單軸運動平臺電器接線圖報告

1、北京工業(yè)大學機電接口技術(shù)期末作業(yè)-單軸運動平臺電器接線圖 姜鑫 S201201174 岳麗花 S201201190 安亞群 S201201172 王翠 S201201167指導老師：崔晶 日期：2012年12月19日PMAC運動控制卡接線原理圖+電源接線原理圖姜鑫 S201201174一控制系統(tǒng)總體流程圖驅(qū)動器PMAC運動控制卡電機上位機 用戶控制命令信號 模擬差分信號 由讀數(shù)頭反饋的脈沖信號 電壓信號讀數(shù)頭 PID 運算 功率放大首先，大家可以看出這是個閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，用戶通過上位機傳遞的控制命令信號，以及由讀數(shù)頭反饋的脈沖信號輸入到PMAC運動控制卡中，經(jīng)過PID運算，輸出模擬差分信號，

2、經(jīng)過驅(qū)動器進行功率放大之后來控制電機的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。1 姜鑫S201201174主要負責PMAC運動控制卡整體接線圖，包括控制卡的J3、J4、J12、TB1四個端口的接線情況。以及整個電源接線原理圖。2 岳麗花S201201190主要負責的部分是：PMAC運動控制卡J3接口與讀數(shù)頭和驅(qū)動器的連接，實現(xiàn)的主要功能是：由讀數(shù)頭反饋的脈沖信號輸入到PMAC卡中，經(jīng)過PID運算，輸出模擬差分信號進入到驅(qū)動器，進行功率放大。3 安亞群S201201172主要負責的部分是：驅(qū)動器和PMAC運動控制卡J3接口以及電機的連接，實現(xiàn)將模擬差分信號經(jīng)過驅(qū)動器進行功率放大來控制電機的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。4 王翠S201201

3、167負責的主要部分是將讀數(shù)頭反饋的信號輸入到運動控制卡中，實現(xiàn)一軸運動的單端雙限位功能，在此部分我們在原有兩軸設計的基礎上提出了問題和原圖的錯誤，我們按照自己的觀點，加入兩個電阻，此處是我們設計中的難點部分，也是我們的主要創(chuàng)新點。二PMAC運動控制卡PMAC 含義是 Programmable Multi-Axis Controller ，實際上PMAC是一臺具有獨立內(nèi)存、獨立運算操作能力的計算機。PMAC 有著廣泛的應用場合, 從微小的精密控制到幾百千瓦的功率控制。本設計采用的運動控制卡是 Turbo PMAC Clipper，又稱Clipper。它是由Delta Tau設計制造的低成本多軸

4、運動控制器。Clipper在保持低價、整合的同時，提供了強大的控制性能。它采用Turbo PMAC2 CPU，提供4軸伺服或步進控制以及32個通用數(shù)字I/O點。此外，Clipper采用通用的以太網(wǎng)和RS232串行通訊方式，方便用戶進行控制器與上位機的連接，并可以通過選擇軸擴展卡對伺服通道及I/O端口進行擴展。1PMAC運動控制卡接線原理圖PMAC運動控制卡接線原理圖，如圖1所示。本設計涉及到的PMAC的四個接口端子：TB1供電接口、J3設備接口(JMACH1)、J4設備接口(JMACH2)和J14以太網(wǎng)通訊接口。圖1 PMAC運動控制卡接線原理圖2TB1 -供電接口(JPWR) 該端口為供電接

5、口，1. 4針接線端子，間距0.150英寸。1針腳為公共端，與數(shù)字地相連接。2針腳主要功能是作為邏輯電源，為PMAC板所有額數(shù)字電路供電。Clipper電路板與其他附件卡正常工作狀態(tài)下均需要1A5V直流供電，然而Clipper電路板的浪涌電流可能達到3A，所以建議使用6A5V供電電源。+5V及參考地應接到TB1端子，使用18AWG標準線纜。同時，在本設計中，2針腳也為標志位供電，Clipper每個通道均有5個專用的數(shù)字輸入點，這些點可以在設備接口上找到，分別名為：PLIMn, MLIMn (正、負限位), HOMEn (回零標志), FAULTn (放大器錯誤), 以及USERn（用戶輸入）。

