单元四 伺服系统NJ控制的设计.ppt

工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电工业机器人工作站系统集成主讲教师：汪励单元四 伺服系统NJ控制的设计 工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电 工作任务描述:根据任务3构建的G5系列伺服系统，控制工业机器自动生产线工作站输送线的运行。学习目标:通过本任务学习，应能：1.掌握NJ PLC EtherCAT系统配置方法。2.掌握伺服常用伺服驱动指令的应用。3.掌握输送线运行的特点。工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电 伺服系统NJ运动控制是指运用NJ CPU单元内置软件的运动控制功能模块（简称MC功能模块），通过CPU单元的内置EtherCAT端口，与EtherCAT端口连接的伺服驱动器建立周期通信，实现高速及高精度的机器控制。EtherCAT（Ethernet Control Automation Technology）是基于Ethernet系统，但动作更快、通信性能更高效一种高性能工作网络系统。各节点以高速传送以太网帧，因此可实现较短通信周期。另外，通过共享时钟信息的结构，可实现高精度同步控制。知识准备知识准备 工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电一、NJ运动控制的特点知识准备知识准备 1 1依据依据PLCopenPLCopen的运动控制指令的运动控制指令 MC功能模块的运动控制指令基于由PLCopen协会标志的运动控制块。这些指令允许用户编程进行单轴PTP（点对点）定位、插补控制、电子凸轮等同步控制以及速度控制和扭矩控制。此外，还可对各运动控制指令的启动设定速度、加速度、减速度及跃度，因此可实现灵活的控制效果。2 2通过通过EtherCATEtherCAT通信数据传送通信数据传送 通过与欧姆龙G5系列伺服驱动器EtherCAT通信内置型组合，以高速的数据通信交换所有的控制信息。使用数据通信传输各种控制指令，从而不受编码器反馈脉冲响应频率等接口规格的限制，将伺服电机的性能发挥至最大极限。另外，在高位控制器侧可处理伺服驱动器的各种控制参数及监控信息，从而实现系统信息管理的一元化。工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电二、EtherCAT系统设置知识准备知识准备 1 1系统配置系统配置 下面以一台NJ系列PLC控制器作为主站，下带二台支持ECT功能的伺服驱动器R88D-KN08H-ECT作为从站为例，说明EtherCAT的单元设置。系统配置如图所示。2 2硬件设定硬件设定 根据系统要求，需要将二台从站（伺服驱动器）分别设置为节点1和2。在硬件上的通过伺服驱动器上的二个拨码开关来设置节点号，左边一个为十位数，右边一个为个位数。如图所示。EtherCAT系统配置 从站节点号的设置 工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电二、EtherCAT系统设置知识准备知识准备 3 3软件设定软件设定(1)网络构成 1)主站登记 Sysmac Studio启动后，新建一个项目。登记一个CPU单元。右键多视图浏览器中的“EtherCAT”选择“Edit”或者双击“EtherCAT”进入EtherCAT标签，如图所示。EtherCAT标签 工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电二、EtherCAT系统设置知识准备知识准备 3 3软件设定软件设定 2)从站登记 从EtherCAT标签视图的右边选择需要的从站的型号伺服R88D-KN08H-ECT。选择到需要的型号后，双击或者拖拽其到EtherCAT标签里，重复这个过程，添加完毕所有的从站，如图所示。添加的从站必须与实际结构一致，否则在运行时会发生相应的错误。从站登记 工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电二、EtherCAT系统设置知识准备知识准备 3 3软件设定软件设定(2)主站与从站设定 1)主站设置 点击EtherCAT主站会出现相应的选项，如图所示。根据系统需要对相关项目进行设置。EtherCAT主站设置 工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电二、EtherCAT系统设置知识准备知识准备 3 3软件设定软件设定 2)从站设置 点击EtherCAT从站会出现相应的选项，如图所示。根据系统需要对相关项目进行设置。EtherCAT从站设置 工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电二、EtherCAT系统设置知识准备知识准备 3 3轴的创建轴的创建 在运动控制中，将运动控制的对象称为“轴”。(1)添加轴 右击多视图浏览器的配置和设置_运动控制设置_轴设置，选择添加_轴设置，如图所示。添加完成后在多视图浏览器的“轴设置”下会出现“MC_Axis000（0）”，如图所示。用同样的方法添加“MC_Axis001（1）”。