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1、,自动化新技术,BECKHOFF运动控制产品介绍,研究学习,IPC 嵌入式PC,运动控制器 -基于Windows XP 和CE的IPC EPC,2,研究学习,运动控制系统基石-现场总线及I/O,3,研究学习,数字式紧凑型伺服驱动器 AX20 xx,直线伺服电机 ALxxxx,同步伺服电机 AM2000/AM3xxx,数字式紧凑型伺服驱动器 AX5xxx,适用于高动态定位任务的驱动系统,研究学习,电机反馈：旋转变压器 晶体管电路,电源 100 V AC480 V AC,状态显示，例如轴轴标识符或故障信息,电机反馈： Sin/Cos 1Vss、TTL、单圈或多圈、EnDat、Hiperface、B
2、iSS,24 V DC 控制和制动电压,8 点数字量 I/O，例如启用、限位开关、捕获输入、故障信息,EtherCAT 系统总线,直流电源/直流母线,可选的接口板用插槽， 例如附加反馈,制动控制/电机温度监控,可选的重启锁定用插槽或可选的 TwinSAFE 安全卡,Navigationstasten,电机动力电路,执行材质鉴定,导航键（Enter, Up/Down）,AX5000 | 数字式紧凑型伺服驱动器,功能特点,研究学习,Beckhoff运动控制驱动解决方案 AX5000,支持第三方的伺服电机,6,研究学习,Beckhoff伺服调试-TcDriveManager,7,研究学习,功能特点,
3、”Beckhoff 现场总线连接” 各种现场总线接口，可以 轻松地集成到各种控制系统中,RS232 接口（用于参数设置）和 CANopen 接口,控制信号（带有电气隔离） 伺服准备就绪的信号、中继、设定值输入、显示器输出、数字量输入/输出、启用输入、模拟量/数字量信号接地,24 V DC 辅助电源电压,电源接口，用于连接外部平稳电阻,直流中间电路,电机和制动器接口,旋变信号仿真为编码器信号输出，编码器控制输入（主从功能），脉冲方向输入,反馈装置（旋转变压器）输入接口,用于高分辨率正余弦编码器或绝对值编码器等反馈装置的输入接口,AX20 xx,研究学习,AM30 xx | 同步伺服电机,研究学习
4、,AM308x | 电机达到 150Nm,研究学习,具备食品级涂装的AM3000,用于食品工业的AM3000系列电机 一台通过特殊涂装的标准电机具备了不锈钢电机的防护等级 降低成本 电机的耐热特性改变很小 仅仅降低10 %(相比不锈钢电机最小降低. 50 %),NEW,AM30 xx,研究学习,AL38xx | 直线伺服电机,研究学习,Beckhoff支持的运动控制方式,DVI/USB,EL2521/KL2521,EL4132 EL5101,EL2521/KL2521,EL7041/KL2541,EM7004,驱动:伺服电机(总线,模拟量,脉冲),步进电机(KL2531/41,EL7031/7
5、041 K/EL2521)直流电机(KL2532/42, EL7332/7342)直线电机(AX5000/2000)液压轴,13,研究学习,Beckhoff运动控制应用脉冲量控制伺服系统,14,14,KL2521模块,伺服驱动器,伺服马达,编码器反馈电缆,动力电缆,CX1020 NC控制器,KL2521 脉冲输出模块 控制伺服电机方法,研究学习,Beckhoff运动控制应用模拟量控制伺服系统,15,EL5101模块,伺服驱动器,伺服马达,动力电缆,CX1020 NCI控制器,CX1020 EL4132 模拟量 控制伺服系统,EL4132模块,+/-10v,研究学习,EM7004 4轴接口端子模
6、块,EM7004,研究学习,Beckhoff运动控制驱动解决方案 步进电机系统,17,研究学习,Beckhoff运动控制驱动解决方案 直流电机系统,18,KL2532,KL2552,研究学习,Beckhoff运动控制 EL7201 EtherCAT 伺服电机驱动模块 50 V DC, 4 A,完备的伺服解决方案,集成旋转变压器反馈接口,可以连接带制动电机,最高驱动 200 W 电机,Resolver Exc. + (R1),Power contact +24 V,Power contact 0 V,Resolver Sin + (S2),Resolver Cos + (S1),Motor ph
7、ase U,Motor phase W,Motor brake +,Load voltage 50 V,Load voltage 50 V,Resolver Exc. - (R2),Resolver Sin - (S4),Resolver Cos - (S3),Motor phase V,Motor brake GND,Load voltage GND,Load voltage GND,19,研究学习,一体化的伺服驱动器,直接连接电机,直接连接旋转变压器,紧凑的结构,方便进行系统整合,Beckhoff运动控制 EL7201 EtherCAT 伺服电机驱动模块 50 V DC, 4 A,20,研