6、這些點對應的輸入電路可以使用5到24V電源供電，電源及參考地同樣可以引自TB1端子或是JMACH1接頭。3、4針腳主要功能是為數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC輸出電路供電。DAC輸出電路正常工作狀態(tài)下的供電要求為：0.3A +12 到 +15V (4.5W) 、0.25A -12 到 -15V (3.8W)（8通道配置）。 DAC的±12V以及參考地可以由TB1端子引入，也可以從JMACH1接頭引入。在本設計中，DAC的±12V以及參考地都由TB1端子引入。TB1的四個針腳排布如圖2所示。TB1端子的針腳功能見表1。圖2 TB1針腳排布圖表1 TB1端子的針腳功表針腳號碼標號功能描述注釋1

7、GND公共端數(shù)字地2+5V輸入邏輯電源為PMAC所有數(shù)字電源供電3+12V輸入DAC供電參考為數(shù)字地4-12V輸入DAC供電參考為數(shù)字地3. J3 -設備接口(JMACH1) JMACH1為主要的設備接口，在PMAC上標志為J3。JMACH1包含了四個通道的設備I/O：模擬量輸出、增量式編碼器輸入、放大器錯誤及使能信號以及供電接口。1. 50針母頭扁平電纜接口T&B Ansley P/N 609-5041 2. 標準50線扁平電纜T&B Ansley P/N 171-50 3. Phoenix端子型號FLKM 50 (公頭) P/N 22 81 08 9 在本設計中，J3端子通

8、過接口板與一個讀數(shù)頭和一個Trust線性放大器相連接。從讀數(shù)頭的輸出的電信號進入PMAC板，輸出一路模擬量指令通過線性放大器來驅(qū)動和控制電機。4. J4 -設備接口(JMACH2) 該設備接口在PMAC上的標識為JMACH2或J4。包含4個通道的設備I/O：限位輸入標志、回零標志、脈沖&方向輸出信號，另外B_WDO輸出允許顯示看門狗的狀態(tài)。1. 34針母頭扁平電纜連接T&B Ansley P/N 609-3441 2. 標準34線扁平電纜T&B Ansley P/N 171-34 3. Phoenix端子型號FLKM 34 (male pins) P/N 22 81 0

9、6 3 J4端子與讀數(shù)頭相連接，主要功能是實現(xiàn)軸的單端雙限位控制，正限位以及負限位控制。5. J14 -以太網(wǎng)通訊接口該端口提供了以太網(wǎng)接口，通過網(wǎng)線與上位機相連。PMAC運動控制卡以太網(wǎng)接口電腦端上位機軟件在這個接口部分，我們對照PMAC控制卡的相關(guān)說明書，指出我們參考的二軸運動的接線圖中的錯誤，其中原圖中為J12，在我們設計中更正為J14.三電源接線原理圖1. 電源接線原理圖綜述在整個電源接線原理圖中，用到了2個36V電源，1個24V電源，2個12V電源，和一個5V電源。如圖所示首先由一組總的220V電源，引出一條火線和一條零線，通過一個接線排，分成兩組分路，通過兩個組空氣自動開關(guān)，繼續(xù)接

10、兩組接線排，分別與兩組36V，一組24V，兩組12V和一組5V電源變壓器相連，通過接線排與線性放大器和PMAC卡TB1供電端口相連。1組24V電源是給Trust線性放大器供電，即給輸入到放大器中的弱點供電；2組36V電源給電機供電，即給從放大器輸出的強電供電；2組12V電源為數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC輸出電路供電；5V為PMAC運動控制卡的所有數(shù)字電路供電。電源接線原理圖如圖3所示。圖3 電源接線原理圖2. 接線排為了方便將220V電源的總電路的火線和零線分成各個分支電路，以及便于與各個設備連接在一起，這里我們用到了接線排，接線排的結(jié)構(gòu)如圖4所示。最上方的兩條線是總電路的火線和零線，左邊的接線排的各個端