添加轴的操作 添加轴 工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电二、EtherCAT系统设置知识准备知识准备 3 3轴的的创建建 (2)轴的基本设置 轴的基本设置用来设置是否使用轴。如果使用轴，则设置轴的类型和EtherCAT从站设备的节点地址。双击MC_Axis000（0），出现MC_Axis000（0）轴的基本设置界面，如图所示。对节点1上的轴进行设置。轴的基本设置 工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电二、EtherCAT系统设置知识准备知识准备 3 3轴的的创建建 轴的基本设置见表 项目功能轴号设定轴的逻辑编号0-63。系统定义的轴变量名称为“_MC_AX0-63”，编号为此处设定的编号。轴使用设置是否使用轴：使用、不使用。轴类型设置轴种类：伺服轴、编码器轴、虚拟伺服轴、虚拟编码器轴。虚拟轴不需要输入输出接线。反馈控制在选择伺服轴后自动生成。输入设备选择伺服驱动器或编码器，注册为EtherCAT网络设备轴的基本的基本设置置 工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电二、EtherCAT系统设置知识准备知识准备 轴种类内容伺服轴使用EtherCAT从站伺服驱动器的轴。分配为实际伺服驱动器加以使用。将1台伺服电机作为 1根轴使用。虚拟伺服轴MC功能模块内的虚拟轴。不使用实际伺服驱动器。作为同步控制的主轴等使用。编码器轴使用EtherCAT从站编码器输入终端的轴。分配为实际编码器输入终端加以使用。1台编码器输入终端有2个计数器时，将各个计数器作为1根轴使用。虚拟编码器轴虚拟执行编码器动作的轴。没有编码器实物时，作为编码器轴的替代品临时使用。轴的的类型型 3 3轴的的创建建轴的类型含有通过EtherCAT连接的实际伺服驱动器、编码器和MC功能模块内部的虚拟伺服驱动器、虚拟编码器。轴的类型见表。工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电二、EtherCAT系统设置知识准备知识准备 3 3轴的的创建建 (3)轴的单位换算设置点击单位换算设置按钮，出现“单位换算设置”界面，如图所示。轴的单位换算设置 工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电二、EtherCAT系统设置知识准备知识准备 3 3轴的创建轴的创建 电机转一周的指令脉冲数：与伺服电机配置的增量型编码器转一周的脉冲数相同。伺服电机R88M-K75030H配置20位增量编码器，因此设置为1048576脉冲/rev。设定电机转一周的工作行程：设置电机转一周实际的脉冲数，或者负载移动的直线距离。在工业机器人自动生产线工作站输送系统中，伺服电机设置为位置控制模式，使用指令MC_MoveVelocity进行模拟速度控制。故“电机转一周的工作行程”的显示单位选择“脉冲”，数值与“电机转一周的指令脉冲数”相同。工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电二、EtherCAT系统设置知识准备知识准备 3 3轴的创建轴的创建 (4)轴的操作设置 点击操作设置按钮，出现“操作设置”界面，如图所示。设置伺服电机的最大速度、最大加速度/减速度等参数。这里的单位会随着“单位单位换算界面”中的单位变化而变化。轴的操作设置 工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电二、EtherCAT系统设置知识准备知识准备 3 3轴的创建轴的创建 (5)轴的其他操作设置 点击其他操作设置按钮，出现“其他操作设置”界面，如图所示。设置立即停止输入停止方法等参数。轴的其他操作设置 工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电二、EtherCAT系统设置知识准备知识准备 3 3轴的创建轴的创建 (6)轴的位置计数设置 点击位置计数设置按钮，出现“位置计数设置”界面，如图所示。计数模式是轴的进给模式，为每个轴的命令位置选择计数模式。线性模式有一个有限的轴进给范围，环形模式有一个无限的轴进给范围。轴的位置计数设置 工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电二、EtherCAT系统设置知识准备知识准备 3 3轴的创建轴的创建 线性模式：以“0”为中心的直线设定。在相对值移动或绝对值移动等指定目标位置的定位中，无法发出超范围目标位置的指令。循环模式：在设定范围内重复无限计数的环计数器形式的模式。在转台或卷轴等中使用。轴的设置还有“限位设置”、“原点返回设置”、“伺服驱动设置”等，根据系统的要求进行选择设置。同样的方法对MC_Axis001（1）也就是对节点2上的轴进行设置。工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电二、EtherCAT系统设置知识准备知识准备 4 4伺服伺服驱动器的器的试运行运行 通过Sysmac Studio，使用MC试运行功能来检查网络的连接情况以及轴的参数设置是否正确。