TwinCAT 3電機多圈絕對值編碼器溢出后保存絕對位置

第6頁TwinCATTwinCAT3通過電機多圈絕對值編碼器保存絕對位置作者：牛凱職務(wù)：華西南區(qū)技術(shù)工程師郵箱：kai.niu@日期：2024-1-9摘要：對于電機反饋形式選擇，現(xiàn)在很多客戶選擇多圈絕對值編碼器方式，如何解決絕對值驅(qū)動器長時間單方向旋轉(zhuǎn)導致編碼器溢出，重啟后出現(xiàn)位置突變的問題。本文探討通過修改編碼器參數(shù)Positionbias的方法，實現(xiàn)斷電后保持編碼器位置。注：本文原理上采用寫掉電保持型數(shù)據(jù)文件將計算好的PositionBias數(shù)值保存，上電自動寫入軸參數(shù)，所以無法確保掉電瞬間能將數(shù)據(jù)完全保存，具有一定的風險性。參考本文時需要實際測試確認效果，建議結(jié)合本文第四節(jié)的內(nèi)容，使用UPS/Novram方式實現(xiàn)。此外本文是基于PositionBias參數(shù)寫入以實現(xiàn)位置補償，所以面對設(shè)備事先需要修改PositionBias參數(shù)設(shè)置機械原點的情況，有一定的沖突。大家可以根據(jù)實際情況適當調(diào)整計算公式。附件：序號文件名備注1《ABSOLUTEMULTITURNENCODER_test》Tnzip格式的TC3樣例程序歷史版本：免責聲明：我們已對本文檔描述的內(nèi)容做測試。但是差錯在所難免，無法保證絕對正確并完全滿足您的使用需求。本文檔的內(nèi)容可能隨時更新，如有改動，恕不事先通知，也歡迎您提出改進建議。參考信息：《TwinCAT3通過電機單圈編碼器保存絕對位置》——解宏博《驅(qū)動器反饋計數(shù)單次溢出解決方法》——邵偉棟目錄1. 軟硬件版本 31.1. 倍福Beckhoff 31.1.1. 控制器硬件 31.1.2. 控制軟件 32. 準備工作 32.1. 網(wǎng)絡(luò)接線 33. 操作步驟 33.1. 設(shè)置驅(qū)動器工作模式和軸編碼器參數(shù) 33.2. 樣例程序說明 53.2.1. 添加庫文件 53.2.2. 溢出圈數(shù)計算 53.2.3. 計算Positionbias值 63.2.4. 使用WritePersistentData記錄保持變量 63.2.5. 使用MC_WriteParameterPersistent寫參數(shù) 63.3. 運行效果 73.3.1. 正常斷電情況 73.3.2. 異常斷電情況 84. 常見問題 10