8、究学习,Beckhoff运动控制驱动解决方案 编码器-SSI,21,1 D+ SSI data input D+ 5 D- SSI data input D- 4 CL+ Clock output CL+ 8 CL- Clock output CL-,KL5051,KL5001,研究学习,Beckhoff运动控制驱动解决方案 编码器-增量式编码器,22,KL5101,研究学习,Beckhoff运动控制驱动解决方案 编码器-增量式编码器,23,KL5111,KL5121,研究学习,Beckhoff运动控制驱动解决方案 编码器-增量式编码器,24,KL5151,KL5152,EL5151,研究学习
9、,Windows NT, 2000, XP,现场总线接口卡驱动程序,ADS 路由器,I/O 服务器,I/O 映射,PLC 服务器,I/O,NC 服务器,其它 例如，凸轮等,系统管理器,ADS,PLC 控制,诊断功能 如示波器,用户 HMI,用户 HMI,ADS,ADS,TCP/IP,内核模式,用户模式,ADS,ADS,OCX/Dll,OPC,ADS,ADS,ADS,ADS,I/O,I/O,TwinCAT 系统,实时服务器,控制软件-TwinCAT Totol Windows Control Automation Technology,25,研究学习, PLC 任务 和 NC 任务定时地以多任务
10、多线程独立运行 周期性地获取CPU的计算时间,Windows NT 和 HMI程序,NC 服务,PLC 服务,在PC 上 一个 PLC 程序和 NC 控制的实时运行,PLC 周期 (例如. 2ms),PLC 周期,在 PC 上运行 PLC 和 NC,NC 周期 (例如. 1ms),NC 周期,NC 周期,NC 周期,1ms,2ms,3ms,4ms,5ms,例如.,Beckhoff 运动控制系统机制,26,研究学习,逻辑运算与处理,路径规划闭环控制,位置，速度 加速度控制,通用插补,同步，凸轮 飞剪等,PLC,PLC,NC I,NC I,NC PTP,CNC,TWINCAT PC Control
11、 PLC/NC PTP/CNC,NC PTP,NC PTP,Beckhoff 运动控制实现方式TwinCAT NC PTP，NCI，CNC,7,研究学习,28,I/O, PLC, NC PTP, NCI/CNC高度集成在一个平台中,实时性： 硬实时能力：周期最小至50微秒，以及 Beckhoff 拥有专利的 对CPU利用率的动态调整 XFC 100微秒的刷新周期（包含100个伺服轴） 基于 EtherCAT总线 几乎运行于任何一个PC 纯软件解决方案 (无需硬件扩展),Beckhoff运动控制概览,研究学习,29,TwinCAT NC PTP 功能,普通定位运动(Point to Point)
12、 电子齿轮同步 数字凸轮开关 凸轮轴 运动叠加（合成） 飞剪,研究学习,TwinCAT NC I 功能,30,研究学习,31,TwinCAT NCI 功能,研究学习,TwinCAT CNC 功能,32,研究学习,TwinCAT CNC,完整的 CNC 功能 一个通道内最多可达 32 个轴的插补运动 采用 DIN66025 编程语言 坐标轴转换,研究学习,TwinCAT CNC 功能,34,研究学习,TwinCAT NC PTP-PLCopen 功能块概览,Administrative,Motion,Single,Axes,Multiple,Axes,Single,Axes,Multiple,A
13、xes,Non-Interpolated,MoveAbsolute,Interpolated,MoveAdditive,MoveSuperImposed,MoveContinuous,MoveVelocity,Home,Stop,Power,Reset,ReadStatus,ReadAxisError,ReadParameter,WriteParameter,ReadActualPosition,PositionProfile,VelocityProfile,AccelerationProfile,CamTableSelect,CamIn,CamOut,GearIn,GearOut,MoveR
14、elative,Phasing,35,研究学习,TwinCAT NC PTP- -PLCopen 功能块概览,MC_MoveSuperimposed MC_MoveVelocity MC_VelocityProfile MC_AccelerationProfile,Discrete Motion,Continuous Motion,MC_Move Absolute MC_Move Relative MC_MoveAdditive MC_MoveSuperimposed MC_PositionProfile,Done,MC_MoveAbsolute MC_MoveRelative MC_Move