(1)使控制器处于“在线模式”。(2)在“MC_Axis000（0）”轴上单击鼠标右键，选择“开始MC试运行”，如图所示。开始MC试运行 工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电二、EtherCAT系统设置知识准备知识准备 4 4伺服伺服驱动器的器的试运行运行(3)当出现如图所示的警示对话框时，仔细阅读，确认安全。警对话框 工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电二、EtherCAT系统设置知识准备知识准备 4 4伺服驱动器的试运行伺服驱动器的试运行(4)点击警示对话框中的“确定”按钮。出现如图所示的MC试运行界面。MC试运行界面 工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电二、EtherCAT系统设置知识准备知识准备 4 4伺服驱动器的试运行伺服驱动器的试运行点动操作界面(5)在伺服ON的情况下，点击“点动“按钮，进入点动操作界面，如图所示。输入目标速度、加速度和减速度，然后点击“应用”按钮。操作运行按钮即可观察电机是否以设定的参数运行。工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电二、EtherCAT系统设置知识准备知识准备 三、三、轴变量量 MC功能模块控制轴的运行，轴变量是系统定义变量，用于表示轴参数和监视信息。用Sysmac Studio创建轴时，轴变量按照轴生成的顺序登记在变量表中。(1)轴变量的名称 轴变量的名称为_MC_AX0-63，0-63为轴号；数据类型为_sAXIS_REF型的结构体变量。(2)轴变量的属性 轴变量的属性见表，表中列举了部分轴变量。轴变量_MC_AX0-63轴状态_MC_AX0.Status轴准备执行_MC_AX0.Status.Ready轴无效_MC_AX0.Status.Disable轴控制状态_MC_AX0.Details轴空闲_MC_AX0.Details.Idle原点确定_MC_AX0.Details.Homed轴命令_MC_AX0.Cmd命令当前位置_MC_AX0.Cmd.Pos命令当前速度_MC_AX0.Cmd.Vel轴当前值_MC_AX0.Act当前实际位置_MC_AX0.Act.Pos当前实际速度_MC_AX0.Act.Vel轴变量的属性量的属性 工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电二、EtherCAT系统设置知识准备知识准备 四、轴状态的转换四、轴状态的转换 PLCopen运动控制指令决定了轴的状态变化。启动轴相应的运动控制指令后，轴的动作如图所示。(1)伺服OFF 轴处于伺服OFF的状态。切换至该状态时，解除指令多重启动的待机状态。1)轴无效：轴处于伺服OFF、停止中、启动准备就绪的状态。2)错误减速停止中：轴处于伺服OFF、停止中，发生轴异常的状态。轴状态的转换 工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电二、EtherCAT系统设置知识准备知识准备 四、轴状态的转换四、轴状态的转换 (2)伺服ON 轴处于伺服ON的状态。1)停止中：轴处于伺服ON，无动作的状态。2)定位动作中：正在执行指定了目标位置的定位的状态。也包括等待定位完成的状态和定位动作中将超调值设定为“0”而使速度为“0”的状态。3)连续动作中：正在执行未指定目标位置的连续动作的状态。速度控制或转矩控制时变为此状态。也包括将目标速度设为“0”而使速度为“0”的状态、以及连续动作中将超调值设定为“0”而使速度为“0”的状态。4)同步动作中：通过同步控制指令同步控制轴的状态。也包括同步控制指令切换后的同步等待状态。工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电二、EtherCAT系统设置知识准备知识准备 四、轴状态的转换四、轴状态的转换 5)减速停止中：通过MC_Stop（强制停止）指令或MC_TouchProbe（启用外部锁定）指令直至轴停止的状态。也包括通过MC_Stop（强制停止）指令停止后，Execute（启动）为TRUE的状态。该状态下无法通过轴指令执行动作。执行后指令的CommandAborted（执行中断）变为TRUE。6)错误减速停止中：轴处于伺服ON、发生轴异常的状态。也包括执行了MC_ImmediateStop（立即停止）指令的状态和轴因发生异常而减速的状态。该状态下无法执行轴动作指令。执行后指令处于中断（CommandAborted=1）状态。7)原点复位中：通过 MC_Home（原点复位）指令或 MC_HomeWithParameter（参数指定原点复位）指令搜索原点的状态。工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电二、EtherCAT系统设置知识准备知识准备 五、常用伺服驱动指令五、常用伺服驱动指令 要从NJ系列的用户程序执行运动控制功能，需要使用作为功能块定义的运动控制指令。MC功能模块的运动控制指令以PLCopen的运动控制用功能块的技术规格为基础。1MC_Power 将伺服驱动器切换为可运行状态。