發送OP(ionum,ON)打開使能,例如ZMC432發送OP(12,ON)使能AXIS 0上的驅動器。
線上指令發送或視圖“輸出口”操作OP,上電即使能的步進驅動無需此操作。
以下軸參數可在“視圖”-“手動運動”或“軸參數”視窗快速配置,或建立工程寫入指令語句下載下傳到控制器。
1.BASE
BASE選擇脈沖軸接入的軸号,接在DB頭上軸編号即為面闆上辨別的AXIS編号。
2.ATYPE
ATYPE設定軸的類型,不帶回報的脈沖軸ATYPE=1/7,帶編碼器回報的ATYPE=4/5,編碼器單獨接入設定ATYPE=3/6。
3.UNITS
UNITS設定脈沖當量,根據驅動器的一圈脈沖數配置,作為控制器的基本機關,可設為電機轉動1°需要的脈沖數,驅動器若10000個脈沖轉一圈,可設定為UNITS=10000/360。
換算關系:若UNITS=10000,直線指令MOVE(5)表示下發50000個脈沖;運作速度SPEED=10,表示每秒下發100000個脈沖。
4.速度
SPEED運作速度、ACCEL加速度、DECEL減速度等基礎速度參數的設定;SRAMP指令設定S曲線,延長加速的時間,速度變化更為平緩,減少抖動,VP_MODE指令設定SS曲線,加速度平穩過渡,使軌迹更柔順,沖擊更小。
5.确認脈沖模式
控制器出廠預設的脈沖模式是脈沖+方向,脈沖模式需要比對才能運作,需确認驅動器的脈沖模式。
控制器支援三種脈沖模式,脈沖+方向,雙脈沖和正交脈沖(4系列及以上支援)三種,正/負邏輯均可配置。
脈沖模式修改使用INVERT_STEP指令,初始值INVERT_STEP=0,脈沖+方向模式。
文法INVERT_STEP = mode
mode:模式選擇,預設0,低8位(位0-位7)表示的模式值如下:
各個模式對應的電平如下:若極性對調,參考運動方向與原來相反。
描述 | 松下設定參考 | 三菱設定參考 | ||
Pr0.06 | Pr0.07 | PA13 | ||
脈沖/方向(脈沖正邏輯)(正向) | 3 | ××01h | ||
1 | 脈沖/方向(脈沖負邏輯)(正向) | / | / | ××11h |
2 | 脈沖/方向(脈沖正邏輯)(負向) | 1 | 3 | ××01h |
3 | 脈沖/方向(脈沖負邏輯)(負向) | / | / | ××11h |
4 | 雙脈沖(方向負邏輯)(正向) | / | / | ××10h |
5 | 雙脈沖(方向負邏輯)(負向) | / | / | ××10h |
6 | 雙脈沖(方向正邏輯)(正向) | 1 | 1 | ××00h(預設) |
7 | 雙脈沖(方向正邏輯)(負向) | 0(預設) | 1(預設) | ××00h(預設) |
高8位(位8-位15)表示方向變化保護時間,機關微秒:0-255
設定方法:INVERT_STEP(軸号) = 256*100+6,雙脈沖模式6,保護時間100微秒。
6.運動
采用視圖菜單的手動運動視窗或線上指令發送MOVE直線運動指令調試,通過DPOS目标位置(或MPOS回報位置)等擷取軸的運動情況,也可采用ZDevelop軟體的視圖視窗“示波器”實時采樣運動波形。
電機運動方向與電機極性設定和INVERT_STEP正/負邏輯設定有關。
7.參數檢視
軸參數配置完成可再“軸參數”視窗檢視,實時自動重新整理和顯示軸參數,支援輕按兩下直接修改配置參數。
軸選擇:用于選擇要顯示的軸号資訊。
參數選擇:用于自定義顯示關注的軸參數。
8.異常報警
發生異常報警ZDevelop軟體的“指令與輸出”視窗列印錯誤資訊提示,或産生AXISSTATUS報警提示。
AXISSTATUS為軸狀态參數,用于判斷軸目前是否發生異常,按位提示異常資訊,可多種異常資訊疊加,查詢下表确認,例如AXISSTATUS顯示20h,表示目前碰到負向硬限位,會導緻軸立即停止。
AXISSTATUS顯示1000h,表示下發脈沖頻率太快,一般隻有在高分辨率的裝置會産生此類問題,出現此報警将MAX_SPEED改大即可解決。
位 | 說明 | 列印值 | |
1 | 随動誤差超限告警 | 2 | 2h |
2 | 與遠端軸通訊出錯 | 4 | 4h |
3 | 遠端驅動器報錯 | 8 | 8h |
4 | 正向硬限位 | 16 | 10h |
5 | 負向硬限位 | 32 | 20h |
6 | 找原點中 | 64 | 40h |
7 | HOLD速度保持信号輸入 | 128 | 80h |
8 | 随動誤差超限出錯 | 256 | 100h |
