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PDF - Motion Control für Einsteiger

1. Abbildung 42 Das IEC 61131 Programming Tool im EPOS Studio ffnen 74 Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 7 1 Sample Project Simple Motion Sequence Bevor wir selber programmieren betrachten wir ein bereits bestehendes Programm ein Projekt namens SimpleMotionSequence Aktiviere dazu SimpleMotionSequence in der Sample Project Liste und ffne es rechts durch Bet tigen der Schaltfl che Open Sample Project Hello orld Ehen Program Control Bootup Behaviour Program not Started at Bootup Abbildung 43 ffnen des OpenPCS Tool mit einem bestehenden Sample Project Aktiviere das entsprechende Projekt in der Liste und klicke rechts auf die Schaltfl che Open Sample Project Die OpenPCS Software startet in einem neuen Fenster und zeigt die Dateistruktur des Projekts im linken Teil des Fensters Blaue LED Anzeige des SPS Programmstatus Die blaue LED auf der EPOS2 P zeigt den Status des Programms in der SPS an Schnell blinkend Kein Programm in der SPS enthalten Langsam blinkend Ein Programm ist in der SPS geladen aber nicht gestartet Dauernd leuchtend Ein Programm l uft Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 75 BI ERBR IZ3 IAaR Ps BuBE gt DaB eh tr I Ho FHoe Oo e gt 08 AAA 3A C ProgramData infoteam Software OpenPCS2008 SPLHTM startup htm E B Project SIMPLEMOTIONSEQUENCE H FunctionBlocks GlobalVariables POE A N
2. Setting the outputs according to the Axis state rtb5ShowAxis5State Axis Azisl Enable true Reset the axis and Homing rbReset Axis Axisl Execute true if fbReset done then fb5SetHoming Axis Axisl Execute true Method 1 Offset 0 Speedswitch 100 Speedindex 20 Acceleration 500 end if if fb5etHoming done then tbFower Axis Axisl Enable true end if i fbPower status then fbHoming Axis Axisl Execute true Position 0 Abbildung 78 Die Ausg nge zur Anzeige des Achszustands einstellen mit den Funktionsbausteinen im Init Schritt Verglichen mit Abbildung 72 sind nur die ersten Programmzeilen gezeigt 120 Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P Teil 4 Anhang Verweise und Index 11 Anhang 11 1 Motor und Encoder Datenbl tter Die maxon Motor Encoder Kombination mit Bestellnummer 301782 besteht aus EC max 30 Motor mit Bestellnummer 272763 MR Encoder mit Bestellnummer 225778 Motordatenbl tter EC max 30 30 mm b rstenlos 60 Watt BEE Lagerprogramm Artikelnummern L Standardprogramm Sonderprogramm auf Anfrage 272762 Ari 272764 FIFTI Werte bel Nennspannung 1 Nennspannung V 12 24 36 48 2 Leerlaufdrehzahl min 7980 9340 9490 9350 3 Leerlaufstrom m 302 191 130 95 4 4 Nenndrehzahl min 6590 8040 8270 8130 5 Nennmoment max Dauerdrehmoment mrm 63 6 60 7 63 7 64 1 6 Nennstrom max Dauerbelastungsstrom 4
3. t 35s end if Set transition flag DoTransMovel IbWaitl g Reset the function blocks and transition flags FfbMovel Execute false Axis Azisl CbWaiti IN false DoTransMovel false Set transition flag DoTransResetFB not TbWaitl G and not TbMovel done Abbildung 68 Die Codes von Schritt Move1 oben und ResetFB unten Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 105 8 3 Weitere Bewegungen programmieren Lernziele Programmieren einer Folge von Positionierungen und verwenden von Funktionsbausteinen Zur Drehzahlregelung Vorw rts r ckw rts Bewegung Wir wollen das Programm MyAxisMotion erweitern sodass sich die Achse zur ck zur Anfangsposition bewegt und dort w hrend 1s stehen bleibt Dies kann auf zwei Arten geschehen Entweder f gen wir einen Schritt z B Move2 und eine Transition nach Move1 mit hnlichem Inhalt ein Oder wir f gen die zweite Bewegung zum Schritt Move hinzu dies ist was wir hier tun wollen F r beide F lle brauchen wir zweite Instanzen von MC_MoveRelative und TON die wir als fbMove2 und fbWait2 deklarieren Die Programmmodifikationen Schritt um Schritt Schritt 1 Deklariere zweite Instanzen von MC_MoveRelative und TON Taufe diese fbMove2 und fbWait2 Schritt 2 F ge im Schritt Move 1 die zweite Bewegung hinzu negative Distanz andere Geschwindigkeit nachdem die erste Pause abgelaufen ist Schritt 3 F ge im Schritt Move1 die zwei
4. 124 Liste der Fehler und Warnungen im Status Fenster 002 0sssnnen 16 Der Communication Tab auf dem EPOS Studio Bildschirm 17 Das richtige Ger t ausw hlen im Wizards Tab 00220022002eseenen 18 Stanup Wizard SCA Ian een 19 Staup Wizard Sehritt 2 unse ana anne era 20 Startup Wizard Schritt 4 022002200220022s0nnnennnunnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnennnennnennne 20 Startup Wizard Schritt 5 02200220022002nnennnennnennnnnnnnnnnnnnnnnnnennnnnnennnennn 21 Startup Wizard Schritt O et ee nennen 22 Startup Wizard DENN 7 2 een 23 Die Signale eines Inkrementalencoders 0222002240020000200 nenne nenn nenn nennen 26 Regulation Tuning Wizard der Auto Tuning Bildschirm 28 Regulation Tuning Wizard u u02220022s0enenennnnenennenennnnnnn nenn nennenennenenn nennen 30 PIO CONTO a aE EN EN E EA AA EE 32 Schematische Darstellung der Vorsteuerung u022400200002nn nenne nennen 34 Master Slave Architektur mit EPOS2 Slaves 0022uesssesssensneneneneneenenen 35 Wie man den Profile Position Mode ffnet 0220022002200220e nenn 36 Geschwindigkeitsprofile f r eine Positionierung 2220022002200220 2220 37 Darstellung einer Positionsreglung u0240024002n00nnn nennen nennen nenn nennen 39 Wo man die
5. Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 27 2 2 Tuning Der n chste Schritt zur Systemvorbereitung ist das Tuning Der Zweck ist derselbe wie beim Tuning eines Rennwagens Wir m chten eine schnelle starke und optimierte Reaktion des Antriebssystems auf alle Bewegungsbefehle Wir ben tzen dazu wiederum einen Wizard der uns die Arbeit erleichtert Tuning hat mit dem Motion Control Teil unseres schwarzen K stchens zu tun W hle deshalb den Motion Controller EPOS2 internal als aktuelles Ger t im Wizards Tab Starte dann mit Doppelklick den Regulation Tuning Wizard W hle die einfachere Option das Auto Tuning und dann weiter mit Next _ Regulation Tuning EPOS2 Internal Step 2 Auto Tuning Regulators Verification State Legend Undimensioned Dimensioned r Regulation Regulation Tuning Your system will mowe Please ensure that it can run freely you want to continue Position Step 500 N Start Cancel Help Abbildung 20 Regulation Tuning Wizard der Auto Tuning Bildschirm 28 Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P Expert Tuning und manuelles Tuning Die Wahl von Expert Tuning beim Starten des Regulation Tuning Wizard erm glicht einen gr sseren Einfluss auf den Tuningprozess Aber zuerst musst du den Hauptregelparameter Main Control Parameter des Systems festlegen Position Geschwindigkeit Velocity oder Strom Current Zuoberst auf dem D
