基于分布式运动控制系统 基于分布式运动控制系统 CANopen 简介基于分布式运动控制系统 基于分布式运动控制系统 分布式运动控制 CANopen 简介运动控制产品 产品经理 徐国平 运动控制产品经理深圳市泰科智能伺服技术有限公司Techsoft motion (Shenzhen) technology Ltd.2009 年 7 月 8 日 © Techsoft深圳市泰科智能伺服技术有限公司基于分布式运动控制系统 基于分布式运动控制系统 CANopen 简介概 述分布式控制与集中式运动控制系统的比较 控制系统 ◇ 分布式控制与集中式运动控制系统的比较 ◇ CAN物理层 物理层 ◇ CANopen协议 协议 ◇ 驱动器与运动控制设备概述 驱动器与运动控制设备概述 多轴同步 同步协调运动 ◇ 多轴同步协调运动 ◇ IDMxxx（CAN/CANopen）系列全数字通用伺服驱动器 （ ）系列全数字通用伺服驱动器 通用伺服2009 年 7 月 8 日 © Techsoft深圳市泰科智能伺服技术有限公司1基于分布式运动控制系统 基于分布式运动控制系统 CANopen 简介分布式与集中式运动控制系统的比较 分布式与集中式运动控制系统的比较 控制系统集中式运动控制 控制系统 ◇ 集中式运动控制系统• • • 多轴运动控制卡或控制器 多轴运动控制卡或控制器 位置/速度 转矩伺服驱动器 位置 速度/转矩伺服驱动器或放大器 速度 转矩伺服驱动器或放大器 电机2009 年 7 月 8 日 © Techsoft深圳市泰科智能伺服技术有限公司2基于分布式运动控制系统 基于分布式运动控制系统 CANopen 简介集中式运动控制系统组成部分 集中式运动控制系统组成部分 式运动控制系统组成◇ 控制器• • • PC运动控制卡 运动控制卡 独立式运动控制器 独立式运动控制器 +/- 10V命令信号 命令信 命令◇ 驱动器或放大器• • 位置/速度 转矩 位置 速度/转矩模式 速度 转矩模式 模拟量或数字量驱动器 模拟量或数字量驱动器◇ 电 机• • 旋转或直线伺服电机 旋转或直线伺服电机 步进、有刷、无刷伺服电机 步进、有刷、无刷伺服电机2009 年 7 月 8 日 © Techsoft深圳市泰科智能伺服技术有限公司3基于分布式运动控制系统 基于分布式运动控制系统 CANopen 简介集中式运动控制系统的缺点 集中式运动控制系统的缺点 式运动控制系统控制轴数 轴数相对性能的限制性 ◇ 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 相对所需应用轴数的 ◇ 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 量命令信号的限制性 ◇ 模拟量命令信号的限制性 驱动器或放大器诊断的限制性 放大器诊断的限制 ◇ 驱动器或放大器诊断的限制性 电机反馈到驱动器与控制器都必 反馈到驱动器 ◇ 电机反馈到驱动器与控制器都必需接线 接线复杂、成本高、可靠性降低 ◇ 接线复杂、成本高、可靠性降低2009 年 7 月 8 日 © Techsoft深圳市泰科智能伺服技术有限公司4基于分布式运动控制系统 基于分布式运动控制系统 CANopen 简介分布式运动控制系统 分布式运动控制系统 运动控制布式运动控制系统 运动控制 ◇ 分布式运动控制系统主控制器 驱动器 电机2009 年 7 月 8 日 © Techsoft深圳市泰科智能伺服技术有限公司5基于分布式运动控制系统 基于分布式运动控制系统 CANopen 简介分布式运动控制系统的组成部 分布式运动控制系统的组成部分 运动控制系统◇ 控制器• • • 计算机 独立式控制器 设备总线， 数字网络 (设备总线，现场总线，网络 设备总线 现场总线，网络)◇ 驱动器• • 位置，速度，转矩模式 位置，速度，转矩模式 带网络接口的数字伺服驱动器 网络接口的数字伺服驱动器◇ 电机• • 旋转或直线伺服电机 旋转或直线伺服电机 步进、有刷、无刷伺服电机 步进、有刷、无刷伺服电机2009 