PMAC多轴运动控制卡学习(硬件).doc

目录PMAC控制卡学习（硬件）2第一章 PMAC简介21.1 PMAC的含义和特点21.2 PMAC的分类及区别21.2.1 PMAC的分类21.2.2 PMAC 1型卡与2型卡的主要区别2第二章Turbo PMAC Clipper控制器硬件配置32.1 Turbo PMAC Clipper控制器简介32.2 Turbo PMAC Clipper硬件配置32.2.1 Turbo PMAC Clipper硬件标准配置为：32.2.2 Turbo PMAC Clipper控制器可选附件62.2.2.1 轴接口板62.2.2.2 反馈接口板62.2.2.3 数字I/O接口板7第三章 Turbo PMAC Clipper设备连接73.1 板卡安装73.2 控制卡供电73.2.1 数字电源供电73.2.2 DAC（数字/模拟转换） 输出电路供电73.2.3 标志位供电83.3 限位及回零开关83.3.1 限位类型83.3.2 回零开关83.4电机信号连接83.4.1增量式编码器连接83.4.2 DAC 输出信号93.4.3 脉冲&方向（步进）驱动103.4.4 放大器使能信号(AENAn/DIRn)103.4.5 放大器错误信号(FAULT-)103.4.6 可选模拟量输入113.4.7 位置比较输出113.4.8 串行接口(JRS232)113.5 设备连接示例113.6 接口及指示灯定义133.7 跳线定义153.8 Turbo PMAC Clipper端口布置及控制结构图19附件211.接口各针脚定义212. 电路板尺寸及孔位置30PMAC控制卡学习（硬件）第一章 PMAC简介1.1 PMAC的含义和特点1PMAC的含义：PMAC是program multiple axis controller 可编程的多轴运动控制卡。2.PMAC的特点：PMAC卡是美国Delta Tau公司九十年代推出的多功能运动控制器，能够提供运动轴控制，PLC控制和数据采集等多种功能。1.2 PMAC的分类及区别1.2.1 PMAC的分类1. PMAC卡按控制电机的控制信号来分：有1型卡和2型卡。1型卡控制信号为10V模拟量，主要用速度方式控制伺服电。2型卡输出PWM数字量信号，可直接变为PULSE+DIR信号，来控制步进电机和位置控制方式的伺服电机。2. PMAC卡按控制轴数来分：有2轴卡(MINI PMAC PCI)，4轴卡(PMAC PCI Lite，PMAC2 PCI Lite， PMAC2A-PC/104及Clipper)，8轴卡：（PMAC-PCI，PMAC2-PCI，PMAC2A-PC/104及Clipper），32轴卡：（TURBO PMAC和TURBO PMAC2）。3. PMAC卡按通讯总线形式分：有ISA总线，PCI总线，PCI04总线，网口和VME总线。PMAC各种轴数的1型和2型卡，都有上述的计算机总线方式供选择。PMAC除上述板卡形式外，还可以提供集成的系统级产品有：UMAC，IMAC400，IMAC800 ，IMAC flexADVANTAGE400 ，ADVANTAGE900等。1.2.2 PMAC 1型卡与2型卡的主要区别PMAC 1PMAC2CPU时钟（缺省）20MHZ40MHZ控制信号形式DAC模拟量PWM数字量双端口RAM选项只有8轴卡不在板在板在板I/O点数16IN 16OUT32IN/OUT +8IN 8 OUT常用接线板ACC8D ACCPACC8F ACC8S ACC8E第二章Turbo PMAC Clipper控制器硬件配置2.1 Turbo PMAC Clipper控制器简介Turbo PMAC Clipper控制器(Turbo PMAC2 Eth-Lite) 是一款具备全部Turbo PMAC 特征的，用于对成本极端敏感的应用的多轴运动控制器。