6. Please choose your Main Sensor type 55 m O 2 E E JF Ww E J 2 E Abbildung 16 Startup Wizard Schritt 5 Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 21 22 Schritt 6 Nun gilt es einige Parameter einzugeben die gebraucht werden um einen sicheren Motorbetrieb zu gew hrleisten Diese Parameter sind auf dem Datenblatt des Motors angegeben vgl Kapitel 11 1 Motor No 272763 Wir spezifizieren die Grenzdrehzahl Maximum permissible speed des Motors 15 000 rpm f r den aktuellen Motor oder auch ein kleinerer Wert falls die Anwendung aus anderen Gr nden eine Drehzahlbegrenzung verlangt Nennstrom Nominal current 2660 mA und Thermische Zeitkonstante der Wicklung Thermal time constant of the winding 2 7 s werden ben tigt um den Motor vor dem berhitzen zu sch tzen Der Maximalstrom Max Output Current Limit wird automatisch auf den doppelten Nennstrom gesetzt Er kann sp ter im Object Dictionary ge ndert werden vgl Kapitel 6 4 Die Anzahl Polpaare Number of pole pairs f r unseren Motor ist der Wert 1 wird zur korrekten Kommutierung und Drehzahlmessung gebraucht Startup Wizard EPOS2 P Node 1 Step 6 Motor Data Please enter the Motor Data see catalog motor data Max Permissible Speed 15000 pm Nominal Curent 2660 mA Max Output Current Limit 5320 mA Themal Time Constant Winding Number of Pole Fairs fi 5 E EF x 5 T gt
7. Zeilenumbr che Leerschl ge und Einz ge werden ignoriert sind aber sehr n tzlich und empfohlen um das Programm zu strukturieren und so leichter lesbar zu gestalten Gross und Kleinbuchstaben werden in ST nicht unterschieden und k nnen zur weiteren Verbesserung der Lesbarkeit des Programmcodes eingesetzt werden Syntaxfehler Manchmal wird eine lange Liste von Fehlern rapportiert obwohl nur an einer Stelle etwas nicht in Ordnung ist Gehe zum ersten Eintrag in der Liste und doppelklicke auf ihn Der Cursor springt dann zu der Stelle im Programm wo der Compiler den Fehler gefunden hat berpr fe die Zeilen vor und nach dieser Stelle Nach Beheben dieses Fehlers und neuem Syntax Check verschwinden die anderen Eintr ge in der Liste meist ebenfalls ausser es sind noch weitere Fehler aufgetreten 93 8 2 Die Hauptschritte programmieren Lernziele Programmieren einer einfachen Achsbewegung und verwenden von Variablen und Funktionsbausteinen Eine neue Programmdatei erzeugen Vgl auch Kapitel 3 5 des Dokuments Programming Reference ffne den Create a new file Dialog im Men File New W hle Program als POU Type und SFC als IEC Language Gib der Programmdatei einen Namen z B MyAxisMotion Create a new file Be File Type EB FOL j lEC Language r POU Type k KO Program rJ Program CFB Funchon Block IL SFC ME Resources PER LD CFE r Fage Format ER LANDSCAPE 7 m is i i
8. IKGOSE 0x00 0x6060 0x00 0x60G1 0x00 OX60 0x00 RE 0x00 0x6 0x00 0X6067 0x00 OX6068 DxOO OX6069 0x00 0x606B8 0x00 OK 0x00 0x606D 0x00 0x606E 0x00 Name Abort Connection Option Code Controlword Statusword Shutdown Option Code Disable Operation Option Code Fault Reaction Option Code Modes of Operation Modes of Operation Display Position Demand Value Position Actual Value Max Following Error Position Window Position Window Time Velocity Sensor Actual Value Velocity Demand Value Velocity Actual Value Velocity Window Velocity Window Time Inti RW Uinti RW Ulnti RO Inti RW IntiG RW Inti6 RW Ints RW Inte RO Int32 RO Int32 RO UInt3 RW UInt3 RW Until RW Int32 RO Int32 RO Int32 RO Ulnt3 RW Uinti RW Active Object Filter fan Objects r Value 3 271 5431 e W Ww M e 5 149967 2000 4294967295 i 0 0 u 4204967205 0 2 m Abbildung 40 Objektverzeichnis des Motion Controller EPOS2 Gezeigt sind die ersten Eintr ge des Standard Motion Control Profils Scrollen wir durch die Liste finden wir die folgenden Gruppen von Eintr gen Index und Subindex sind in hexadezimalen Nummernsystem angegeben deshalb das Prefix 0x Index 0x1000 bis 0x1FFF Kommunikationsprofil im CANopen Standard Index 0x2000 bis 0x5FFF maxon EPOS spezifisch nicht im CANopen Standard Index 0x6000 bis Ox9FFF Standard Ger teprofil im CANopen Standard Die maxon spezifischen E
9. Kommutierung von Motoren mit und ohne B rsten 24 Positions und Drehzahlbestimmung mit Inkrementalencoder 26 Encoderimpulszahl und Regelungsdynamik 27 Feedback und Feed Forward 32 Master Slaves und on line Kommandierung 35 Enable und Disable der Endstufe 38 Die Motion Control Regelkreise 38 Positioniergenauigkeit 42Maximaler Schleppfehler Maximum Following Error 43 Was bedeutet Referenzfahrt Homing und warum wird sie gebraucht 45 Positionieren ohne Profil 47 Die Geschwindigkeitssignale im Data Recorder 49 Ungewolltes Hochlaufen 52 Endschalter Limit Switch und Referenzschalter Home Switch 55 Device Enable und Quick Stop 55 Position Marker 55 Ready Fault 56 Position Compare 56 Haltebremse Holding Brake 56 Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P IEC SPS Hintergrundinformation 70 Variable 86 IEC 61131 Programm Organisations Einheiten Program Organization Units POU 96 OpenPCS Info Das PLC Men und die Kurzbefehle im OpenPCS 78 OpenPCS Farbcodierung des Programmtextes im OpenPCS 85 1 Best Practice Best Practice Arbeitsverzeichnis 8 m Den USB Treiber finden 10 Diagramm Zoom 31 Data Recorder 41 Einschr nkende Bewegungsparameter und D mpfung 46 Deinen eigenen Objektfilter erzeugen 69 Refreshing rate des Objektverzeichnisses 68 Parameter speichern 54 Hardware Enable 57 Limitierung und D mpfung der Systemreaktion 58 Globale Variablen 92 Syntax Check 93 Syntaxfehler 93
10. W hle das Tool Data Recording Klicke auf Configure Recorder Im Konfigurationsfenster w hle die Schaltfl che Channel 1 Inactive um Kanal 1 sowie die Schaltfl che Channel 2 Inactive um Kanal 2 zu aktivieren W hle Position Actual Value aktueller Positionswert vom Dropdown Men f r Kanal 1 und Position Demand Value Positions Sollwert vom Dropdown Men f r Kanal 2 ndere rechts oben die Sampling Period auf 2 ms Setze den Trigger Mode auf Single Trigger Mode und aktiviere die Checkbox Movement Trigger Die Aufnahme wird somit bei der n chsten gestarteten Bewegung begonnen Klicke auf OK Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P Die erste Aufnahme Gehe zum Fenster Profile Position Mode und aktiviere den Modus F hre eine Relativbewegung aus z B mit den folgenden Parametern Target Position 4000 ac Profile Velocity 2500 rpm Profile Acceleration 20000 rpmi s Profile Deceleration 8000 rpm s berpr fe die Aufzeichnung im Fenster Data Recording und vergleiche die Sollposition mit der aktuellen Position Istwerrt Best Practice Data Recorder Attached cursor Mit dem Attached Cursor kannst du die Positionswerte berpr fen Der Cursor wird an die erste dargestellte Kurve angeheftet Ben tze die Checkboxen um zu bestimmen welche Kurven dargestellt werden sollen Zoom Vergr ssere das Diagramm indem du den gew nschten Bereich mit der Maus markierst Mit rechtem Mausklick kannst du
11. mit maxon EPOS2 P Nennstrom 22 Stromregelung Current Mode 52 Structured Text ST Syntax 93 Strukturierter Text ST 80 Syntax check 93 Syntax errors 93 Task vgl Program Time constant Thermal time constant 22 Tuning 28 Auto Tuning 28 Expert Tuning 29 126 Manuelles Tuning 29 U USB Treiber 10 V Variable 86 EPOS Datentypen 87 Global variables 92 Verkabelung 10 Vorsteuerung 34 W Wizard Installation Wizard 8 New Project Wizard 14 Parameter Export Import wizard 70 Regulation Tuning Wizard 28 Startup Wizard 19 Z Zeitkonstante Thermische Zeitkonstante 22 Zustandsmaschine CANopen 63 131 T IMMM a k lt ii 1N Il t a P ll j IN i i II N NLA JH INN Ili i I j N Il N I Ii li academy maxonmotor com
