概 述
分布式控制与集中式控制的比较
CAN 物理层
u CANopen协议
u 驱动器和运动控制器的概要
u 多轴协调运动
u IDMxxx（CAN/CANopen）系列全数字通用伺服驱动器
分布式和集中式控制的比较
l 集中式控制
· 多轴运动控制卡或控制器
· 位置/速度/转矩伺服驱动器或放大器
· 电机
集中式运动控制系统组成部件
控制器
· PC运动控制卡
· 独立式运动控制器
· +/- 10V命令信号
驱动器或放大器
· 位置/速度/转矩模式
· 模拟量或数字量驱动器
电 机
· 旋转或直线伺服电机
· 步进、有刷、无刷伺服电机
集中控制的缺点
· 控制轴数相对性能的限制性
· 控制器轴数相对所需应用轴数的限制性
· 模拟量命令信号的限制性
· 驱动器或放大器诊断的限制性
· 电机反馈到驱动器和控制器都需接线
· 接线复杂、成本高、可靠性降低
分布式控制
分布式控制
· 主控制器
· 驱动器
· 电机
P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)
分布式控制的组成部件
控制器
· 计算机
· 独立式控制器
· 数字网络 (设备总线，现场总线，网络)
驱动器
· 位置，速度，转矩模式
· 带网络接口的数字伺服驱动器
电机
· 旋转或直线伺服电机
· 步进、有刷、无刷伺服电机
分布式控制的优势
主控制器容易选择
数字命令信号
全驱动器诊断
仅电机到驱动器的反馈接线
体积减小
整体接线减少
· 降低成本
· 降低复杂性
· 提高可靠性
减少系统成本
· 驱动器成本增加
· 省掉了多轴控制器成本
· 减少接线成本
CAN物理层
CAN(Controller Area Network)，由Bosch公司原创，ISO-11898标准
1Mbit/s传输速度时距离可达30米
多路访问冲突侦测+非破坏性解决
CAN2.0A(11位标识符)或CAN2.0B(29位标识符)
冲击噪声免疫
总线结构（3线）
硬件自动检测与解决错误
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plcjs.技.术_网
CAN物理层
数据帧（CAN Message）
· SOF: 帧起始域
· Arbitration Field: 仲裁域
w Identifier: 标识符
w RTR
· Control Field: 控制域
· Data Field: 数据域
· CRC Field: 循环沉余校验域
· ACK Field: 应答域
· EOF Field: 帧结束域
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WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
CAN物理层
Arbitration Field（仲裁域）
· CAN2.0A : 11位标识符
· CAN2.0B: 29位标识符
Bit Stuffing (位填充)
· 在5个连续相同的位后，插入一个反极性的位(最大可达19填充位)
Bus Arbitration (总线仲裁)
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WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户
CAN物理层
Bus Timing (总线时序)
· 最坏的情况下信息长度为130位
|
波特率 |
总线长度 |
正常响应时间 |
潜伏时间 |
|
1 Mbit/s |
30 m |
1 μs |
130 μs |
|
800 kbit/s |
50 m |
1.25 μs |
162.5 μs |
|
500 kbit/s |
100 m |
2 μs |
260 μs |
|
250 kbit/s |
250 m |
4 μs |
520 μs |
|
125 kbit/s |
500 m |
8 μs |
1.04 ms |
|
62.5 kbit/s |
1000 m |
20 μs |
2.08 ms |
|
20 kbit/s |
2500 m |
50 μs |
6.50 ms |
|
10 kbit/s |
5000 m |
100 μs |
13 ms |
CANopen 协议
基于CAN的开放标准工业网络协议
CAN用于自动化领域(CiA)
· 非盈利组织 (德国)
· 成员
· 一致性测试
概要
n 装置设备
l I/O 模块
l 驱动器和运动控制
l 编码器
l …
n 标准化
n 任选的功能性
装置设备概要
对象词典
l 通过CAN网络可获取对象
l 类似于内存寻址
l 每一个对象通过16位索引或者8位子索引来存取
|
索引 (hex) |
对象 |
|
0000 |
不用 |
|
0001-001F |
静态数据类型 |
|
0020-003F |
复杂数据类型 |
|
0040-005F |
制造商特殊的复杂数据类型 |
|
0060-007F |
装置设备特殊的静态数据类型 |
|
0080-009F |
装置设备特殊的复杂数据类型 |
|
00A0-0FFF |
保留为将来用 |
|
1000-1FFF |
通讯区域 |
|
2000-5FFF |
制造商特殊区域 |
|
6000-9FFF |