这种功能强大的，但是又同时具备结构紧凑和超高性价比优点的多轴运动控制器，标准版本即带有Ethernet 以太网和 RS232 通讯接口以及内置 I/O。 Clipper 控制器不仅采用了一颗完整的Turbo PMAC2-CPU 而且提供了一个四轴伺服或步进控制加32个数字I/O 点的最小配置，控制轴数和I/O还可以扩展。2.2 Turbo PMAC Clipper硬件配置 2.2.1 Turbo PMAC Clipper硬件标准配置为：l 电路板尺寸是110mm220mm；l 80 MHz DSP56303 Turbo PMAC CPU（CPU时钟频率为80MHZ）；l 256k x 24用户SRAM(即静态随机存储器,是一种具有静止存取功能的内存，不需要刷新电路即能保存它内部存储的数据。存储容量为256K,地址线有24条。)；l 1M x 8 flash mermory用于备份及固件存储；(闪存是一种非易失性存储器，即断电数据也不会丢失。内存为1M，8条I/O接口。)；l RS-232串行接口；（计算机上的通讯接口之一，通常 RS-232 接口以9个引脚(DB-9)的型态出现，一般个人计算机上会有两组 RS-232 接口，分别称为 COM1 和 COM2。）；l 100 Mbps以太网接口；（传输速率100Mbps=100/8=12.5MB/s）l 480 Mbps USB 2.0接口；l 4通道轴接口电路，每个通道包含： 在板模拟量10V（12位）输出（输出的量为模拟量即为“模拟量输出”。最常用的地方是电子技术领域，比如DA转换输出的即为模拟电流/电压（连续变化的电流/电压），模拟整流电路输出的也是模拟量。）； 在板脉冲加方向数字输出； 3通道差分/单端编码器信号输入（差分信号：差分传输在两根线上都传输信号，这两个信号的振幅相等，相位相反。差分信号传输的是两根信号之间的电平差。单端信号是在一跟导线上传输的与地之间的电平差。）； 5个标志信号输入（限位，回零，报警等），2个标志信号输出；l UVW TTL-level霍尔传感器输入（霍尔效应是电磁效应的一种，当电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的平行于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差，这一现象就是霍尔效应。这个电势差也被称为霍尔电势差。霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器，用途有:检测磁场或磁特性,位移测量，力测量，角速度测量，线速度测量等。TTL电平信号（TTL-level）是一种采用二进制规定表示的数据信号，TTL的电源工作电压是5V，所以TTL的电平是根据电源电压5V来定的,+5V等价于逻辑“1”，0V等价于逻辑“0”，这被称做TTL（晶体管-晶体管逻辑电平）信号系统，这是计算机处理器控制的设备内部各部分之间通信的标准技术。）。l 50针IDC接头的放大器/编码器接口（IDC即Internet Data Center，即互联网数据中心是基于Internet网络，为集中式收集、存储、处理和发送数据的设备提供运行维护的设施基地并提供相关的服务。IDC提供的主要业务包括域名注册查询主机托管(机位、机架、机房出租)、资源出租(如虚拟主机业务、数据存储服务)、系统维护(系统配置、数据备份、故障排除服务)、管理服务(如带宽管理、流量分析、负载均衡、入侵检测、系统漏洞诊断)，以及其他支撑、运行服务等。）IDC接头l 34针IDC接头的标志位接口；l 4针Molex供电接口(5V, 12V(12V仅为模拟量输入或输出时使用), GND)； Molex接头l PID/陷波/前馈控制算法（PID控制算法是将偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）通过线性组合构成，对被控对象进行控制。