12. r Einfach zu bedienendes Positionier System die 2 bezeichnet die zweite Generation und P steht daf r dass es programmierbar ist und eine SPS enth lt Allerdings ist es dir berlassen zu beurteilen ob es wirklich EPOS ist oder nur POS d h ob es einfach zu bedienen ist oder nicht PLC Functionality CANopen Master internal port port 0 Motion Controller Abbildung 3 Schematische bersicht der EPOS2 P mit externen Anschl ssen und Kommunikation Im Endeffekt enth lt die EPOS2 P zwei Ger te eine SPS und einen Motion Controller die intern ber einen CAN Bus verbunden sind Das EPOS Studio auf deinem Computer kommuniziert mit diesen beiden Ger ten ber eine USB2 0 serielle Schnittstelle USB2 0 ist dabei die voreingestellte Kommunikation Alternative M glichkeiten sind RS232 oder CAN Bus Da dein Computer h chstwahrscheinlich keine CAN Schnittstelle hat k nnen wir diesen Bus nicht verwenden Der SPS Teil ist dabei der Master des Ger tes Er kontrolliert den Prozessablauf und alle Slaves im Netzwerk einer der Slaves ist dabei der eingebaute Motion Controller Die SPS f hrt ein anwendungsspezifisches Programm aus das wir im Teil 3 dieses Lehrbuches genauer betrachten beginnend mit Kapitel 7 Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 11 Betriebsanleitungen und Software Dokumentation Die Installation richtet nicht nur die EPOS Studio Software auf deinem Computer ein sondern kopiert auch alle
13. 72 2 66 1 88 1 4 7 Anhaltemoment m m 381 458 522 519 8 Anlaufstrom 26 8 18 8 14 5 10 7 9 Max Wirkungsgrad Fo 80 81 82 82 Kenndaten 10 Anschlusswiderstand Phase Phase co 0 447 1 27 2 48 4 49 11 Anschlussinduktvit t Phase Phase mH 0 049 0 143 0 312 0 573 12 Drehmomentkonstante m m A 14 2 24 3 35 9 48 6 13 Drehzahlkonstante mint 672 393 266 197 14 Kennliniensteigung min mHNm 21 2 20 6 18 4 18 2 15 Mechanische Anlaufzeitkonstante ms 4 86 4 73 4 21 4 17 16 Rotortr gheitsmoment gem 21 9 21 9 21 9 21 9 Abbildung 79 Motordatenblatt EC max 30 Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 121 122 Spezifikationen Thermische Daten 17 Therm Widerstand Geh use Luft 7 4 KAW 18 Therm Widerstand Wicklung Geh use 0 5 KAW 19 Therm Zeitkonstante der Wicklung 2 765 20 Therm Zeitkonstante des Motors 1000 s 21 Umgebungstemperatur 40 100 C 22 Max Wicklungsternperatur 155 C Mechanische Daten vorgespannte Kugellager 23 Grenzdrehzahl 15000 min 24 Axialspiel bei Axiallast 6 0 N 0 mm gt 6 UN 0 14 mm 25 Radialspiel vorgespannt 26 Max axiale Belastung dynamisch 5N 27 Max axiale Aufpresskraft aa 98 N ripa Welle abgest tzt 1300 N 28 Max radiale Belastung 5 mm ab Flansch 25 N Weitere Spezifikationen 29 Polpaarzahl 1 30 Anzahl Phasen 3 31 Motorgewicht 305 g Motordaten gem ss Tabelle sind Nenndaten Anschl sse Motor Kabel AWG 20 rot Motorwicklung 1 Pin 1 schwarz Motorwicklung 2 Pin 2 weiss Motorwicklun
14. Application Notes Collection findet 02200222000 40 Target reachd screen EEEE AEE ENE REE 42 Prinzip des Homing mit Indexkanal des EncoderS n nnnanennnnnnennnnennnnnnennn 45 Geschwindigkeitssignale eines Motors mit MR Encoder 49 Geschwindigkeitssignale eines Motors mit optischem Encoder 50 Schematische Darstellung des Master Encoder Mode 59 Schematsche Darstellung des Step Direction Mode u2220000 gt 60 Physikalischer Aufbau des CANDus 2220222002240020n0nennnnnnenennenenn nennen 62 CANopen Ger teprofil u02 2002000020000nnnonnnnnnnn nenne nenne nnnnnnnnn nenne nenne nennen 63 Zugriff auf das Objektverzeichnis Object Dictionary uu00004s neo 64 Die verschiedenen Object Dictionaries im EPOS2 P Netzwerk 65 Einige Standard CANopen Ger teprofile Quelle CiA Website 66 Objektverzeichnis des Motion Controller EPOS2 02 20022002nsenneennno 67 Wo man die Refresh Rate nder u0 00220022002n0nnnennnennnenenennnnenenen 68 Das IEC 61131 Programming Tool im EPOS Studio ffnen 14 ffnen des OpenPCS Tool mit einem bestehenden Sample Project 75 Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P Abbildung 44 Abbildung 45 Abbildu
15. Ausg nge schalten farbige LEDs ein ffne das Tool I O Monitor und folge den bungen um das Verhalten und die Konfiguration der Ein und Ausg nge kennen zu lernen Eine detaillierte Beschreibung findest du in den einschl gigen Kapiteln der Dokumente Application Notes Collection und Firmware Reference 4 1 Ausg nge Als erste bung setzen wir einen digitalen Ausgang und wir lernen wie wir die physische Ausgabe maskieren k nnen Schritt 1 Klicke auf die Purpose Spalte in der mittleren Tabelle des Dialogfensters und setze die digitalen Ausg nge Digital Output 1 bis 4 als General A bis General D Setze die Mask auf Enabled und die Polarit t Polarity auf High Active Schritt 2 Setze den State einiger digitaler Ausg nge auf Active und beobachte das Verhalten der LED Ausgaben auf der Leiterplatte Schritt 3 ndere die Mask auf Disabled Welchen Einfluss hat dies auf das Setzen der Ausg nge und auf das Verhalten der LEDs Schritt 4 ndere die Polarity auf Low Active Wie beeinflusst dies die LED Ausgabe Nun ordnen wir eine spezifische Funktionalit t einem digitalen Ausgang zu Schritt 1 ndere den Purpose vom Digital Output 4 oder einem anderen auf Ready Schritt 2 Beobachte das Verhalten dieses Ausgangs w hrend der n chsten bungen beispielsweise wenn ein Fehler auftritt Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 53 4 2 Eing nge Im Folgenden einige bungen zu den Eing ngen Zuerst lesen wir die analogen E
16. Betrieb dient WL steht f r Watch List Mit Ausnahme von Resource WL k nnen die Dateien einfach mit einem Doppelklick ge ffnet und im Hauptfenster dargestellt werden rer z 2 5 Project SIMPLEMOTIONSEQUENCE 8 22 Functionblocks d GiobalVariables POE Mr NetworkWariables POE 4 PROG_ErrorHandling SFC 7 PROG_Main SFC Resource WL a m SimpleMotionsequence pdf EB USERTYPE TYP Resources va Lb amp Help Abbildung 50 Das Fenster mit den Projektdateien SimpleMotionSequence pdf Schauen wir uns zuerst SimpleMotionSequence pdf an Die Datei liefert eine Projektbeschreibung und zus tzliche bungen um Variablen zu berwachen Abschnitt 3 1 enth lt die Kerninformation ber das Projekt Die darin enthaltenen Tabellen und das Diagramm verraten uns die Struktur des Hauptprogramms PROG _Main SFC welches als Zustandsmaschine State machine aufgebaut ist Der Einfachheit halber lassen wir das Fehler Handlingsprogramm PROG_ErrorHandling SFC auf der Seite ebenso wie die Error Handling States im Hauptprogramm Die restlichen f r die eigentliche Antriebsaufgabe relevanten Zust nde States ergeben folgendes Szenario Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 79 Standstill Abbildung 51 Die State Machine des SimpleMotionSequence Projekts Angepasste Darstellung mit Hervorhebung der wichtigsten Zust nde und den Wartebedingungen f r die berg nge dazwischen Es hat eine 5s Pause nach der Initialisierung und 2