年 7 月 8 日 © Techsoft深圳市泰科智能伺服技术有限公司6基于分布式运动控制系统 基于分布式运动控制系统 CANopen 简介分布式运动控制系统的优势 布式运动控制系统的优势 运动控制系统主控制器选择简单 ◇ 主控制器选择简单 ◇ 全数字命令信号 ◇ 全驱动器诊断 仅电机到驱动器之间反馈必须 之间反馈必须接线 ◇ 仅电机到驱动器之间反馈必须接线 整体体积 体积减小 ◇ 整体体积减小 ◇ 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 ◇ 减少系统成本• • • 驱动器成本增加 驱动器成本增加 省掉了多轴运动控制器成本 多轴运动控制器成本 运动控制器 减少了接线成本 减少了接线成本2009 年 7 月 8 日 © Techsoft深圳市泰科智能伺服技术有限公司7基于分布式运动控制系统 基于分布式运动控制系统 CANopen 简介CAN 物理层公司原创 原创， ◇ CAN(Controller Area Network)，由 BOSCH 公司原创，ISO-11898 标准 ， 传输速度 速度时 ◇ 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 非破坏性解决 ◇ 多路访问冲突侦测 非破坏性解决 标识符)或 位标识符) ◇ 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（ ◇ 总线结构（3 线） 硬件自动检测 处理错误 检测与 ◇ 硬件自动检测与处理错误2009 年 7 月 8 日 © Techsoft深圳市泰科智能伺服技术有限公司8基于分布式运动控制系统 基于分布式运动控制系统 CANopen 简介CAN 物理层数据帧（ ◇ 数据帧（CAN Message） ）• • SOF: 帧起始域 帧起始域 Arbitration Field: 仲裁域 Identifier: 标识符 RTR • • • • • Control Field: 控制域 Data Field: 数据域 CRC Field: 循环沉余校验域 循环沉余校验域 ACK Field: 应答域 EOF Field: 帧结束域2009 年 7 月 8 日 © Techsoft深圳市泰科智能伺服技术有限公司9基于分布式运动控制系统 基于分布式运动控制系统 CANopen 简介CAN 物理层◇ Arbitration Field（仲裁域） （仲裁域）• • CAN2.0A : 11 位标识符 CAN2.0B: 29 位标识符位填充) ◇ Bit Stuffing (位填充 位填充• 个连续相同的位后，插入一个反极性的位 极性的位(最大可达 填充位) 在 5 个连续相同的位后，插入一个反极性的位 最大可达 19 填充位总线仲裁 ◇ Bus Arbitration (总线仲裁) 总线仲Identifier S O F标识符节点 1节点 2非优先级Listening only (仅收听)总线电平优先级2009 年 7 月 8 日 © Techsoft深圳市泰科智能伺服技术有限公司10基于分布式运动控制系统 基于分布式运动控制系统 CANopen 简介CAN 物理层总线时序) ◇ Bus Timing (总线时序 总线时序最差情况下消息长度是 130 位 情况下消息长度是 消息长度波特率 1 Mbit/s 800 kbit/s 500 kbit/s 250 kbit/s 125 kbit/s 62.5 kbit/s 20 kbit/s 10 kbit/s总线长度 30 m 50 m 100 m 250 m 500 m 1000 m 2500 m 5000 m正常响应时间 正常响应时间 1 µs 1.25 µs 2 µs 4 µs 8 µs 20 µs 50 µs 100 µs等待时间 等待时间 130 µs 162.5 µs 260 µs 520 µs 1.04 ms 2.08 ms 6.50 ms 13 ms2009 年 7 月 8 日 © Techsoft深圳市泰科智能伺服技术有限公司11基于分布式运动控制系统 基于分布式运动控制系统 CANopen 简介CANopen 协议标准的开放 的开放工业网络协议 ◇ 基于 CAN 标准的开放工业网络协议 用于自动化领域 领域(CiA) ◇ CAN 用于自动化领域• • • • 德国) 非盈利组织 (德国 德国 众多员 众多员成 通过一致性测试 通过一致性测试◇ CANopen 概述设备概述 设备概述I/O 模块 驱动器与 驱动器与运动控制 编码器 …标准化 功能可选性 功能可选性 可选2009 年 7 月 8 日 © Techsoft深圳市泰科智能伺服技术有限公司12基于分布式运动控制系统 基于分布式运动控制系统 CANopen 简介设备概述 设备概述◇ 对象词典通过 CAN 网络可获取对象 类似于内存寻址 位子索引来获 每一个对象通过 16 位索引或者 8 位子索引来获取索引 (hex) 0000 0001-001F 0020-003F 0040-005F 0060-007F 0080-009F 00A0-0FFF 1000-1FFF 2000-5FFF 6000-9FFF A000-FFFF 对象 不用 静态数据类型 复杂数据类型 制造商特殊的复杂数据类型 制造商特殊的复杂数据类型 装置设备特殊的静态数据类型 装置设备特殊的静态数据类型 设备特殊的 装置设备特殊的复杂数据类型 装置设备特殊的复杂数据类型 保留为将来用 保留为将来用 通讯区域 制造商特殊区域 制造商特殊区域 标准化的装置设备区域 标准化的装置设备区域 装置 保留为将来用 保留为将来用2009 年 7 月 8 日 © Techsoft深圳市泰科智能伺服技术有限公司13基于分布式运动控制系统 基于分布式运动控制系统 CANopen 简介CANopen 通讯模式草稿标准 ：应用层 ◇ CiA 草稿标准 301（DS301） 应用层与通讯概述 （ ） 应用层与通讯概 ： 个节点（ ◇ 可达 127 个节点（CAN2.0A） ） 标识符(COB-ID) ◇ CAN 标识符• • 功能码： 功能码：位 7...10 节点 ID：位 0...6 ：消息类型（ ◇ 消息类型（Message Types） ）Message NMT SYNC TIME STAMP EMERGENCY PDO SDO NMT Error Control 描述 网络管理 (广播发送) 同步消息 (广播发送) 时间标记 (广播发送) 紧急消息 过程数据对象 服务数据对象 服务数据对象 数据 网络管理错误控制 COB-ID 0h 80h 100h 81h - FFh 181h - 57Fh 581h - 67Fh 701h - 77Fh2009 年 7 月 8 日 © Techsoft深圳市泰科智能伺服技术有限公司14基于分布式运动控制系统 基于分布式运动控制系统 CANopen 简介CANopen 消息网络管理） ◇ 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 复位通信 复位通信◇ SYNC （同步） 同步）• • 广播时钟 同步 PDO 消息触发器◇ TIME STAMP（时间标记） （时间标记）• 广播信息包含节点时钟同步时间◇ EMERGENCY（紧急） （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 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） （错误控制）• • 节点监护 启动2009 年 7 月 8 日 © Techsoft深圳市泰科智能伺服技术有限公司15基于分布式运动控制系统 基于分布式运动控制系统 CANopen 简介CANopen 消息程数据对象（ ◇ 过程数据对象（PDO） ）未经确认的消息 用于实时数据传输 与设备对象字典通信（映射） 设备对象字 通信（映射） 传送或者接收 或者接收 同步（ 同步（基于 SYNC）或异步 ） 触发模式 事件驱动（ 事件驱动（例如 SYNC） ） 定时器驱动 远程请求2009 年 7 月 8 日 © Techsoft深圳市泰科智能伺服技术有限公司16基于分布式运动控制系统 基于分布式运动控制系统 CANopen 简介CANopen 消息服务数据对象（ 数据对象 ◇ 服务数据对象（SDO） ）确认消息 用于设置和配置 用于访问设备对象字 用于访问设备对象字典 访问设备对象 可用于所有的变量类型（8 位，16 位，32 位...） 