倍福beckhoff在步进电机控制中的应用

《倍福beckhoff在步进电机控制中的应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、倍福Beckhoff在步进电机控制中的应用2009-07-2216:32:19来源:现代电子技术关键字:步进电机运动控制以太网网络拓扑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。步进电机以性价比高，实时效果好，不需要昂贵的反馈系统著称，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馈信号，实时效果差，故障定位非常困难；试验中采用西门子PLC(ProgrammableLogicController，可编程逻辑控制器)控制这些电机可靠

2、性好，但控制少量步进电机时比较简单，控制大量步进电机时时序复杂，接线复杂，成本高，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，该方案具有成本较低、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，现已通过试验和评审进入调试阶段。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

3、，通过1000Mb／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(EthernetforControlandAutomationTechnology)构成运动控制网络系统，采

4、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

5、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20kHz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服务器、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IntelCeleronMULV1GHz，内存为256MB／512MB／1024MB，操作系统为MicrosoftWindowsXPEmbedded或MicrosoftWindow

6、sCE。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TwinCATPLC(TheWindowsControlandAutomationTechnologyPLC)使用符合采用IEC61131-3的编程语言编程，运动控制功能库符合PLCopen标准，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

7、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；350μs处理12000个数字量I／O；100μs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