17. EPOS S Infoteam UPENFL gt ZWO LNF 8P 05 Positioning Controller EPOS Brite Edit View Project Extras Window N BRELL EIFS OI LEAL i sa Ib m Yrns er Ab NALLLICHN 3 N Abbildung 45 Build Active Ressource 76 Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P Das Resultat der Kompilation sollte ein O error s O warning s in der letzten Zeile des Ausgabefeldes Output unten auf dem Bildschirm sein mi amp x Frogzam file C PROGRAM FILES X 6 MAXO lEsam2 post build process finished Total lo error 5 0 warning 2 h T Output n5 Cold k m i Abbildung 46 Errors und Warnings des Kompiliervorgangs Schritt 2 Verbindung zur SPS aufbauen und das Programm auf die SPS laden Klicke auf die Go Online Offline Schaltfl che im PLC Men oder auf den entsprechenden Kurzbefehl Best tige die Nachricht dass du das Programm auf die SPS runterladen willst Di infoteam OpenP CS 2008 C Program Files x86 maxon motor tor ag EP OSP osit Ji ing Controller EPOS S B File Edit View Project OE Extras Window BluE8BB YxEB 3laa s To u Em Projet TE 47 wer zur SPS Go Online Offline Schritt 3 Das Programm starten Klicke auf die Coldstart Schaltfl che im PLC Men oder auf den entsprechenden Kurzbefehl Sb troller EPOS Sti e i BE Oom Abbildung 48 Coldstart des SPS Programms l infoteam C Op pen DCS 008 CAPri Sar I Files J maxo
18. EPOS2 internal Dieses Netzwerk heisst CAN I was f r internes CAN Netzwerk steht Man erkennt eine weitere CAN Verbindung ausgehend von der EPOS2 P Node 1 CAN S genannt f r CAN Slave Netzwerk allerdings ist da kein Ger t angeschlossen Das Sch ne am EPOS Studio ist das damit direkt mit allen Ger ten im Netzwerk kommuniziert werden kann ohne dass man etwas programmieren muss Dies ist n tzlich um das System einzurichten f r Schulungen oder irgendwelche andere Dinge die man ausprobieren will Im weiteren Verlauf dieses Lehrbuches ben tzen wir diese Kommunikation zuerst indem wir den internen EPOS2 Motion Controller direkt ansprechen und sp ter zur Programmierung der SPS in der EPOS2 P View Extras Window Help IE U ssop or Communication EI LocalHost EI IM use EI USBO EI Z EPOS2P Node 1 E b CANI F EPOS2 intemal Abbildung 11 Der Communication Tab auf dem EPOS Studio Bildschirm Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 17 Wizards Tab und Tools Tab Im Moment brauchen wir Wizards und Tools nicht im Detail zu betrachten Vieles wird sp ter ben tigt und wenn es unsere Wege kreuzt erkl rt Nur eine Bemerkung Tools und Wizards sind den jeweiligen Hardware Komponenten des Projekts zugeordnet Deshalb muss immer zuerst das korrekte Ger t aus der Auswahlliste gew hlt werden Wie du nun schon wissen solltest haben wir zwei Ger te vor uns Die EPOS2 P mit der SPS und
19. EPOS2 P Starter Kit 0022002220022n0 nenn nnne nenne nennenennnnen T Abbildung 2 Wie das EPOS2 P Starter Kit verkabelt wird 200220022002200seneneneenenen 10 Abbildung 3 Schematische bersicht der EPOS2 P unaeennannnennnnnennnnnnnnnnnnnnennnnnnnnnenenn 11 Abbildung 4 Die Dateistruktur der maxon EPOS Softwareinstallation 12 Abbildung 5 Die Dokumentstruktur der maxon EPOS2 P u22u2suensnensnennnennnenenenenennn 13 Abbildung 6 Wo sich das New Project Symbol befindet 0 200024002220020ne nen 14 Abbildung 7 New Project Wizard Schritt 1 00 220022000240002n0 nenn nenn nenn nenne nenn enenn nennen 15 Abbildung 8 New Project Wizard Schritt 2 us 2002240020200nnnenennenennnnnnn nenn nennenenn nenn nennen 15 Abbildung 9 Der EPOS Studio Bildschirm mit dem ge ffneten Workspace Tab 16 Abbildung 10 Abbildung 11 Abbildung 12 Abbildung 13 Abbildung 14 Abbildung 15 Abbildung 16 Abbildung 17 Abbildung 18 Abbildung 19 Abbildung 20 Abbildung 21 Abbildung 22 Abbildung 23 Abbildung 24 Abbildung 25 Abbildung 26 Abbildung 27 Abbildung 28 Abbildung 29 Abbildung 30 Abbildung 31 Abbildung 32 Abbildung 33 Abbildung 34 Abbildung 35 Abbildung 36 Abbildung 37 Abbildung 38 Abbildung 39 Abbildung 40 Abbildung 41 Abbildung 42 Abbildung 43
20. FED m m Program in Sequential Function Chart with Steps and Transitiong in Structured Text Abbildung 62 Eine neue Datei erstellen Hier wird eine Programmdatei erstellt in der IEC Programmiersprache Sequential Function Chart SFC wobei die Schritte und Transitionen in Structured Text ST programmiert sind Best tige die Frage ob die Datei zur Active Resource hinzugef gt werden soll mit ja MyAxisMotion SFC wird zum Projekt hinzugef gt und auf dem Hauptbildschirm ge ffnet Das SFC Programmfenster enth lt schon einen ersten Schritt mit der Bezeichnung nit und eine Transition 94 Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P Bibliotheken Libraries von Funktionsbausteinen f r Motion Control mit EPOS2 P Wie fr her schon angemerkt stehen eine Anzahl vordefinierte Funktionen und Funktionsbausteine f r verschiedene Zwecke zur Verf gung Neben den allgemeinen Bibliotheken die im EC 61131 3 Standard enthalten sind und einigen Funktionsbausteine im Zusammenhang mit CAN gibt es zwei spezielle Bibliotheken mit Funktionsbausteinen f r die EPOS2 P Motion Control Bibliothek MC_ Die Funktionsbausteine in dieser Bibliothek beginnen mit MC _ und sind im Dokument Programming Reference detailiert beschrieben Die MC_ Bibliothek ist mit dem PLCopen Standard vertr glich Die wichtigsten Funktionsbausteine sind MC_Reset l scht Fehler und sperrt die Endstufe Disable MC _Power schaltet die Endstufe
21. ID 1 const CAN USB RS232 CAN ObjectDictionary Node ID 1 ObjectDictionary Node ID DIP switch EPOS2 EPOS2 Internal External Abbildung 38 Die verschiedenen Object Dictionaries im EPOS2 P Netzwerk Einschr nkungen der Variablentypen bei EPOS Systemen EPOS2 Systeme beinhalten keine Gleitkommazahlen floating numbers Numerische Variablen k nnen nur ganzzahlig integer von unterschiedlicher Gr sse sein Firmware Specification Alle Objekte der EPOS2 P und der EPOS2 internal sind in der entsprechenden Firmware Specification beschrieben Darin findest du auch Angaben zu den Wertebereichen und zur Bedeutung der Parameterwerte Einheiten Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 65 Standard CANopen Ger teprofile Objektverzeichnisse k nnen nicht beliebig festgelegt werden Zuerst einmal gilt es Regeln zu beachten welche Daten wo im Objektverzeichnis abgelegt werden m ssen Weiter existieren Standard Ger teprofile f r eine Anzahl Anwendungen Die wichtigsten Profile f r uns sind die Nummern 402 und 405 f r Motion Controller und programmierbare Ger te Profile number cie 401 Ci 402 Ci 404 Ci 405 CiS 406 Ci 408 Ci 410 Ci 412 CiA 413 CiA 14 13415 1 416 a4 Cid 41A Device class Generic Mo Modules Drives and Motion Control Mesazurng devices and Closed Loop Controllers IEC 61131 3 Frogrammable Devices Rotating and Linear Encoders Aydraulic Drives and Proport
22. PDO Nachricht gesendet wird periodisch oder ber ein Ereignis getriggert Das PDO Mapping kann in den Objektverzeichnissen der beteiligten Ger te eingesehen werden Die CAN PDO Kommunikation wird in der Regel dazu verwendet die Prozesseing nge der SPS zu aktualisieren Es kann mehrere PDO Kommunikationskan le zwischen zwei Ger ten geben Beachte dass die Zykluszeit des SPS Tasks und die Update Rate der PDO Daten zwei verschiedene Dinge sind In gewissen Anwendungen m ssen diese synchronisiert werden Bemerkung Alle Befehle die vom EPOS Studio aus gesendet werden basieren im Wesentlichen auf SDO Kommunikation ebenso die SPS Programmierung im n chsten Kapitel Konsultiere das Programming Reference Dokument Kapitel 4 4 2 Communication via Network Variables um mehr ber das PDO Mapping in EPOS Systemen zu erfahren Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 71 Service Daten Objekte SDO Die tiefste Priorit t die h chsten Priorit tswerte ist den Service Daten Objekten Service Data Objects SDO zugeordnet SDO erlaubt die Daten bertragung beliebiger Gr sse Grosse Nachrichten gt 4 Bytes werden automatisch segmenitiert d h auf mehrere Telegramme aufgeteilt und nacheinander gesendet Wie die PDO Kommunikation ist auch die SDO bertragung zwischen zwei spezifischen Knoten definiert Es werden zwei Kommunikationskan le ben tigt je einen f r jede Richtung Die Telegramme enthalten die Angaben welcher Ein