11、子短接，編號為1、3、5、7，從這里引出的是分支電路的火線；同樣，右邊接線排的各個端子也是短接在一起的，編號為2、4、6、8等，從這邊引出的是分支電路的零線。當我們需要一組火線和零線的時候，就從左邊的1端口引出一條火線，右邊的2端口引出一條零線，與相應的設備連接。圖4 接線排結(jié)構(gòu)示意圖3. 自動空氣開關(guān)在我們設計中用了兩組自動空氣開關(guān)，圖2 電源接線原理圖所示。自動空氣開關(guān)又稱自動空氣斷路器，是低壓配電網(wǎng)絡中非常重要的一種電器，它集控制和保護功能于一身。除了能完成接觸和分斷電路外，尚能對電路或電氣設備發(fā)生的短路、嚴重過載等進行保護。4. 線性放大器供電部分在整個電源接線原理圖中，用到了2個36

12、V電源，1個24V電源。1組24V電源是給Trust線性放大器供電，即給輸入到放大器中的弱點供電；2組36V電源給電機供電，即給從放大器輸出的強電供電。線性放大器接線原理圖中的電源供電部分如圖6所示。圖6 線性放大器接線原理圖5. PMAC卡供電部分同時，在整個電源接線原理圖中，也用到了 2組12V電源，和一組5V電源。2組12V電源為數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC輸出電路供電；5V為PMAC運動控制卡的所有數(shù)字電路供電。PMAC運動控制卡接線原理圖如圖1所示。動器TA330接線原理部分安亞群 S201201172一、 放大器的功能以及組成：1.放大器是能把輸入訊號的電壓或功率放大的裝置，由電子管或晶體管、

13、電源變壓器和其他電器元件組成。用在通訊、廣播、雷達、電視、自動控制等各種裝置中。增加信號幅度或功率的裝置，它是自動化技術(shù)工具中處理信號的重要元件。對于線性放大器，輸出就是輸入信號的復現(xiàn)和增強。對于非線性放大器，輸出則與輸入信號成一定函數(shù)關(guān)系。2.放大器電路使用兩種信號種類：電流和電壓。作為輸入、輸出，導致4種類型的放大器。輸入輸出相依電源放大器類型IICCCS（電流控制電流源）current controlled current source電流放大器IVCCVS（電流控制電壓源）current controlled voltage source轉(zhuǎn)阻放大器VIVCCS（電壓控制電流源）volt

14、age controlled current source轉(zhuǎn)導放大器VVVCVS（電壓控制電壓源）voltage controlled voltage source電壓放大器二、 線性放大器TA330此處，我們選用的線性放大器TA330，是屬于第三種轉(zhuǎn)導放大器，它具有較低的電器噪音、使霍爾傳感器轉(zhuǎn)矩波動最小、沒有交越失真、能獲得較大的增益等優(yōu)點。1、失真：一個理想的放大器，其輸出信號應當如實的反映輸入信號，即他們盡管在幅度上不同，時間上也可能有延遲，但波形應當是相同的。但是，在實際放大器中，由于種種原因，輸出信號不可能與輸入信號的波形完全相同，這種現(xiàn)象叫做失真。2、增益：一個放大器的輸入輸出關(guān)

15、系常常表示為一個與輸入頻率相關(guān)的函數(shù)，這個關(guān)系稱為放大器的傳輸函數(shù)，同時這個傳輸函數(shù)的系數(shù)定義為增益。增益是指放大器能在多大程度上增大信號的幅值。該參數(shù)常用分貝（dB）來度量。 用數(shù)學語言來說，增益等于輸出幅值除以輸入幅值。三、TA330接線圖如下：四、Trust線性放大器由以下模塊構(gòu)成：J1：供電端口（給放大器本身供電）J6：供電端口（給電機供電）J5：電機信號J3: 命令信號S1：電機類型設置J2：監(jiān)測口（TTL to USB）J4：霍爾傳感器J2口連接上位機，監(jiān)測放大器內(nèi)部工作狀況，J4端口連接電機上的霍爾傳感器，此處接線用到J1、J6、J5、J3、S1端口，我們選用的TA330是基于三