PID控制器（亦称PID调节器）是应用最为广泛的一种自动控制器。陷波，是电力电子装置在正常工作情况下，交流输入电流从一相切换到另一相时产生的周期性电压扰动。陷波器是利用压电效应制成的带阻滤波器,它的作用是阻止或滤掉信号中有害分量对电路的影响。前馈控制指通过观察情况、收集整理信息、掌握规律、预测趋势，正确预计未来可能出现的问题，提前采取措施，将可能发生的偏差消除在萌芽状态中，为避免在未来不同发展阶段可能出现的问题而事先采取的措施，是在企业生产经营活动开始之前进行的控制，是一种开环控制。）；l 32个通用TTL电平I/O点(方向可控): 16位复用端口，支持Delta Tau的I/O附件（系统在复用端口上进行通讯，只对输入的信息进行字符匹配，不对网络数据进行任何拦截、复制类操作，所以对网络数据的传输性能丝毫不受影响。）； 16位Opto端口，支持Opto-22类型设备（OPTO22是PAC产品之一，由美国opto22公司生产制作，目前全球唯一提供终身保用承诺的工控产品。）。l 2路手轮端口，每路包含： 正交编码器输入； 脉冲（PFM或PWM）输出（开关电源的控制技术主要有三种：(1)脉冲宽度调制(PWM)；(2)脉冲频率调制(PFM)；(3)脉冲宽度频率调制(PWM-PFM)。脉宽宽度调制式（PWM）开关型稳压电路是在控制电路输出频率不变的情况下，通过电压反馈调整其占空比，从而达到稳定输出电压的目的。PFM：（Pulsefrequencymodulation)脉冲频率调制是一种脉冲调制技术，调制信号的频率随输入信号幅值而变化，其占空比不变。由于调制信号通常为频率变化的方波信号，因此，PFM也叫做方波FM）。2.2.2 Turbo PMAC Clipper控制器可选附件2.2.2.1 轴接口板l ACC-1P- 4 通道轴扩展接口板，反馈和I/O扩展接口板；l ACC-8ES- 4 通道模拟量输出接口板；l ACC-8FS- 4 通道数字PWM输出接口板。（ 接口板主要用途：1.通过并口线与电脑并口连接，输出部分电机驱动器连接，即可用电脑直接控制电机的运动，支持MACH、KCAM等软件2. 有功率输出接口，且每个功率输出都可以分别用不同的电压控制，最高控制电压100V。其中主轴并口为PWM调速控制，可在MACH3软件中实现调速控制，继电器控制并口可接MACH3软件中控制开关；2.有限位和急停接口，简单的连接两根线就可以实现限位和急停功能，并且限位和急停接口都有光耦与并口隔离。）2.2.2.2 反馈接口板l ACC-1P- 4 通道轴扩展接口板，反馈和I/O扩展接口板；l ACC-51S- x4096高分辨率正弦编码器细分板；l ACC-8TS- ACC-28B附件的高分辨率模拟量输入扩展接口板。 2.2.2.3 数字I/O接口板l ACC-1P- 4 通道轴扩展接口板，反馈和I/O扩展接口板；第三章 Turbo PMAC Clipper设备连接 一般的，用户使用带端接模块的扁平电缆与Clipper进行连接，建议使用下列接线端子： l 34针IDC接头（Phoenix产品编号2281063）Delta Tau产品编号100-FLKM34-000l 50针IDC接头（Phoenix产品编号2281089）Delta Tau产品编号100-FLKM50-0003.1 板卡安装 Clipper一般作为独立板卡控制器使用，在电路板的四个角和板的边缘均有安装孔。 ACC-1P或其他附件卡在Clipper电路板的叠放次序与使用无太大关系。3.2 控制卡供电3.2.1 数字电源供电Clipper电路板与其他附件卡正常工作状态下均需要1A5V直流供电，然而Clipper电路板的浪涌电流可能达到3A，所以建议使用6A5V供电电源。+5V及参考地应接到TB1端子，使用18AWG标准线缆。 