23. Sender und welcher der Empf nger einer Nachricht ist peer to peer Kommunikation Netzwerk Management und spezielle Nachrichten Die tiefsten Priorit tswerte h chste Priorit t werden denjenigen Nachrichten zugeordnet die sicherstellen dass das Netzwerk korrekt arbeitet und die Kommunikation verl sslich ist In dieser Kategorie finden wir Nachrichten zur Fehlerbehandlung error control und Notfallnachrichten emergency zur Synchronisation und Zeitstempel als auch Netzwerk Management Nachrichten z B f r das Booten und ndern des Betriebszustands eines Knotens Die genaue Priorit t all dieser Nachrichten braucht uns hier nicht zu interessieren Prozess Daten Objekte PDO Die n chsttiefere Priorit t wird den Prozessdaten Process Data Objects PDO zugeordnet Mittels PDO wird der Echtzeit Datenaustausch f r kleine Objekte organisiert Typisch sind dies Daten die w hrend des Prozesses oft ndern sic der Name und in Echtzeitanwendungen regelm ssig aufdatiert werden m ssen Um die bertragung zu beschleunigen werden die Telegramme klein gehalten indem unn tze Ballastinformation vermieden wird Die korrekte bertragung eines PDO Telegramms wird nicht best tigt um die Auslastung des Busses tief zu halten Der Inhalt jeder PDO Nachricht wird im Voraus festgelegt ebenso Ausgangs und Zielpunkte welches Objekt von welchem Knoten Diese Konfiguration wird Mapping genannt das gleichzeitig auch festlegt wie oft eine
24. StateStandstillErrorDetected FALSE DoTrans StateStandstillErrorfeaction FALSE DoTrans Error FALSE DoTrans ErrorRecovery FALSE DoTrans StatePositionsequenceErrorDetected FALSE Abbildung 52 Die PROG_Main SFC Datei von SimpleMotionSequence Oben Variablendeklaration Mitte Die Programmstruktur in SFC mit Schritten und Transitionen Der Initialisierungsschritt ist grau hervorgehoben Unten Der Programmcode des Initialisierungsschritts in Structured Text Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 81 Betrachten wir PROG _Main SFC etwas genauer Ein Doppelklick ffnet die Datei Die Abbildung 52 zeigt das Hauptfenster im OpenPCS Im zentralen Teil findet man dieselbe State Machine Struktur wie in Abbildung 51 Die Schritte Steps sind als K stchen dargestellt und von Transitionen getrennt welche die Bedingung enthalten wann zum n chsten Step fortgeschritten werden kann Klicken auf einen Schritt oder eine Transition zeigt den zugeh rigen Programmcode im unteren Teil des Fensters Um die wichtigsten Eigenschaften der Programmierung zu erkl ren betrachten wir den nit Schritt welcher in ST programmiert ist Abbildung 53 In den ersten 12 Linien werden Organisationsvariablen zur ckgesetzt damit alle m glichen Transitionen zwischen Schritten ausgeschaltet sind alle diese Variablen werden auf FALSE gesetzt Damit ist sichergestellt dass alles richtig aufgesetzt ist egal wie man diesen Init State er
25. a ca Abbildung 17 Startup Wizard Schritt 6 Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P Schritt 7 Nach Next definieren wir die Eigenschaften des Encoders Er hat 500 Impulse pro Umdrehung pulse turn Und wiederum Next SE Startup Wizard EPOS2 P Node 1 Step 7 Incremental Encoder 1 with index 3ch Flease enter the Encoder parameters Encoder Resolution pulse tum Position Resolution 2000 getum 55 2 E z 5 x 5 T gt E inverted Encoder Counting Direction The Encoder detemines the Position Resolution Resolution gc tum 4 Encoder Resolution Abbildung 18 Startup Wizard Schritt 7 Schritt 8 Den maximalen Schleppfehler Maximum following error belassen wir bei den vorgeschlagenen 2000 ac quadrature counts vgl Hintergrund information zu Positions und Drehzahlbestimmung mit Inkrementalencoder und wir gehen weiter zum letzten Fenster das eine Zusammenfassung unserer Einstellungen gibt Beende Finish diesen Dialog und bejahe die Frage Yes ob diese Parameter und Einstellungen gespeichert werden sollen Das ist was wir mit einfach zu bedienen meinen Mit ein paar wenigen Klicks und Parameter ist das System eingerichtet Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 23 Motion Control Kommutierung von Motoren mit und ohne B rsten Die Kommutierung beschreibt wie die Endstufe des Reglers die Versorgungsspannung an die verschiedenen Wicklung
26. chstes verbinde die Leiterplatte mit der EPOS2 P mit Hilfe des kurzen Kabels mit den breiten Steckern Auch dies geht einfach die Stecker passen nur an einer Stelle Dann und gute Ingenieure tun dies am Schluss verbinde das Netzger t Zuletzt stecke das USB Kabel in einen der USB Ausg nge deines Computers und in den EPOS2 P Mini USB Das Ganze sollte dann etwa wie in Abbildung 2 aussehen Abbildung 2 Wie das EPOS2 P Starter Kit verkabelt wird i Den USB Treiber finden Best Practice Beim ersten Anschliessen der EPOS2 P am USB Port des Computers erscheint die Meldung dass ein neues Ger t gefunden wurde und verlangt nach dem entsprechenden Treiber Lass nicht den Computer automatisch nach dem Treiber suchen Es geht schneller wenn du manuell sagst wo die Treiber zu finden sind Manchmal ist es n tig zuerst den DriverPreinstaller exe laufen zu lassen Die Treiber befinden sich im selben Verzeichnis wo die EPOS2 P Software installiert ist maxon motor ag Driver Packages EPOS2 USB Driver siehe Abbildung 4 Folge den Schritten im Dokument EPOS USB Driver Installation pdf Der Ablauf kann je nach Betriebssystem leicht variieren 10 Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 1 3 Was befindet sich im schwarzen Geh use Um das schwarze K stchen mit dem Namen EPOS2 P geht es in diesem Lehrbuch Es ist ein maxon Motion Controller mit einer eingebauten Speicherprogrammierbaren Steuerung SPS EPOS steht f
27. der EPOS2 internal Motion Controller 289g 1328588 g Wizards Bez Abbildung 12 Das richtige Ger t ausw hlen im Wizards Tab 18 Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 2 Das Motion Control System vorbereiten 2 1 Startup Wizard Eine EPOS2 P kann viele verschiedene Antriebskonfigurationen aus Motoren und m glichen Sensoren ansteuern und wie wir schon gelernt haben mit mehreren Kommunikationsm glichkeiten Deshalb sollten wir zuerst die aktuelle Konfiguration definieren Dazu ben tzen wir den Startup Wizard den wir unter den Wizards der EPOS2 P finden Doppelklicken auf das entsprechende Symbol reicht Gl cklicherweise ist unsere Konfiguration ziemlich einfach Nur wenige Parameter sind von den Standardeinstellungen verschieden und es gibt auch keine allzu grosse Auswahl an M glichkeiten Wenn du aber ein komplexeres System hast z B eine Dual Loop Konfiguration mit zwei Feedback Sensoren am Motor und an der Last musst du dich sorgf ltig durch den Startup Wizard durcharbeiten gt Startup Wizard EPOS2 P Node 1 Step 1 Minimum External Wiring Please read the Getting Started document for a comect hardware installation 55 2 Es ce 5 x 5 T gt E Show Getting Started INFO Al documentation is available at mawon motors online catalog Cancel Help Abbildung 13 Startup Wizard Schritt 1 Schritt 1 Zuerst will maxon sicherstellen dass du die richti