16、極管的功率放大原理，將PMAC板傳輸來的微小信號經(jīng)過調(diào)制轉(zhuǎn)換成強電信號驅(qū)動電機，通過電流的大小、方向來控制電機的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向。J1：1、2針腳連接一個外部24V電源，給放大器供電，相當于給弱電信號供電J6：1、2、3針腳連接兩個外部36V電源，給電機供電，相當于給強點信號供電J5：2、4針腳連接電機J3：命令信號，接收PMAC板發(fā)來的命令信號端口連接方式如下：J3 PMAC J3接口板1（A+） 29（DAC1 P）2（A-） 31（DAC1 N）7（ENABLE） 33（ANEA1）8（FAULT） 35（FAULT1）9（GND） 3（GND）S1：電機類型設置（音圈電機）五、DAC輸出此處

17、PMAC J3板的29、31針腳輸出了一路模擬量指令來控制電機。該路模擬量可以是單端或差分信號，這取決于所用的驅(qū)動器。在這里我們使用的是差分指令。差分傳輸是一種信號傳輸?shù)募夹g(shù)，區(qū)別于傳統(tǒng)的一根信號線一根地線的做法，差分傳輸在這兩根線上都傳輸信號，這兩個信號的振幅相等，相位相反。信號接收端比較這兩個電壓的差值來判斷發(fā)送端發(fā)送的是邏輯0還是邏輯1。差分信號是用一個數(shù)值來表示兩個物理量之間的差異。設備的信噪比越高表明它產(chǎn)生的雜音越少，單端輸入時, 是判斷信號與 GND 的電壓差.信號受干擾時，差分輸入時, 是判斷兩個信號線的電壓差. 信號受干擾時, 差分的兩線會同時受影響, 但電壓差變化不大(抗干擾

18、性較佳) 。因為干擾信號一般是以共模信號的形式存在，所以差分信號的應用極大地提高了放大器系統(tǒng)的信噪比。而單端輸入的一線變化時, GND 不變, 所以電壓差變化較大. (抗干擾性較差) 六、放大器使能信號(AENAn/DIRn)大多數(shù)驅(qū)動器具有使能/禁用信號輸入接口，允許控制器在需要時完全禁止驅(qū)動器輸出，PMAC的AENA引腳便對應此功能。AENA1位于第33腳，信號為OC門輸出，可使用3.3k外部上拉電阻。輸入為低電平時，右面二極管導通，輸出被下拉為地，輸入為高電平時，二極管不導通，輸出被上拉為+5V。我們可以自定義輸出端電平為高或低來觸發(fā)放大器工作。七、放大器錯誤信號(FAULT-)PMAC

19、可以接收驅(qū)動器的錯誤報警信號以便知曉驅(qū)動器工作是否正常，是否需要切斷輸入及使能。輸入為低電平時，二極管導通，輸出下拉到地，此時驅(qū)動器發(fā)出錯誤信號，輸入為高電平時，二極管不導通，輸出上拉為+5V，驅(qū)動器正常工作。八、S1電機類型設置根據(jù)SW1的不同狀態(tài)，電機可大致分為以下幾種類型SW1共有18個開關(guān)，各個功能如下：1使能觸發(fā)2報錯3、4數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的設置，主要設置的是放大器的增益和跨導率58電機類型設置此處我們選用第三種音圈電機，S1設置如下圖所示：音圈電機是一種反應頻率最快的直驅(qū)式電機，高頻響、高精度，控制簡單可靠，無需換相裝置，壽命長，尤其適合短行程的閉環(huán)伺服控制。九、J3 -設備接口(JM

20、ACH1)JMACH1為主要的設備接口，在PMAC上標志為J3。JMACH1包含了四個通道的設備I/O：模擬量輸出、增量式編碼器輸入、放大器錯誤及使能信號以及供電接口。此處與放大器相連接的只有其中的三個通道。PMAC-J4接口接線原理部分王翠 S201201167一、RGH22讀數(shù)頭1、讀數(shù)頭的選擇在選用讀數(shù)頭時，我們考慮了兩種讀數(shù)頭，光柵尺和磁柵尺，光柵尺具有以下特點：小巧、堅固，采用內(nèi)置細分電路，能夠提供具有行業(yè)標準的模擬和數(shù)字輸出非接觸式設計提供高速、可靠的操作，摩擦和磨損均為零；內(nèi)置LED安裝指示燈使讀數(shù)頭便于安裝；光學濾波系統(tǒng)在大多數(shù)開放式光柵都不適用的條件下，仍具有優(yōu)異的信號穩(wěn)定性