用于所有的变量类型（ ）2009 年 7 月 8 日 © Techsoft深圳市泰科智能伺服技术有限公司17基于分布式运动控制系统 基于分布式运动控制系统 CANopen 简介驱动器与运动控制设备概 驱动器与运动控制设备概述草稿标准 ◇驱动器与运动控制设备概述：CiA 草稿标准 DSP-402 驱动器与运动控制设备概述 标准访问 访问对象字典 ◇ 使用 DS301 标准访问对象字典 设备控制 机器状态 控制（ 状态） ◇ 设备控制（机器状态） ◇ 操作模式回原点模式 位置曲线模式 位置曲线模式 曲线 插补位置模式 速度曲线模式 速度曲线模式 曲线 转矩曲线模式 转矩曲线模式 曲线 速度模式（频率转换器） 速度模式（频率转换器）制造商指定 指定对象 ◇ 制造商指定对象2009 年 7 月 8 日 © Techsoft深圳市泰科智能伺服技术有限公司18基于分布式运动控制系统 基于分布式运动控制系统 CANopen 简介装置设备控制 装置设备控制机器状态 ◇ 机器状态• • • 控制字 状态字 操作模 操作模式选择◇ 比例因子集• 位置、速度、 位置、速度、加速度比例因子2009 年 7 月 8 日 © Techsoft深圳市泰科智能伺服技术有限公司19基于分布式运动控制系统 基于分布式运动控制系统 CANopen 简介位置模式◇ 位置控制功能• • • • • 位置查询 实际位置 跟踪误差 瞬时位置窗口 位置控制参数设定 位置控制参数设定位置曲线 曲线模式 ◇ 位置曲线模式• • • • 目标位置 位置限制 速度曲线 速度曲线 加速度或减速度曲线 速度或减速度2009 年 7 月 8 日 © Techsoft深圳市泰科智能伺服技术有限公司20基于分布式运动控制系统 基于分布式运动控制系统 CANopen 简介回原点模式原点偏移量 ◇ 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 原点开关 编码器索引◇ 回原点速度 ◇ 回原点加速度2009 年 7 月 8 日 © Techsoft深圳市泰科智能伺服技术有限公司21基于分布式运动控制系统 基于分布式运动控制系统 CANopen 简介速度曲线模式 速度曲线模式 曲线◇ 目标速度 ◇ 实际速度 瞬时速度窗口 ◇ 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 ◇ 速度控制参数设定2009 年 7 月 8 日 © Techsoft深圳市泰科智能伺服技术有限公司22基于分布式运动控制系统 基于分布式运动控制系统 CANopen 简介转矩曲线模式 转矩曲线模式 曲线◇ 目标转矩 ◇ 实际转矩 ◇ 转矩控制参数设定2009 年 7 月 8 日 © Techsoft深圳市泰科智能伺服技术有限公司23基于分布式运动控制系统 基于分布式运动控制系统 CANopen 简介多轴同步协调运动 多轴同步协调运动 同步◇ 多轴轮廓线 每一轴位置相对时间插补 位置相对时间插补（ 曲线） ◇ 每一轴位置相对时间插补（PT 曲线） 曲线分段 ◇ 曲线分段2009 年 7 月 8 日 © Techsoft深圳市泰科智能伺服技术有限公司24基于分布式运动控制系统 基于分布式运动控制系统 CANopen 简介多轴同步协调运动 多轴同步协调运动 同步◇ PVT 曲线• • • • • 每段的终点位置与速度 段的终点位置与 每段的时间 在段与段之间进行三次方立体插补 在段与段之间进行三次方立体插补 进行三次方立体 专用的 COB-ID 