28. des Funktionsbausteins MU _GetDigitallnput Modifiziere den Ablauf im nit Schritt zu Zur cksetzen gt Homing Mode festlegen gt Enable der Endstufe gt Homing ausf hren gt digitalen Eingang 2 lesen gt Transition zum n chsten Schritt Definiere die Purpose Input Variable von fbReadDigIn2 sodass der physische Eingang 2 gelesen wird Gem ss unseren Einstellungen in Abbildung 71 ist dieser Eingang General Purpose B was bedeutet dass die Purpose Input Variable von fbReadDigIn2 auf den Wert 14 eingestellt werden muss Ben tze die Output Variable fbReadDigIn2 state um die Transition von Init nach Move1 zu steuern Setze fbReadDigIn2 im Schritt Move 1 zur ck Ben tze fbReadDigIn2 ebenfalls um die Drehzahl im Schritt Move2 zu stoppen Eigentlich geht es darum fbWait3 zu ersetzen Steuere die Transition zum n chsten Schritt mit fbReadDigIn2 state Vergiss nicht fbReadDigIn2 im Schritt ResetFB zur ckzusetzen Check Syntax und teste das Programm Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 115 10 Selbst definierte Funktionsbausteine Lernziele Erzeugen und anwenden eines selbst definierten Funktionsbausteins Programmierung in Funktionsbausteinsprache Function Block Diagram FBD Sprache Die Code Sequenz um den Achsstatus zu lesen und die digitalen Ausg nge zu setzen vgl Kapitel 9 3 wird an diversen Stellen im Programm verwendet aktuell in jedem Schritt der Bewegung enth lt Statt die Sequenz mehrmals
29. die Software Um Eigenschaften der Anwendung zu ndern oder das Programm zu entfernen starte das Installationsprogramm EPOS Positioning Controller msi nochmals und folge den Anweisungen 8 Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P Das neueste EPOS Studio Stelle sicher dass du die richtige Version installiert hast EPOS Studio 2 00 Revision 2 oder h her Klicke im Menupunkt Help auf About EPOS Studio Falls du nicht die neueste Ausgabe hast lade die aktuellste Version von der maxon Website herunter http www maxonmotor com Minimale Anforderungen Betriebssystem Windows 8 Windows 7 Windows Vista Windows XP SP3 Prozessor Core2Duo 1 5 GHz NE Harddisk Laufwerk 1 5 GB verf gbarer Speicher DVD Laufwerk Speicher 1 GB RAM Bildschirm Aufl sung 1024 x 768 Pixels mit hoher Farbaufl sung 16 Bit Web Browser Internet Explorer IE 7 0 Tabelle 1 Minimale Systemanforderungen Vgl Release Notes txt im EPOS Studio Installationsverzeichnis Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 9 1 2 Kabelanschl sse Die Verkabelung ist einfach und sollte ohne Fehler machbar sein Verbinde zuerst den Motor 3 Kabel rot schwarz weiss mit einem weissen Stecker mit der einzigen passenden weissen Dose Dann dasselbe mit dem Hallsensor Kabel seine Steckdose ist gleich neben den Motorleitungen Steck es nicht in die Dose die mit RS232 angeschrieben ist Auch das Encoder Flachbandkabel sollte kein Problem bieten Als n
30. frei Enable MC _MoveRelative bewegt die Achse relativ zur Ist Position MC _MoveAbsolute bewegt die Achse zur absoluten Position MC_Home f hrt eine Referenzfahrt aus MC_MoveVelocity verwendet zur Drehzahlregelung MC _Stop wird verwendet zum Stoppen Maxon Utility Bibliothek MU_ Die Funktionsbausteine in dieser Bibliothek beginnen mit MU_ und sind im Detail im Dokument Programming Reference beschrieben The MU_Bibliothek enth lt Funktionsbausteine die spezifisch f r die EPOS2 Controller kreiert wurden und ihre Verwendung im Projekt muss gesondert aktiviert werden vgl Abbildung 63 Die wichtigsten MU _ Funktionsbausteine werden verwendet f r das Setzen von Parametern der Referenzfahrt das Lesen von Eing ngen und das Setzen von Ausg ngen besonders bei speziellen Funktionalit ten alternative Betriebsmodi wie Analoger Sollwert Interpolated Position Mode Master Encoder Mode El u Libraries 1 MaxonlHiltyLib 4 sfclib Abbildung 63 Wie man die maxon Utilities Bibliothek aktiviert ffne den Lib Bildschirm und aktiviere die Verwendung von MaxonlUtilityLib im Kontextmen rechte Maustaste Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 95 Programm Organisations Einheiten Program Organization Units POU POU sind die Bausteine mit denen ein SPS Projekt strukturiert wird Es gibt drei Arten von POUs Programs PROG Function Blocks IEC 61131 FB und Functions FUN Allen drei POUs gem
31. haben ein Hauptprogramm PROG Main SFC und parallel dazu ein Programm das im Falle eines Fehlers bernimmt PROG_ErrorHandling SFC Beide Programme sind in der Programmiersprache Ablaufsprache Sequential Function Chart daher die Datei Endung SFC geschrieben Die Ablaufsprache erlaubt es Programme auf einfache Weise als Zustandsmaschine State Machine zu strukturieren In unserem Fall sind die individuellen States oder Schritte als Strukturierter Text ST einer weiteren Programmiersprache des IEC 61131 3 Standards programmiert 80 Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P F kaaa aaa aaa 2 ZZ 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 5 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 5 2 2 2 2 2 2 2 2 2 maxon motor ag All rights reserved HWERFFFFFHFHFH HH FH FF FH HH HH FF HH HE HF FH HF HH FF HE HH HF HH HH HH HH EKS Project SimpleMotionSeqmence File Main State Machine Description Implementation of Main State Machine E Creation 15 02 2008 BRE Modification 15 02 2008 BRE Initial Version HWEHrFHHHHHFH HH HF FH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH EEEE WAR EXTERNAL Axis0 AXIS REF e5tateMain MAIN STATE acrstefrrnr HandT ine gt AI ETATR INT StsteStan StsteStan e5stateMain MAIN Init DoTrans InitDone FALSE Reset all Tr DoTrans StateStandstillbone FALSE DoTrans StatePositionSequenceDone FALSE DoTrans
32. lokalen Variablen sind nur innerhalb des spezifischen Funktionsbausteins g ltig vgl Abbildung 57 als Beispiel EPOS Datentyps EPOS2 P Systeme unterst tzen nicht alle elementaren Datentypen die im EC 61131 3 Standard m glich sind Insbesondere gibt es keine REAL Typen oder Typen die auf REAL aufbauen Zahlen k nnen nur auf INTEGER basierenden Typen dargestellt werden F r Motion Control Anwendungen sind zwei besondere Datentypen vordefiniert AXIS_REF bezeichnet eine Achsnummer MC _Direction definiert die Drehrichtung bei Drehzahlregelung mit den beiden Werten MCpositive und MCnegative Diese zwei Typen stehen automatisch zur Verf gung keine Typendefinition n tig wenn man die OpenPCS Software aus dem EPOS Studio startet oder wenn man als OpenPCS Projekt eines vom Typ maxon motor ag EPOS w hlt Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 87 8 Mein erstes Programm AxisMotion Dieses Kapitel f hrt dich durch alle notwendigen Schritte um ein erstes SPS Programm f r die EPOS2 P zu erzeugen Wir programmieren eine Bewegungssequenz f r die Achse im Starter Kit Wie im SimpleMotionSeqguence Beispielprojekt des vorangehenden Kapitels w hlen wir Sequential Function Chart SFC als Programmiersprache um die allgemeine Programstruktur zu erzeugen Die einzelnen Schritte f hren wir mit Structured Text ST aus Wir wenden vordefinierte Funktionsbausteine aus der Standardbibliothek von IEC 61131 3 z B TON an und