軟硬件版本倍福Beckhoff控制器硬件嵌入式控制器CX5140-0122伺服驅(qū)動器EL7201-0010伺服電機AM8111-0F20-0000控制軟件筆記本基于TwinCAT3.1Build4024.32版本控制器基于TwinCAT3.1Build4024.35版本準備工作網(wǎng)絡(luò)接線如圖所示，調(diào)試筆記本通過網(wǎng)口和CX5140-0122網(wǎng)口連接，更改兩個網(wǎng)卡在一個網(wǎng)段，添加ads路由；EL7201-0010掛在CX5140-0122后面；AM8111-0F20-0000通過OCT電纜和EL7201-0010連接。操作步驟設(shè)置驅(qū)動器工作模式和軸編碼器參數(shù)設(shè)置的驅(qū)動器工作模式為位置模式。ScalingFactorNumerator：中文含義為“標度因子分子項”也可譯為“比例系數(shù)分子項”。ScalingFactorDenominator：中文含義為“標度因子分母項”也可譯為“比例系數(shù)分母項”。這兩個參數(shù)配合使用用來進行單位換算，用來把實際編碼器反饋值的增量換算成NC中顯示的位置值增量，通常把ScalingFactorDenominator設(shè)置為電機轉(zhuǎn)動一圈時編碼器的反饋上來的脈沖值，ScalingFactorNumerator設(shè)置為電機轉(zhuǎn)動一圈時所對應(yīng)的工件位移量（注意這個參數(shù)的單位是mm/INC，即每個脈沖值對應(yīng)的位移量）。本次測試ScalingFactorNumerator設(shè)置為360（后面通過軸當前位置，推算旋轉(zhuǎn)圈數(shù)需要用到這個參數(shù)），ScalingFactorDenominator設(shè)置為單圈編碼器分辨率1048576。默認設(shè)置referencesystem模式為incremental。incremental實際上可以支持使用增量型編碼器和絕對值型編碼器，而且在編碼器計數(shù)值溢出時，NC不會報錯，而是繼續(xù)計數(shù)（NC自動處理過零問題）。樣例程序說明添加庫文件手動添加Tc2_Math、Tc2_MC2、Tc2_Utilities庫文件。添加后如下圖：溢出圈數(shù)計算首先讀取每一圈的進給量，如下圖：即編碼器參數(shù)的ScalingFactorNumerator項，此處注意樣例中填的是360，ScalingFactorDenominator項填的是1048576（默認ScalingFactorDenominator是1，如果客戶采用默認ScalingFactorDenominator值，而將分子項ScalingFactorNumerator填寫為類似0.00034332275390625這樣的小數(shù)，注意區(qū)分）。計算多圈絕對值編碼器溢出次數(shù)，LTRUNC(lrActPosition/lrAxisEncoderScalingNumerator/4096)，LTRUNC為Lreal型數(shù)據(jù)取整函數(shù)，來自Tc2_Math庫，軸當前位置除以每一圈進給量，算出總?cè)?shù)，再除以4096（對應(yīng)多圈絕對值編碼器為4096圈）取整，得到多圈絕對值編碼器溢出次數(shù)。計算Positionbias值定義一個掉電保持變量lrAxisEncoderOffset，用來保持每次上電需要寫入?yún)?shù)Positionbias的值。通過實時的溢出次數(shù)，計算掉電保持變量lrAxisEncoderOffset的值，如下圖： 運用IF語句判斷只在溢出次數(shù)不為0的情況下計算PositionBias的數(shù)值。使用WritePersistentData記錄保持變量這里為了突出一般性沒有使用CX5000系列控制器的1sUPS掉電保持功能塊，使用WritePersistentData功能塊，周期性（周期writeHz為20s，客戶可以根據(jù)需要靈活修改）觸發(fā)記錄保持數(shù)據(jù)且并聯(lián)了一個電機斷使能的下降沿觸發(fā)，如下圖：使用MC_WriteParameterPersistent寫參數(shù)通過MC_WriteParameterPersistent功能塊，每次伺服上使能之前寫入?yún)?shù)Positionbias，相當于編碼器值初始化，如下圖：運行效果正常斷電情況通過程序使軸單方向運動，并監(jiān)視多圈絕對值編碼器值溢出，然后記錄編碼器當前位置。軸斷開使能信號，然后控制器斷電關(guān)機。再次上電，且此時軸沒有上使能信號，編碼器位置如下圖：軸上使能，在線監(jiān)視編碼器當前位置如下圖：多次實驗發(fā)現(xiàn)，確實能夠保存多圈絕對值編碼器值絕對位置值。異常斷電情況通過程序使軸單方向運動，并監(jiān)視多圈絕對值編碼器值溢出后，然后突然給控制器和驅(qū)動器同時斷電，模擬現(xiàn)場設(shè)備突然斷電的情況，記錄編碼器當前位置，如下圖：然后再給控制器和驅(qū)動器上電，且此時軸沒有上使能信號，編碼器位置如下圖：軸上使能，在線監(jiān)視編碼器當前位置如下圖：多次實驗發(fā)現(xiàn)，異常斷電的情況下也能夠保存多圈絕對值編碼器值絕對位置值。常見問題由于WritePersistentData功能塊觸發(fā)條件為20s周期性觸發(fā)或正常斷使能觸發(fā)寫保持數(shù)據(jù)，所以在異常斷電的情況下，可能會出現(xiàn)恰好多圈絕對值編碼器圈數(shù)溢出，且沒有被記錄下來，導致絕對位置出現(xiàn)突變。這樣的情況可以通過將觸發(fā)周期時間縮短，降低出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的概率，卻不能完全避免。最好的解決辦法是：工控機選擇外加UPS電源，或者選用自帶1sUPS的嵌入式控制器，采用UPS的方式對數(shù)據(jù)進行掉電保持，可以確保數(shù)據(jù)不丟失。

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