3.2.2 DAC（数字/模拟转换） 输出电路供电0.3A +12 到 +15V (4.5W) 0.25A -12 到 -15V (3.8W)（8通道配置） DAC的12V电源以及参考地可以由TB1端子引入，也可以从JMACH1接头引入。3.2.3 标志位供电 Clipper每个通道均有5个专用的数字输入点，这些点可以在设备接口上找到，分别名为：PLIMn, MLIMn (正、负行程限位), HOMEn (回零标志), FAULTn (放大器故障), 以及USERn（用户输入）。这些点对应的输入电路可以使用5 24V电源供电，电源及参考地同样可以引自TB1端子或JMACH1接头。3.3 限位及回零开关 当这些输入点用作其原有的限位及回零功能时，会提供安全的精确硬件触发。PLIMn和MLIMn 是基于方向的限位控制，输入导通时才会允许电机运行。如果未接入限位开关，要想使电机运行， 必须通过设置Ix24变量以禁用限位功能。 3.3.1 限位类型 PMAC限位须使用常闭且连接到低电平的连接方式，以免无故处于限位状态。这样的设置会提供 一个故障安全条件，通常会使用一个被动的常闭开关。如果需使用接近开关，则应使用5到24V对地 常闭的NPN sinking型开关。 3.3.2 回零开关 与必须是常闭且连接到低电平的限位开关不同，回零开关可以使用常开或常闭开关，极性设定通过设置I7mn2进行选择。 3.4电机信号连接 3.4.1增量式编码器连接 每一个JMACH1接头均会提供2路+5V输出和2个参考地，用于对编码器或其他设备供电。+5V输出位于第1、2两针，参考地位于第3、4两针。编码器信号针脚按编码器的顺序分组，例如：1号信号组（CHA1+，CHA1-，CHB1+，CHC1+等等）隶属于1号编码器。编码器号码通常与电机号码匹配，但这并非必须将编码器的A、B（正交）信号连接到对应的接头，对于编码器1，CHA1+位于第5针， CHB1+位于第9针。如果编码器的信号为单端信号，只需将额外的引脚悬空即可 不可接地。但是如果使用单端信号编码器，需要检查电阻设置，对于差分编码器，将对应负信号接到端子上CHA1-接到第7脚，CHB1-接到第11脚，第三个通道（索引脉冲）为可选，对于编码器1，CHC1+应接到第 13脚，CHC1-接到第15脚。 连接示例：差分正交编码器接入1号编码器通道：3.4.2 DAC 输出信号 如果PMAC不负责电机换相，则仅需要输出一路模拟量指令来控制电机。该路模拟量可以是单端 或差分信号，这取决于所用的驱动器。如果1通道使用单端指令，需将DAC1+（第29脚）接到驱动器 的指令输入端口，将电机的指令信号返回线接到PMAC的GND（第48脚），在这样的设置中，DAC1-保持悬空，不要接地。 如果1通道使用差分指令，须将DAC1+（第29脚）接到驱动器指令输入的正端，将DAC1-（第31 脚）接到指令输入的负端，PMAC的GND仍然接到驱动器的公共端。模拟量输出在不使用其原有伺服功能时，均可作为通用模拟量输出使用，只需使M变量指向输出寄存器，并向对应的M变量中写入数值，PMAC即会输出对应的模拟量。 模拟量输出只能驱动一个高输入阻抗且无显著电流损耗（最高10mA）的电路，因为虽然220 输出电阻会使电流损耗小于50mA，以避免对输出电路造成损害，但超过10mA的电流损耗仍会导致信号失真。 例如： 3.4.3 脉冲&方向（步进）驱动 Clipper或Acc-1P电路板可输出脉冲&方向信号，可以控制步进驱动器或混合式驱动器，脉冲信号 为TTL电平。 3.4.4 放大器使能信号(AENAn/DIRn) 大多数驱动器具有使能/禁用信号输入接口，允许控制器在需要时完全禁止驱动器输出，PMAC 的AENA引脚便对应此功能。AENA1位于第33脚，信号为OC门输出，可使用3.3k外部上拉电阻。3.4.5 放大器错误信号(FAULT-) PMAC可以接收驱动器的错误报警信号以便知晓驱动器工作是否正常，是否需要切断输入及使能。