33. maxon EPOS2 P Geschwindigkeit Geschwindigkeit Zeit Zeit Abbildung 26 Geschwindigkeitsprofile f r eine Positionierung Links Ein Trapezprofil Geschwindigkeit gegen Zeit mit schneller Beschleunigung und langsamerer Bremsrate Rechts Dasselbe Profil aber ruckarm mit gerundeten Ecken Sinusprofil Punkt zu Punkt Bewegung Hier ein erstes Schritt um Schritt Rezept wie du eine Bewegung veranlassen kannst Schritt 1 W hle das Werkzeug Profile Position Mode und aktiviere den Modus Schritt 2 Setze die Zielposition Target Position auf 20 000 qc Schritt 3 Setze die Profilgeschwindigkeit Profile Velocity auf 500 rpm Schritt 4 ndere die Beschleunigung Profile Acceleration auf 10000 rpm s Schritt 5 ndere die Bremsrate Profile Deceleration auf 5000 rpm s Schritt 6 Enable die EPOS2 Schritt 7 F hre durch Klicken auf die Schaltfl che Move Relative eine Relativbewegung aus und beobachte wie der Motor dreht Verfolge die Positions nderung auch unten rechts im Dialogfenster Teste andere Bewegungen mit unterschiedlichen Parametern Profile Velocity Target Position Und sicher findest du den Unterschied zwischen Move Absolute und Move Relative heraus Gr ne und rote LED Anzeige des Zustandes der internen EPOS Die gr ne und rote LED der EPOS2 P zeigen den Zustand des internen EPOS2 Motion Controller Gr ne LED blinkend Endstufe gesperrt Der Motor ist nicht bestromt Gr ne LED dauernd EIN Endstufe en
34. nnnnnnnnnn nn 7 1 1 Installation der EPOS Studio Software u uu02su0sssnenennenennnnennnnnnenennonennnnnnn nennen 8 1 2 KaDelanschlUsse una a A A a Aa A 10 1 3 Was befindet sich im schwarzen Geh use uusssuenenenennnnnnennnnenennenennnnenennen 11 1 4 DaS EPOS Studio Stane N nase ee 14 2 Das Motion Control System vorbereiten 2200220002n00n n0nnnnnnnnnunnnnnnnnnnn nen 19 2 1 STArtIP WiZ eaea e elek 19 2 2 INE aae BAE ETR EE ee EAE E A TE E E TA 28 Tel 2 Der Motion Controller a a 35 3 Den Motion Controller erkunden 2 22024220002n00nan0nnnnnannnn anno nnnnnnnnnnnnnnnnnnn nen 36 3 1 Profle Position Mode unse near een 36 3 2 Referenzfahrt Homing u a a 44 3 3 POSION MOOG een ai e aR 46 3 4 PrONle Velochy Moderne a ee 48 3 9 VBIOCHY MOGE u rn nannte 51 3 6 CUrFENE Mode nennen ei 52 4 Das Werkzeug VO Monitor 53 4 1 AU I DOE as a a a a 53 4 2 EmnGaNGO sans ee ea 54 5 Alternative Betriebsmodi optional e 00002n00nnannnnnnnnnnn nn nenn nn nen nn nun nn 57 5 1 ANaloger SOollWer a tee elle 57 5 2 Master Encoder Mode Elektronisches Getriebe u022400200002nne nennen 59 5 3 Step Direction MdG neuere 59 Intermezzo CAN und CANOPON za ee een enge ee end agree 61 6 Eine Einf hrung in CANopen und CAN uu 2220020002n00n2nnonannnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn nun nnmnnn 61 6 1 CAN er esse este ensure 62 6 2 CANOPEN een n
35. on line Kommandierung Zuerst sollten wir der EPOS2 internal sagen dass sie die Sollwerte ber einen analogen Eingang erh lt Ben tze den O Monitor um einen der analogen Eing nge als Velocity Setpoint zu konfigurieren Schritt 1 Wechsle zum Dialogfenster I O Monitor Schritt 2 ndere den Purpose des Analog Input 1 auf Velocity Setpoint ist nur m glich wenn der Antrieb Disabled ist Schritt 3 Klicke auf die Show Attributes Schaltfl che unten Schritt 4 Gib einen Skalierungsfaktor Setpoint Scaling ein das Verh ltnis zwischen analoger Sollwertspannung und Drehzahl z B 1000 rpm V Schritt 5 Optional Speichere die Parameter z B im Kontextmenu rechter Mausklick Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 57 Nun f hren wir die Drehzahlregelung mit analogem Sollwert aus Best Practice Schritt 1 Schritt 2 Schritt 3 Schritt 4 Schritt 5 Wechsle zum Dialogfenster Velocity Mode und aktiviere den Modus Drehe das Potentiometer auf das Minimum Beobachte die Ver nderungen der Angaben unten rechts im Dialogfenster Aktiviere das Einlesen des analogen Sollwerts Enable die Checkbox Execution Mask Nach diesen Konfigurationsschritten k nntest du das USB Verbindungskabel ausstecken Wenn du jedoch die Sollwerte die Signale des Potentiometers und die Istwerte auf dem Bildschirm verfolgen willst lass das USB Kabel eingesteckt Enable die EPOS2 stelle verschiedene Drehzahlwerte mit dem Potenti
36. rein proportionalen Verst rkung da andauernde Fehler eine verst rkte Korrektur ausl sen Diese Methode hat aber einen Nachteil vor allem wenn der Fehler zwischen positiven und negativen Werten schwankt Da sich vergangene Fehler erst zeitverz gert auswirken kann es zu positivem Feedback kommen was zu einer Destabilisierung des gesamten Regelkreises f hrt Hohe K Werte k nnten ohne eine entsprechende D mpfung starke Systemschwingungen verursachen Differenzial Regler D Der D Regler ber cksichtigt die nderung der Regelabweichung welche mit einem vom Anwender angegebenen Faktor Ko multipliziert dem Strombefehl hinzugef gt wird Pl tzlich auftretende Regelabweichungen wie zum Beispiel nach einem Sollwertsprung k nnen damit sehr schnell korrigiert werden Richtig eingestellt kann mit dieser Art von Regelung die Stabilit t verbessert werden Sie kann als eine Art elektronische D mpfung betrachtet werden Eine Erh hung des Ko Wertes f hrt zu einer h heren Systemstabilit t Eine bleibende Regelabweichung wird jedoch nicht beseitigt da die Ableitung einer Konstanten gleich Null ist Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 33 Feed Forward Vorsteuerung Bei den PID Algorithmen gibt es nur dann ein Korrektursignal wenn eine Regelabweichung existiert Das bedeutet bei Positioniersystemen dass es w hrend einer Bewegung immer einen Positions Folge Fehler einen Schleppfehler following error gibt jageben muss Z
37. rkr fte zu halten All dies verlangt nach Motordrehmoment das gem ss den Bed rfnissen der bergeordneten Positionsregelung zur Verf gung gestellt werden muss Im Endeffekt heisst auch dies wiederum Stromregelung e g MoveRelative 10000 motor motion command PWM e g 50 kHz command interpreter actual position f internal actual power command amplifier path position position current current generator set value controller set value olii duty cycle clock pos I current clock e g 1 kHz e g 1 kHz i e g 10 kHz ime time position controller Abbildung 27 Darstellung einer Positionsreglung mit untergeordneter Stromregelung Das Mastersystem sendet Bewegungsbefehle zum untergeordneten Motion Controller Der Pfadgenerator verarbeitet die eingehenden Bewegungsbefehle und berechnet die Positionszwischenwerte f r feste Zeitintervalle 1mMs bei EPOS Systemen auf dem Weg zur Erreichung der Endposition Diese Sollwerte werden dem Positionsregler periodisch zugef hrt der aus dem Vergleich mit der aktuellen Position die Sollwerte f r den Stromregler bestimmt Positions und Drehzahlregelkreis der EPOS2 arbeiten mit einer Taktfrequenz von 1 kHz der Regelkreis erh lt jede Millisekunde eine neue Positionsinformation F r die meisten Anwendungen ist dies schnell genug da die mechanischen Reaktionszeiten mindestens einige Millisekunden betragen wie man aus den mechanischen Zeitkonstante