15、Superimposed MC_MoveAdditive MC_PositionProfile,MC_Stop,MC-Stop,MC_MoveVelocity MC_VelocityProfile MC_AccelerationProfile,MC_MoveVelocity MC_VelocityProfile MC_AccelerationProfile,MC_Power,MC_Stop,Note 1,Stopping,MC_MoveAbsolute; MC_ MoveRelative MC_MoveAdditive; MC_PositionProfile,Done,Homing,Done,
16、MC_Home,MC-Stop,Note 1: All FBs can be called, although they will not be executed, except MC_Reset and Error will generate the transition to StandStill or ErrorStop resp.,Root: Task Force Motion Control presentation Version Febr2002. (www.plcopen.org),36,研究学习,37,TwinCAT NC PTP- -PLCopen 功能块概览,研究学习,3
17、8,TwinCAT NC PTP- -电子齿轮同步,线性同步 耦合之后: 从轴 set position = coupling factor*主轴 set position 可以动态修改齿轮比 使用标准的功能块，简单方便,研究学习,TwinCAT电子齿轮同步龙门钻床,39,研究学习,40,TwinCAT运动控制凸轮同步,Camming 主从轴之间非线性耦合 凸轮设计遵循 VDI guideline 2143 凸轮设计工具 TwinCAT cam design editor,研究学习,41,TwinCAT NC PTP-凸轮设计工具,Position,Velocity,Acceleration,
18、研究学习,42,TwinCAT NC PTP-凸轮功能块,研究学习,43,The position values of a slave depending on a master value are interpolated in the NC,Only segment points needed. The intermediate points are calculated depending on the actual function in the NC,Positiontable,Motion Function,TwinCAT NC PTP凸轮设计工具,数据表,动态修改,研究学习,44
19、,TwinCAT NC PTP : 飞剪,研究学习,TwinCAT NC PTP : 飞剪功能块,45,研究学习,TwinCAT系统管理器运动控制调试配置工具,46,研究学习,Beckhoff运动控制软件示波器,47,研究学习,机器人软件包,TwinCAT,每个CPU的许可 需要预装TwinCAT NC I x86兼容PC,研究学习,机器人软件包,TwinCAT,TwinCAT 中集成的机器人软件包提供下列性能： 节省掉了额外的用于机器人控制的CPU 采用TwinCAT软件来做配置，参数化和诊断，在同一系统中保持了使用上的一致性和便利性。 避免了不同CPU和PLC系统，运动控制和机器人软件由于
20、匹配合作而引起的摩擦损失 与TwinCAT之间的直接接口带来了更高的性能和精度，这是多CPU系统之间复杂通讯所不能达到的。,研究学习,支持的运动学模型,TwinCAT,笛卡尔坐标模型,H型机器人,Scara 多关节装配机械手,剪型运动副,起重吊臂式运动副,二维平面平行机械手运动副,三维空间Delta机器人,研究学习,系统管理器中的配置,TwinCAT Motion Control: Kinematic Transformation,例子: Delta变换,研究学习,运动轨迹编程,TwinCAT,运动轨迹编程可以由下列方式实现 PTP 点对点 Cam Plate 电子凸轮 G代码(DIN 660
21、25) TcPlcInterpolation 功能库 目标的位置一般用笛卡尔坐标表示 (X,Y,Z) 插补模式 (G-Code, TcPlcInterpolation)支持不同的用户坐标系 在多个传送带方向间实现同步,研究学习,运动路径的计算,TwinCAT,前向运动转换 反向运动转换 动力学模型的计算,研究学习,TwinCAT 机器人软件包的分级,TwinCAT,级别1 静态变换，包括平移和旋转 级别2 包含级别1 主要是二维平面的变换，如H型机器人模型和二维平面平行机械手模型 级别3 包含级别2 主要是三维空间的变换，如Delta机器人,研究学习,BK1120,KL2542, 3.5A/5