21、；光學零位提供可重復的起始位置，而限位開關(guān)則指示軸行程的終點。磁柵尺磁柵尺以耐水耐油污耐粉塵耐震動性見長，長度在2米以上性價比優(yōu)勢愈加明顯，并且長度越長優(yōu)勢越明顯。磁柵尺的量程可達30米。在大型金屬切削機床如大的鏜床、銑床，水下測量，木材石材加工機床（工作環(huán)境粉塵很重），金屬板材壓軋設備（大型成套設備）等應用方面有明顯優(yōu)勢。我們設計的是單軸運動平臺接線圖，溫度在室溫下，設備小，同時考慮能查到的磁柵尺的資料特別比較少，對光柵尺比較熟悉，所以我們決定采用光柵尺（RGH22讀數(shù)頭）。2、讀數(shù)頭在PMAC-J4接口接線原理部分的作用RGH22讀數(shù)頭在PMAC-J4接口接線原理部分的作用是將輸出的脈沖信

22、號輸入到PMAC控制卡中，實現(xiàn)單軸運動的限位功能。下面介紹讀數(shù)頭的各個針腳如表格1： 表1：RGH22讀數(shù)頭接口 在這里我們只用到了僅有的幾針，E+和Q。二、PMAC-J4接口J4 -設備接口(JMACH2)：該設備接口在PMAC上的標識為JMACH2或J4。包含4個通道的設備I/O：限位輸入標志、回零標志、脈沖&方向輸出信號，另外B_WDO輸出允許顯示看門狗的狀態(tài)。1. 34針母頭扁平電纜連接T&B Ansley P/N 609-34412. 標準34線扁平電纜T&B Ansley P/N 171-343. Phoenix端子型號FLKM 34 (male pins)

23、 P/N 22 81 06 3 下面介紹PMAC-J4接口各引腳的功能如表格2表2：PMAC-J4接口在單軸控制中，PMAC_J4接口的作用是定位，單軸的運動有兩個限位（正限位，負限位），正限位代表的是軸運動到右端極點的位置，負限位代表的是軸運動到左端極點的位置。三、 RGH22讀數(shù)頭與PMAC_J4接口的連線 這一部分是我們的難點，這一部分出現(xiàn)了很多錯誤，大部分的經(jīng)歷主要在設計這一部分，首先根據(jù)資料中的雙軸接線圖如圖1:圖1：雙軸PMAC_J4接口的連線圖同理：單軸類似于雙軸運動，只是比雙軸簡單，因此只需要一個編碼器（RGH22讀數(shù)頭1），同時我們在分析雙軸過程中發(fā)現(xiàn)了這圖有一些有一些錯誤：

24、 1：這兩個讀數(shù)頭標錯了 2：采用的是雙端輸入，應該采用的是單端輸入，兩個限位等在上圖中RGH22讀數(shù)頭上的9針（E-）接到PMAC J4接口的11針（USER1)沒有任何意義，不能完成任何功能，不需要采用雙端輸入，只要采用單端輸入，因此，只需用到RGH22讀數(shù)頭上的兩針：11（E+),10(Q), 針11（E+)代表報警，接PMAC J4接口的正限位（7針：PLIM1),實現(xiàn)單軸運動到右端點的定位，10(Q)代表限位開關(guān)，接PMAC J4接口的負限位（9針：MLIM1).根據(jù)這個分析我們起初設計的PMAC_J4接口圖如圖2：圖2 起初設計的PMAC-J4接口接線原理圖經(jīng)老師給我們耐心的講解，我們發(fā)現(xiàn)這樣接線不對，因此我們回去把老師發(fā)給我們的關(guān)于RGH22讀數(shù)頭的資料再仔細研究了一下，我們發(fā)現(xiàn)我們畫的圖有錯