未最好认可的 8 个数据字节消息 最好认可的 位置--3 位置 字节 速度--3 速度 字节 时间--1 字节（ 毫秒） 时间 字节（1--255 毫秒） 计数器--1 计数器 字节◇ Message(消息 消息) 消息•为启动用 广播消息 为启动用的广播消息◇ 同步2009 年 7 月 8 日 © Techsoft深圳市泰科智能伺服技术有限公司25基于分布式运动控制系统 基于分布式运动控制系统 CANopen 简介多轴同步协调运动 多轴同步协调运动 同步PVT1,NODE1 PVT2,NODE1 PVT3,NODE1 PVT4,NODE1PVT1,NODE2 PVT2,NODE2 PVT3,NODE2 PVT4,NODE2PVT1,NODE3 PVT2,NODE3 PVT3,NODE3 PVT4,NODE3GND CAN_L CAN_HPVT4 PVT3 PVT2 PVT1PVT4 PVT3 PVT2 PVT1PVT4 PVT3 PVT2 PVT12009 年 7 月 8 日 © Techsoft深圳市泰科智能伺服技术有限公司26基于分布式运动控制系统 基于分布式运动控制系统 CANopen 简介多轴同步协调运动 多轴同步协调运动 同步缓冲区(Buffer) ◇ 缓冲区• • • 15 级 FIFO 缓冲区指针 缓冲区复位 缓冲区复位错误消息(Error messages) ◇ 错误消息• • • • 缓冲区空 缓冲区满 不正确的计数器值 不正确的计数器值 不正确的消息长度 不正确的消息长度2009 年 7 月 8 日 © Techsoft深圳市泰科智能伺服技术有限公司27基于分布式运动控制系统 基于分布式运动控制系统 CANopen 简介多轴同步协调运动 多轴同步协调运动 同步◇ 主控制器• • • • • • 运动轨迹 轨迹分段 轨迹分段 生成 PVT 线段 缓冲区管理 网络管理 系统控制◇ 性 能• • • 网络带宽： 总线的 网络带宽：CAN 总线的整体负载 带宽 精度：分段时间及 精度：分段时间及插补 网络轴数 网络轴数2009 年 7 月 8 日 © Techsoft深圳市泰科智能伺服技术有限公司28基于分布式运动控制系统 基于分布式运动控制系统 CANopen 简介IDMxxx（CAN/CANopen）系列全数字通用伺服驱动器 （ 通用伺服 ）系列全数字通用伺服驱动器◇ 基于最新 DSP 电机控制技术 数字化电流、速度、 ◇ 全数字化电流、速度、位置环 ◇ 全可编程 ◇ 遵从 DS301 和 DSP402 标准 ◇ DIP 开关设置 CAN 地址 多类反馈 反馈接口 ◇ 多类反馈接口 可编程光电隔离数字量 光电隔离数字量输入和输出 ◇ 可编程光电隔离数字量输入和输出 模拟量 ◇ 模拟量输入和输出 电机与逻辑电源分开供 逻辑电源分开 ◇ 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 电子齿轮凸轮、 、 ◇ 支持电子齿轮凸轮、PT、PVT、32 种回原点模式等 、2009 年 7 月 8 日 © Techsoft深圳市泰科智能伺服技术有限公司29基于分布式运动控制系统 基于分布式运动控制系统 CANopen 简介IDMxxx（CAN/CANopen）系列全数字通用伺服驱动器 （ 通用伺服驱动器 ）系列全数字通用◇ IDM640-8EIA直流有刷、无刷（正弦波或方波） 、 直流有刷、无刷（正弦波或方波） 有刷 直线，步进电机 直线，步进电机 16A 峰值电流 8A 连续电流 12—48VDC 逻辑供电，12-80VDC 电机供电 逻辑供电 供电， 逻辑电源与电机电源共地 逻辑电源与电机电源共地 电源与电机电源◇ IDM240-5EIA直流有刷、无刷（正弦波或方波） 、 直流有刷、无刷（正弦波或方波） 直线， 直线，步进电机 16A 峰值电流 5A 连续电流 12—48VDC 单一电源供电未来....... ◇ 未来2009 年 7 月 8 日 © Techsoft 深圳市泰科智能伺服技术有限公司30。