标准化的装置设备区域 |
|
A000-FFFF |
保留为将来用 |
CANopen 通讯模式
CiA草稿标准301（DS301）：应用层与通讯概要
多达127个节点（CAN2.0A）
CAN标识符(COB-ID)
· 功能码：位7...10
· 节点ID：位0...6
消息类型
|
Message |
描述 |
COB-ID |
|
NMT |
网络管理 (broadcast) |
0h |
|
SYNC |
同步消息 (broadcast) |
80h |
|
TIME STAMP |
时间标记 (broadcast) |
100h |
|
EMERGENCY |
急停消息 |
81h - FFh |
|
PDO |
过程数据对象 |
181h - 57Fh |
|
SDO |
服务数据对象 |
581h - 67Fh |
|
NMT Error Control |
网络管理错误控制 |
701h - 77Fh |
CANopen 消息
NMT （网络管理）
· 起始节点
· 停止节点
· 送入前一次的操作
· 复位节点
· 通信复位
SYNC （同步消息）
· 广播时钟
· 同步PDO消息触发器
TIME STAMP（时间标记）
· 广播信息包含节点时钟同步时间
EMERGENCY（紧急）
· 由错误事件中的某个节点发出消息，错误信息包含在数据域中
NMT Error Control（错误控制）
· 节点监护
· 启动
CANopen 消息
过程数据对象（PDO）
l 未经最后确认的消息
l 用于实时数据传输
l 与设备对象词典通信（映射）
l 传送或者接收
l 同步（基于SYNC）或异步
l 触发模式
u 事件驱动（例如SYNC）
u 定时器驱动
u 远程请求
CANopen 消息
服务数据对象（SDO）
l 确认消息
l 用于设置和配置
l 用于访问设备对象词典
l 可用于所有的变量类型（8位，16位，32位...）
驱动器和运动控制设备概要
CiA 草稿标准提议DSP-402: 驱动器与运动控制设备概要
使用DS301标准访问对象字典
设备控制（机器状态）
操作模式
u 回原点模式
u 位置曲线模式
u 插补位置模式
u 速度曲线模式
u 转矩曲线模式
u 速度模式（频率转换器）
制造商特殊对象
装置设备控制
机器状态
· 控制字
· 状态字
· 操作模式选择
比例因子集
· 位置、速度、加速度比例因子
位置模式
位置控制功能
· 位置查询
· 实际位置
· 跟踪误差
· 位置内窗口
· 位置控制参数设定
位置曲线模式
· 目标位置
· 位置限制
· 速度曲线
· 加速度或减速度曲线
回原点模式
回原点偏移量
回原点方式
· 回原点开关
· 编码器索引
· 回原点开关+编码器索引
回原点速度
回原点加速度
速度曲线模式
目标速度
实际速度
瞬时速度窗口
零速度窗口
速度跟踪误差
速度控制参数设定
转矩曲线模式
目标转矩
实际转矩
转矩控制参数设定
多轴同步协调运动
多轴轮廓线
每一轴位置相对时间插补（PT曲线）
曲线分段
WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户)
WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户)
多轴同步协调运动
PVT
· 每段的终点位置与速度
· 每段的时间
· 在段与段之间进行三次方立体插补
Message(消息)
· 专用的COB-ID
· 未最好认可的8个数据字节消息
u 位置－－3字节
u 速度－－3字节
u 时间－－1字节（1－－255毫秒）
u 计数器－－1字节
· 为启动用的广播消息
同步
多轴同步协调运动
WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)
WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网
多轴同步协调运动
缓冲区(Buffer)
·15级FIFO
·缓冲区指针
·缓冲区复位
错误消息(Error messages)
·缓冲区空
·缓冲区满
·不正确的计数器值
·不正确的消息长度
多轴同步协调运动
主控制器
· 运动轨迹
· 轨迹分段
· 生成PVT线段
· 缓冲区管理
· 网络管理
· 系统控制
性能决定因素
· 网络带宽：CAN总线整体负载
· 精度：分段时间及插补
· 网络轴数
IDMxxx（CAN/CANopen）系列全数字通用伺服驱动器
基于最新DSP电机控制技术
全数字化电流、速度、位置环
完全可编程
遵从DS301和DSP402标准
DIP开关设置CAN地址
多类反馈接口
可编程光电隔离数字量输入和输出
模拟量输入和输出
电机与逻辑电源分开供电
基于Windows设置编程软件平台
支持电子齿轮凸轮、PT、PVT、32种回原点模式等
IDMxxx（CAN/CANopen）系列全数字通用伺服驱动器
IDM640-8EIA
l 直流有刷、无刷（正弦波或方波）、
直线，步进电机
l 16A峰值电流
l 8A连续电流
l 12—48VDC逻辑供电，12-80VDC电机供电
l 逻辑电源与电机电源共地
IDM240-5EIA
l 直流有刷、无刷（正弦波或方波）、
直线，步进电机
l 16A峰值电流
l 5A连续电流
l 12—48VDC单一电源供电
未来.......