BECKHOFF 倍福 AM3042-2E30-0000 伺服电机运行编码器故障维修
倍福Beckhoff在步进电机控制中的应用研究倍福 Beckhoff 在步进电机控制中的应用研究 类别：传感与控制该系统为某主机电控系统，完成对光束的准直过程中的参数诊 断、数据采集、 闭环控制等实时控制功能以及与主控系统的通信功能。 步进电 机以xingjiabigao，实时效果好，不需要昂贵的反应系统著称，该系统中采用了一 千多个步进电机来实现对光束的准直。神光原型采用控制卡控制大量步进电 机，控制卡控制步进电机没有负载位置的反应信号，实时效果差，故障定位非 常困难；试验中采用西门子PLC(Programmable Logic Controller ，可编程逻辑控制器 ) 控制这些电机可靠性好，但控制少量步进电机时比拟简单，控制大量步 进 电 机时 时 序 复杂，接线复杂 ， 本 钱高，调试困难。最终方案 采 用 德国Beckhoff公 司 的 自动化产品，如 嵌 入 式控制器，现场 总 线 端子、步进电机总线 端子 等 设 备控制电机，该 方 案 具有 本 钱 较低、操作简便、占用空间 小 等 优点，也 提 高 了系 统 的 性能 和 可 靠性，现已通过 试 验 和审 进 入 调试阶段。1 步进电 机 运 动控 制 系 统总 体 设 计思想电控系统的总体设计思想为：控制系统设计 应 分 别满 足 现 场独 立 控 制与 远 程 集中控制，各子 系 统 具备 对 系 统各 类 设 备的状 态进 行实 时 监 测的功能，包括 故 障 定位 检 测 和报警；具备对 系 统 各设 备 进 行参数设置、参数采集、存储、处理等功能。主控 计 算 机位 于 主 控制室内，通过1 000 Mb/s光 纤 网 络与 分 控 计算机通信，分 控 计 算机 通 过 光纤 交 换 机与控制设 备 采 用工 业 以 太网通信，其网 络 拓 扑图如图1 所示。2 步进电机运动控制系统设计方案2.1 倍福步进电机总体控制架构设计采用基于嵌入式 PC 的模块化运动控制器，型号为 CX1020 运动控制器本身集成双 Ethernet 接口，其中一个向上连接到现场工业以太网，接受运动控制的调用指令，另一 个可以作为本地调试的网络接口。运动控制器、运动控制网络接口部件、步进 电机驱动器通过硬实时的超高速以太网EtherCAT(Ethernet for ControlandAutomation Technology)构成运动控制网络系统，采用 EtherCAT 取代以往的现 场总线传输技术，可以显著减少控制系统CPU 的负荷，而且无需任何智能主站卡，适合集中式与分布式控制体系。末端端子与底层 EtherCAT 总线耦合器端子 BK1120 相连，
在本机架内总线耦合器通过 K-Bus 总线接口连接电机驱动 总线端子 KL2531 和 KL2541,步进电机直接连接在这两个端子上，如果使用 KL2541 端子还需要在机架上安设数字输入端子KL1002,用于接人步进电机限位信号，最后在机架末端安放 BK9010 总线终端端子。每级机架上总线耦合器 BK1120 的另一网络端口向下依次级联另一机架上的总线耦合器，最后从控 制器到各级机架网络节点形成一个总线型的控制网络拓扑结构。KL2531 和KL2541 是步进电机总线端子，提供一路20 kHz 的脉冲，可以各带一个步进电机。步进电机总体控制架构如图2 所示。具体的控制器和通讯模块等数量配置见表 1。2.2 硬件组成电机控制系统主要由控制效劳器、运动控制器、电源模块、 Ethernet 交换数据的通讯模块和总线端子等组成。2.3 重要器件概述运动控制器采用基于嵌入式 PC 的模块化运动控制器，型号为 CX1020 处理器为 Intel Celeron MULV1 GHz ,内存为 256 MB/512 MB /1 024MB,操作系统为 Microsoft Windows XP Embedded 或 MicrosoftWindows CE 。该运动控制器应用于中等规模的控制系统中，自带两个工业以太网 EtherCAT 接口，其中一个向上连接到现场工业以太网，接受运动控 制的调用指令，另一个可以作为本地调试的网络接口。软件开发平台TwinCATPLCThe Windows Control and Automation Technology PLC 使用符合采用IEC61131-3 的编程语言编程，运动控制功能库符合 PLCopenft 准，具有通用 的、开放式软件接口。EtherCAT 是与 PC 控制技术相匹配的通讯系统，以Beckhoff 开发的实时工业以太网解决方案，其特点是性能优越、操作简便。该 技术采用标准的以太网帧，支持因特网技术。以太网可以直接到达端子，以太 网过程接口可以从 2 位扩展到 64 个字节；350s 处理 12 000 个数字量 I/Q100NS处理 100 个电机轴等。EtherCAT 适合于多种网络拓扑结构，可用于设备 控制、机器人、嵌入式系统、楼宇自动化、运输系统等。步进电机历史悠久，爆发力好便于控制并且扭矩大，在控制领域内占有相当重要的地位。步 进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉 冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度 称为“步距角 。它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控 制角位移量，从而到达准确定位的目的。同时可以通过控制脉冲频率来控制电 机转动的速度和加速度，从而到达调速的目的。我们采用北京四通的两相混合 式步进电机，型号为 28BYG250C 步距角为 0.9/1.8,静态相电流 07 A,保 持转矩 0.065 gcm2。KL2531 和 KL2541 是集成的步进电机控制器，是Beckhoff 产品中用于传统驱动器高性价比的产品。KL2531 和 KL2541 均可以提供和小型伺服驱动器相近似的性能，提供了最大64 个最大中间步，并提供一路20 kHz 的脉冲，一路脉冲驱动一台步进电机。KL2531 总线端子用于较低性能场合，该端子是为简单的整合到24 V 直流电压控制系统而设计的，每相尖峰电流1.5 A o KL2541 可以提供高达 5 A 的最大电流，能够驱动扭矩高达 5 电位器或 者指拨开关来设定。3 软件配置Beckhoff 公司基于 PC 平台的实时核技术可以将安装了 Microsoft 公司 WindowsNT2000/XP/CE.NEKXP 嵌入 式操作系统的普通PC 和 Beckhoff 公司的嵌入式控制系统 CX1000 改造为具有实 时能力的 PC 控制器。Beckhoff 公司基于 PC 平台的实时核技术通过与 3s 公司 提供的 TwinCAT 编程环境相结合，以及系统管理器对 Beckhoff 公司各种 I/O 设备的驱动程序相结合，使TwinCAT CP I/O PLC PTP 和 NCI 构成了一套完 整的基于 PC 平台的实时控制器解决方案。
TwinCAT 次件具备四套独立运行的 PLC 实时核，每套 PLC 都可分配 4 个任务，并且可以将最小任务周期时间 设置为50 仙S取决于所使用的 CPUt 理能力。TwinCAT PLC 控制是用于 PLC 的 完整开发环境，所使用的编辑器和调试功能建立在gaoji编程语言开发环境根底之上， 在 TwinCAT PLC 中可以使用 IEC61131-3 的五种不同语言创立 PLC 程序。 TwinCAT实时任务运彳 T 的载荷率TwinCAT 实时任务运行时间与操作系统运行时 间的比率可调范围为 10%90%。并在此根底上，将伺服控制中的PTR NCI和 HMI 技术拓展