22、0 V直流电机,KL2541, 5A/50 V 步进电机,CP6619,KL4434, KL5101 伺服电机,Beckhoff运动控制应用金属焊接系统,55,研究学习,Beckhoff运动控制应用轿车车门焊接设备,Automotive Door Control system CP6201 NC PTP run-time EK1100 EL2521 TwinCAT HMI,56,研究学习,EK1100,EL2521,CP6201,EL2521,EL6731/Profibus master,EtherCAT,Beckhoff运动控制应用轿车车门焊接设备,57,研究学习,Beckhoff运动控制应
23、用-立体仓库,58,研究学习,Cam tables MC_CamTableSelect MC_CamIn product detection MC_TouchProbe Cam table adjustment on the fly MC_CamScaling MC_WriteMotionFunction,Beckhoff运动控制应用-矽钢片曲线开料机,59,研究学习,Beckhoff运动控制系统应用机器人,C6350 Windows XP TwinCAT NCI ETHERCAT EL4132/5101 Visual C+ Camming Gearing,60,研究学习,CX1020+AX5
24、000+Heidolph motor Cam tables MC_CamTableSelect MC_CamIn product detection MC_TouchProbe Cam table adjustment on the fly MC_CamScaling MC_WriteMotionFunction,Beckhoff运动控制系统应用前沿送纸机器,研究学习,Drive Technology 12.04.2021 62,叠加运动指令 该指令主要用于伺服轴运动过程中进行一个点到点位置的叠加. 该指令运行模式E_SuperpositionMode有4种类型: 1.叠加区域内,走完长度Le
25、ngth后,叠加位置Distance刚好走完.区域行程为Length+ Distance. 2.叠加区域内,走完长度Length后,叠加位置Distance刚好走完,包含在Length内.区域行程为Length. 3.叠加区域内,在区域行程Length+ Distance内,走完叠加位置Distance. 3.叠加区域内,在区域行程Length,走完叠加位置Distance.,TwinCAT NC PTP- -点到点叠加运动,研究学习,Drive Technology 12.04.2021 63,该系统指令的组合,可达到曲线叠加的效果. 在system manager中配一个电机轴,和一个虚拟
26、轴.通过指令可以将右图的两条曲线叠加到一起,大大提高了电子凸轮控制的灵活性. 同样你仍然可以将多个虚拟轴和一个电机轴叠加在一起，实现两个以上曲线的叠加。,电机轴,虚拟轴,TwinCAT NC PTP- -多个曲线的叠加运动,研究学习,64,TwinCAT NC PTP- -电子齿轮同步,线性同步 耦合之后: 从轴 set position = coupling factor*主轴 set position 使用标准的功能块，简单方便 MC_GearInDyn是MC_GearIn的升级版,可以动态的修改电子齿轮比. 电子齿轮是从机械齿轮转换过来的思路,而且更加灵活,电子齿轮是一种特殊的电子凸轮.
27、,A,B,Ratio B : A 2:1,Feed,Processed,研究学习,TwinCAT NC PTP : 动态捕捉功能块,65,动态捕捉功能块: 该功能块的特点:当通过旋切功能块去剪切薄膜或纸张时,如果材料上有色标,而旋刀必须剪在旋刀上时,就必须用TouchProbe功能. 此时TouchProbe的作用是色标传感器检测到材上的色标后,将此时电机轴的位置记录下来. 该位置记录是不受嵌入式PC扫描周期的影响,是微秒级别的. 该数据走的是Ethercat process data的通道,是real time的数据,动态记录的位置非常精确.,将前后两个色标的位置记录下来,相减,就可以得到下
28、次剪切所需要的长度.,研究学习,应用9色凹版印刷机,研究学习,TwinCAT运动控制: 自动收放卷,67,收放卷功能(TcPackAL库 ): 应用非常广泛. 该库适用于NC对伺服或变频器的控制. 在收放卷的过程中,随着卷径的不断变化,根据指令算法,通过修改电机角速度的方法,来达到收放卷材料线速度不变.,计算卷径的方法有 1.通过计算伺服或变频器实际走过的距离进行累加,再根据材料的厚度,进行卷径的计算. 2.根据外部传感器,进行实际卷径的测算,并反馈给上位.,研究学习,TwinCAT运动控制: Dancer,68,Dancer功能(TcPackAL库 ): 是张力控制的一个典型应用. 通过修改主轴电机和从轴电机的速度齿轮比的方法,根据能够反应张力变化的模拟量输入反馈,通过PID调节来修改电子齿轮比,从而达到张力控制的效果.,研究学习,应用张力控制,研究学习,Beckhoff运动控制系统应用 木工加工设备-NCI,70,研究学习,Beckhoff运动控制系统应用-CNC加工中心,71,研究学习,Beckhoff运动控制系统,感谢大家的时间与耐心！,研究学习,