报警信号极性可以通过Ixx24变量进行设置。FAULT-位于第35脚，默认设置下，该信号在错误状态下将会下拉以报错，这样的设置下，如果没有连接错误信号，PMAC会认为电机未处于报警状态。3.4.6 可选模拟量输入 可选的模拟量输入可以通过在基板上增加Option12或在Acc-1P上增加Option2来实现，每个选项 可提供两路12位模拟量输入（范围-10V+10V）和1路12位滤波PWM模拟量输出。3.4.7 位置比较输出 位置比较（EQU）输出可在编码器到达预定位置时产生一个信号沿，这在搜索和测量应用时非 常有效，具体使用方法在PMAC2用户手册中有详细介绍。3.4.8 串行接口(JRS232) 如果要使用串行通讯，需要将当前Clipper的J2串行通讯口与PC的COM口使用线缆连接。Delta Tau提供了Acc-3L线缆可以连接PMAC和DB-9接口的串口。在特定的应用中，可能需要标准的DB-9 转DB-25或DB-25转DB-9转接器。3.5 设备连接示例1.设备连接示例：使用10V 模拟量放大器2.设备连接示例：使用脉冲&方向驱动器3.6 接口及指示灯定义l J2 -串行接口(JRS232) 该接口可以使PMAC与上位机通过RS-232端口进行通讯，Delta Tau提供了Acc-3L电缆将PMAC接 口转为DB-9端子。 1.10针母头扁平电缆接口T&B Ansley P/N 609-1041。2.标准10线扁平电缆T&B Ansley P/N 171-10。l J3 -设备接口(JMACH1)JMACH1为主要的设备接口，在PMAC上标志为J3。JMACH1包含了四个通道的设备I/O：模拟量输出、增量式编码器输入、放大器错误及使能信号以及供电接口。1.50针母头扁平电缆接口T&B Ansley P/N 609-50412.标准50线扁平电缆T&B Ansley P/N 171-503.Phoenix端子型号FLKM 50 (公头) P/N 22 81 08 9l J4 -设备接口(JMACH2)该设备接口在PMAC上的标识为JMACH2或J4。包含4个通道的设备I/O：限位输入标志、回零标志、脉冲加方向输出信号，另外B_WDO输出允许显示看门狗的状态。1.34针母头扁平电缆连接T&B Ansley P/N 609-34412.标准34线扁平电缆T&B Ansley P/N 171-343.Phoenix端子型号FLKM 34 (male pins) P/N 22 81 06 3l J7 -设备接口(JMACH3)该设备接口在PMAC上的标号为JMACH3或J7，包含了4个通道用于霍尔器件换相的U,V,W标志。1.14针母头扁平电缆连接Delta Tau P/N 014-R00F14-0K0, T&B Ansley P/N609-14412.标准14线扁平电缆171-14 T&B Ansley3.Phoenix端子型号FLKM14 (male pins) P/N 22 81 02 1l J8 -多功能复用端口(JTHW) 位于JTHW接口的复用端口含有8个输入线及8个输出线，输出线可用于扩展大量的输入和输出点， Delta Tau提供了附件板卡及软件设置（特殊的M变量定义）以实现此特性。可通过级联接法扩展多达 32块复用I/O板。 1.26针母头扁平电缆连接T&B Ansley P/N 609-26412.标准26线扁平电缆T&B Ansley P/N 171.263.Phoenix端子型号FLKM 26 (公头) P/N 22 81 05 0l J9 -通用数字输入输出端口(JOPT)Acc-1P的JOPT端口提供了8个通用数字输入和8个通用数字输出。每个输入和输出有其对应的参考地，34针接头支持OPTO-22或等效的光隔I/O模块。 1.34针母头扁平电缆连接T&B Ansley P/N 609-34412.