9 | 超過正向軟限位 | 512 | 200h |
10 | 超過負向軟限位 | 1024 | 400h |
11 | CANCEL執行中 | 2048 | 800h |
12 | 脈沖頻率超過MAX_SPEED限制.需要修改降速或修改MAX_SPEED | 4096 | 1000h |
14 | 機械手指令坐标錯誤 | 16384 | 4000h |
18 | 電源異常 | 262144 | 40000h |
19 | 精準輸出緩沖溢出 | 524288 | 80000h |
21 | 運動中觸發特殊運動指令失敗 | 2097152 | 200000h |
22 | 告警信号輸入 | 4194304 | 400000h |
23 | 軸進入了暫停狀态 | 8388608 | 800000h |
試運作前要確定硬限位開關配置成功,作為機台的安全保護,防止過沖。
機台确認可以動作之後,通過DATUM指令配置回零模式,DATUM_IN指令配置原點傳感器映射到輸入口,回零說明參見曆史文章。
硬限位開關是限制軸的最大“允許行進範圍”的限位開關。硬限位開關是安裝在軸運動行程上的實體開關元件,一般是一個傳感器,硬限位開關由指令映射到相應輸入開關信号上,根據開關信号是常開還是常閉确定是否要對信号進行翻轉,設定完成後,碰到硬限位開關,對應軸立即停止運動,停止減速度為FASTDEC。
軟限位開關将限制軸的“工作範圍”,由指令直接設定限位位置,軸走到設定的DPOS坐标位置後,立即采用減速度FASTDEC停止運動,根據實際需求配置軟限位。
9.配置文法
FWD_IN = 正向硬限位接入的輸入口編号,-1取消映射;
REV_IN = 負向硬限位接入的輸入口編号,-1取消映射;
FS_LIMIT = 正向運動行程限制,取消設定較大值;
RS_LIMIT = 負向運動行程限制,取消設定較大值。
例如,ZDevelop軟體下方狀态欄提示axis0 alarm提示紅色的報警錯誤,檢查軸參數中軸0的AXISSTATUS參數,提示30h,對照AXISSTATUS指令說明,得知發生的是正負限位報警,檢視限位配置,即FWD_IN(0)=0,REV_IN(0)=1對應的IN0,IN1的配置,以及其相關的輸入是否INVERT_IN反轉了電平狀态。
四、手動運動快速調試
關閉所有除ZDevelop的軟體,同時使用ZDevelop連接配接控制器,下載下傳空程式,按前面說明手動設定選擇要調試的軸号、設定軸類型ATYPE、脈沖當量UNITS、加速度ACCEL、減速度DECEL、速度SPEED,然後打開“視圖”-“手動運動”,手動操作電機試運作。
操作方法:按住“左”/“右”不放,電機持續運動,松開停止。“指令位置”顯示目前發出的脈沖DPOS(機關為UNITS)。填寫“距離”參數,點選“運動”,勾選“絕對”時,電機運動到距離參數位置;不勾選“絕對”時,電機按距離參數繼續運動。
按照以上步驟設定之後,如果電機無法運動,參考下節說明排查。
02 電機不動作問題排查
一、脈沖軸排查步驟
二、報錯提示
- 驅動器有無報警提示,若産生報警,根據報警錯誤碼核對驅動器手冊說明解決後重新運作。
- 控制器端是否産生報警資訊,根據ZDevelop報警列印的錯誤資訊、錯誤碼或AXISSTATUS軸狀态提示,解除錯誤後重新運作。
三、參數設定不當
檢查下列參數是否設定合理:
1.電機是否使能成功,電機軸無法用手撥動即為成功使能;
2.下發運動的軸号一定要選擇正确,否則運動指令無法下發給該驅動器;
3.軸的類型根據ATYPE指令的表格填寫正确類型,類型錯誤控制器會報錯,導緻無法運動;
4.UNITS的值設定合理,脈沖下發速度太小導緻電機動作微弱,肉眼無法分辨是否運動;
5.下發運動指令後,軸參數視窗該軸的DPOS是否改變,未變表示脈沖并未發出,排查AXISSTATUS軸狀态有無提示,目前軸接口是否損壞。
四、動作不正确
1.電機隻能單向運動,可能原因有:
(1)電機處于限位狀态,檢視AXISSTATUS确認;
(2)電機控制模式不對,INVERT_STEP設定為相應的脈沖模式(雙脈沖或脈沖+方向);
(3)電機接線問題,确認接線。
2.DPOS和MPOS極性相反,或電機轉向與預期相反,解決辦法:
修改電機的極性,通過INVERT_STEP指令或驅動器軟體修改。
接線錯誤時注意事項:
⊙檢查脈沖接線和供電線路是否正确。
⊙檢查各子產品是否正确上電。
⊙檢查單端接線時确認IO是否上電成功。
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