指令图如图4-83所示。图2-83 MC_Power指令 Axis：使用在Sysmac Studio的轴基本设定画面中创建的用户定义变量的轴变量名称（默认“MC_Axis*”）或系统定义变量的轴变量名称（_MC_AX*）。MC_Power指令工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电二、EtherCAT系统设置知识准备知识准备 五、常用伺服驱动指令五、常用伺服驱动指令 输入变量：Enable：将Enable（有效）设为TRUE时，Axis（轴）指定的轴进入可运行状态。可实现轴控制。将Enable（有效）设为FALSE，可解除Axis（轴）指定轴的可运行状态。解除可运行状态后，轴不接收动作指令，无法实现轴控制。输出变量：Status：进入可运行状态时变为TRUE。Busy：接收指令后变为TRUE。Error：发生异常时变为TRUE。ErrorID：发生异常时，输出错误代码。16#0000为正常。应用实例如图所示。MC_Power指令应用实例 工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电二、EtherCAT系统设置知识准备知识准备 五、常用伺服驱动指令五、常用伺服驱动指令 当PLC开机运行时，轴MC_Axis000处于可运行状态，变量“伺服已准备”=1；当发生异常时，变量“伺服故障”=1。2MC_MoveVelocity 使用伺服驱动器的位置控制模式，进行模拟速度控制。指令图如图所示。Execute（启动）：在Execute的上升沿，开始速度控制的动作。若在连续动作中变更输入参数，需再次将Execute设为TRUE，重启MC_MoveVelocity指令重启运动指令可变更的输入变量有Velocity（目标速度）、Acceleration（加速度）、Deceleration（减速度）。重启运动指令变更 Velocity（目标速度）时,InVelocity（达到目标速度）针对重启而设定的新目标速度进行动作。MC_MoveVelocity指令 工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电二、EtherCAT系统设置知识准备知识准备 五、常用伺服驱动指令五、常用伺服驱动指令 Direction（方向选择）：通过Direction指定移动方向。Direction为“0”时正方向移动；为“1”时负方向移动；为“3”时当前方向移动。Direction为“3”时，动作因轴是否停止而不同。轴已停止时，轴沿着上次的移动方向进行移动。接通电源或重启电源时正方向移动。在轴移动的过程中启动指令时，沿当前移动的方向移动。应用实例如图所示。MC_MoveVelocity指令应用实例 工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电二、EtherCAT系统设置知识准备知识准备 五、常用伺服驱动指令五、常用伺服驱动指令 当变量“伺服已准备”=1，且变量“伺服执行”=1时，轴MC_Axis000以变量“伺服速度给定”设定的速度正方向运行。3MC_Reset图4-87 MC_Reset指令 解除轴的异常。指令图如图所示。在Execute（启动）的上升沿,对Axis（轴）指定轴的异常开始解除处理。异常解除处理是指轴的异常解除、以及在驱动器侧发生异常时进行驱动器错误复位。无论轴的运行状态如何，均执行异常解除处理。MC_Reset指令工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电二、EtherCAT系统设置知识准备知识准备 五、常用伺服驱动指令五、常用伺服驱动指令 在错误减速停止中的轴减速停止中执行本指令时，无法执行，Failure(非法结束)”变为TRUE。这是因为在轴停止之前无法进行异常解除。可解除的异常对象为Execute（启动）上升沿时发生的异常。不能对在异常解除过程中发生的异常执行异常解除。应用实例如图所示。当变量“伺服故障”=1，且变量“复位标志”=1时，解除轴MC_Axis000的异常。MC_Reset指令应用实例 工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电任务书任务书。项目名称项目名称工业机器人自动生产线工作站系统集成工业机器人自动生产线工作站系统集成任务名称任务名称伺服系统伺服系统NJ控制的设计控制的设计班班 级级姓名学号组别任务内容任务内容根据任务3构建的G5系列伺服系统，控制工业机器自动生产线工作站输送线的运行。按下启动按钮，输送线以1转/s的速度运行，10s后以2转/s速度运行，按下停止按钮，输送线停止；当伺服出现异常时，按下复位按钮解除。任务目标任务目标1.掌握NJPLCEtherCAT系统配置方法。2.掌握伺服常用伺服驱动指令的应用。3.掌握输送线运行的特点。资料资料工具设备工业机器人安全操作规程工业机器人安全操作规程常用工具工业机器人自动生产线工作站MH6机器人使用说明书机器人使用说明书DX100使用说明书使用说明书DX100维护要领书维护要领书工业机器人搬运工作站说明书工业机器人搬运工作站说明书工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电谢谢！