标准34线扁平电缆T&B Ansley P/N 171-343.Phoenix端子型号FLKM 34 (male pins) P/N 22 81 06 3l J10 -手轮及脉冲&方向接口(JHW/PD)该端口在PMAC上的标号为JHW/PD或J10，提供了来自DSPGate2的2路正交编码器输入及脉冲输出（PFM或PWM）对。1.26针母头扁平电缆连接T&B Ansley P/N 609-26412.标准26线扁平电缆T&B Ansley P/N 171.263.Phoenix端子型号FLKM 26 (公头) P/N 22 81 05 0l J13 -USB 通讯接口 该端口提供了USB通讯接口，详情参考设备连接章节。 l J14 -以太网通讯接口 该端口提供了以太网接口，详情参考设备连接章节。 l TB1 -供电接口(JPWR) 该端口为供电接口 l LED 指示灯D3：双色LED，当LED为绿色时表示电源供应正常，当LED为红色时，表示触发了看门狗定时器。3.7 跳线定义 注：跳线是用于连接电路上两需求点的金属设备，用于电气连接。 对于电路板设计中提及到的跳线，指短距离的连接线，类似于飞线。在PCB设计时，无法通过PCB布线使得需要连通的两点通过PCB铜箔连接，或PCB铜箔连接无法达到电气参数要求，或PCB已生产出来后发现设计上的缺陷需要弥补而采用含有绝缘层的导线。l E0：强制复位控制 在正常使用中应去掉E0，跳上E0会使PMAC处于强制复位状态，该操作仅 用于恢复出厂设置时使用，E0跳上时PMAC处于不可操作状态。 l E1和E2：串口选择（仅适用于102或更低版本） 这些跳线会为串行接口选择CPU，可选主PMAC CPU或是以太网CPU（更改IP地址）。E1和E2必须使用相同的设置。 1-2 选择主CPU 2-3 选择以太网CPUl E3：硬件复位控制 如果E3处移除状态（默认），PMAC会执行正常复位，将最近保存在flash 存储中的数据加载到随机存储器中，如果E3处于跳上状态，PMAC会在复位时执行初始化，将出厂设 置加载到随机存储器中。l E4：禁用看门狗定时器 在正常使用中，E4必须处于断开状态，以保证看门狗定时器执行，这 是一个重要的安全特性。可以在需要时短接E4来禁用看门狗，以针对性的解决问题。l E5：仅用于厂家设置： 102或更高版本 在正常使用时必须移除E5。 101或更低版本 在正常使用时应将E5的1，2针跳上。l E6：ADC使能 跳上E6可以使能Option12的模数转换电路，去掉跳线会禁用此功能，这在同时 有带电流反馈的数字驱动器和Option12时是必要的。l E8：USB/以太网写保护 跳上E8才可以更改IP地址。l E10-E12：上电状态 E10必须为OFF，E11、E12必须为ON，这样上电或复位时CPU才会从FLSAH 中读取固件。在正常操作中这样的设置是必须的（其他设置仅供厂家使用）。l E13：固件加载 如果在上电/复位时E13是跳上的，Clipper会以引导模式启动，将固件加载到 Flash存储芯片中。当PMAC上位机程序以此模式建立与板的通讯，他会自动检测到Clipper处于引导模 式并让用户选择作为新固件下载的文件。E13在正常上电和复位时必须是关闭的。l E14-E17：端口方向控制 这些跳线可选择JTHW和JOPT端口的I/O点方向。可以使用这些跳线 将这些点都设为输入，或输出，也可以设为一半输入，一半输出。具体见下图：注：如果将E14移除，或将E15跳上，那么在JTHW的复用功能将不再可用。3.8 Turbo PMAC Clipper端口布置及控制结构图Turbo PMAC Clipper各端口3D布置图 Turbo PMAC Clipper各端口平面布置图3PSS/S样机控制系统结构图附件1.接口各针脚定义2. 电路板尺寸及孔位置图示为REV-10 3与R EV -I0 4