38. un otor E u DNS Dositi 3x onir ng File Edit View Project Pro Extras Window SPE TSREE IES REN Project BER Schritt 4 Beobachte was der Motor tut Nach ein paar Sekunden dreht der Motor langsam gegen den Uhrzeigersinn CCW gefolgt von einer schnellen Bewegung in Uhrzeigerrichtung CW Anschliessend folgt eine kurze Pause und die gesamte Bewegungssequenz wird laufend wiederholt Schritt 5 Das Programm stoppen Klicke auf Stop im PLC Men oder auf den entsprechenden Kurzbefehl Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 77 OpenPCS oae EEE Y y EA Brna eiar las he rotean nn gt LUO m rIG el ee Ze i EAS LPL SAn TER SES PEERS Ta A JON paanan ei Er Ben von Project 78 Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 7 2 Die Projektdateien Abbildung 50 zeigt die Dateistruktur des SimpleMotionSequence Projekts Die einzelnen Dateitypen werden durch spezielle Symbole dargestellt Kurz gesagt es gibt Dateien die Variablen oder Variablentypen deklarieren und die im gesamten Projekt Verwendung finden GlobalVariables POE NetworkVariables POE und USERTYPE TYP Es hat zwei Programme PROG_ErrorHandling SFC und PROG _Main SFC welche benutzerdefinierte Funktionsbausteine Function Blocks verwenden und die im entsprechenden Verzeichnis abgelegt sind Eine Projektbeschreibung ist in SimpleMotionSequence pdf enthalten Zus tzlich gibt es seine Datei namens Resource WL welche zum berwachen der Variablen im
39. und der EPOS2 Motion Controller hat keinen Speicher f r eine solche Sequenz Die EPOS2 ist was wir als online kommandiert bezeichnen Einzelne Bewegungs und I O Befehle werden vom bergeordneten System Master gesendet und sofort im Slave Controller ausgef hrt Bis zu diesem Punkt diente das EPOS Studio als Master Der Master den wir nun ben tzen wollen ist die eingebaute SPS In der SPS bernimmt das Anwendungsprogramm die Prozesssteuerung d h die Koordination aller Aktionen der verschiedenen Slaves Das Programm liest die Information von Eing ngen sendet Bewegungsbefehle und setzt Ausg nge Die Aufgabe in diesem dritten Teil des Buches ist das Schreiben eines einfachen Programms zur Prozesskontrolle In Kapitel 7 werfen wir einen ersten Blick auf das Programmierwerkzeug und den SPS Programmiierstandard IEC 61131 3 In Kapitel 8 schreiben wir unser erstes kleines SPS Programm Kapitel 9 vertieft unser Wissen wie die zus tzlichen Ein und Ausg nge verwendet werden k nnen z B f r eine Referenzfahrt In Kapitel 10 programmieren wir einen Funktionsbaustein selber und f gen ihn ins SPS Programm ein Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 13 7 Das Programmierwerkzeug starten Ziel dieses Kapitels ist es einen ersten Eindruck vom Software Werkzeug zu gewinnen mit dem wir SPS Programme schreiben Das Werkzeug heisst OpenPCS und stammt von der deutschen Firma infoteam OpenPCS ist ein Editor zur Erzeugung von P
40. und Transition in SFC hinzuf gen Markiere die Stelle wo ein neues Element eingef gt werden soll W hle aus dem Insert Men das entsprechende Element Durch Doppelklicken kann ein Name und Kommentar angegeben werden Schritt 2 Benenne den Schritt z B Move1 und die Transition z B MoveTDone Schritt 3 Zuerst schreiben wir zur Organisation etwas Programmcode in MoveT sozusagen um den Tisch zu bereinigen Falls wir je zum nit Schritt zur ckspringen sollten wollen wir dass der Schritt wie beim Programmstart ausgef hrt wird Setze darum den Baustein fbReset des vorangehenden Schrittes zur ck d h rufe ihn mit Execute False auf Setze ebenfalls die Boolesche Variable f r die Transition zur ck DoTranslnit False Schritt 4 MoveT programmieren F ge einen Positioniervorgang hinzu Deklariere eine Instanz des Motion Control Funktionsbausteins MC_MoveRelative im Variablenabschnitt Benenne ihn beispielsweise fbMove1 F ge eine kurze Pause hinzu sobald die Bewegung abgeschlossen ist d h fbMove1 done Ben tze einen der vordefinierten Zeit Funktionsbausteine des IEC 61131 3 Standards z B TON Taufe ihn fbWaitT zum Beispiel Du findest TON im Catalog links doppelklicken gibt dir die Angaben wie er funktioniert Beachte das Format der Zeitvariablen t 3s 102 Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P Reset the function blocks and transition flags rtbReset Axis Axzisl Execute false DoTransInit fa
41. weitere aus der Motion Control MC Bibliothek MC_Reset MC_Power MC _MoveRelative MC_MoveVelocity MC_Stop Beachte aber dass unsere Programmierung nur die Bewegung umfasst ein Errorhandling ist nicht eingeschlossen In realen Anwendungen muss das Verhalten bei Fehlern ber cksichtigt werden ein unterbrochenes Motor oder Encoderkabel oder sonst ein Problem kann immer auftreten Das SimpleMotionSeqguence Beispiel des vorangehenden Kapitels gibt eine Idee wie ein Errorhandling implementiert werden k nnte Programming Reference Das f r die Programmierung wichtigste Dokument in der EPOS Studio Dateistruktur ist die Programming Reference vgl dazu Abbildung 4 und Abbildung 5 um es zu finden Die Programming Reference enth lt die Beschreibung der grundlegenden Programmiierschritte der Vorbereitung des Systems und der zus tzlichen Funktionsbausteine die nicht Teil der IJEC 61131 3 Standardbibliothek sind Die zus tzlichen Bibliotheken libraries enthalten Funktionsbausteine f r Motion Control MC zum einfachen Handling von EPOS2 Funktionalit ten MU maxon utilities und f r allgemeine CANopen Befehle wie zum Lesen und Schreiben von Objekten und zum CAN Netzwerkmanagement 88 Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P bersicht ber das Programm AxisMotion Die Aufgabe des AxisMotion Programms besteht darin eine Abfolge von Achsbewegungen und Stopps auszuf hren Eine m gliche Sequenz ist Abbildung 58 ski
42. wiederholt sich alle 30 ms Das periodische Verhalten kann man im gr nen Signal das die gemittelte Geschwindigkeit anzeigt fast noch besser erkennen 0 0 240 0 480 0 720 0 960 0 vn 5 000 10 000 15 000 20 000 25 000 30 000 35 000 40 000 45 000 50 000 55 000 60 000 65 000 70 000 75 000 80 000 1200 0 m Velocity Demand Value m Velocity Actual Value Averaged TimeBase ms m Velocity Actual Value Abbildung 31 Geschwindigkeitssignale eines Motors mit MR Encoder Screenshot Data Recorder Woher kommen die Schritte von 30 rpm im schwarzen Signal Sicher kann der Motor seine Drehzahl nicht so schnell ndern wie das Signal vorzugeben scheint Seine mechanische Zeitkonstante ist viel zu gross gt 4 ms Was wir stattdessen beobachten ist ein Quantisierungseffekt der Drehzahlmessung die daher kommt dass die Drehzahl aus der Positions nderung pro Millisekunde berechnet wird Die Position kann sich in Schritten von 1 quad count qc des Inkrementalencoders ver ndern Eine Drehzahlvarianz von 1 qc pro Millisekunde ist gleichbedeutend mit 60 000 qc pro Minute und das entspricht 30 rpm bei einem Encoder mit 2000 qc pro Umdrehung Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 49 Wenn du somit die wirkliche Drehzahl des Motors wissen willst schau besser auf das gr ne gemiittelte Signal den Velocity Actual Value Averaged Dies macht mehr Sinn brigens die Drehzahlgenauigkeit des gemittelten Signals entspri
43. zwei separate Aufgaben ben tigt F r die Kommutierung d h f r den Motorbetrieb und f r die Drehzahl oder Positionsregelung Die EPOS2 Motion Controller erlauben Blockkommutierung f r Drehzahlen bis 100 000 rpm w hrend Sinuskommutierung bis maximal 25 000 rpm m glich ist Diese Werte gelten f r BLDC Motoren mit einem magnetischen Polpaar Bei h heren Anzahl Polpaaren reduziert sich die Drehzahl entsprechend Ein EC 4pole Motor mit 2 Polpaaren kann maximal noch bei der H lfte dieser Drehzahlwerte betrieben werden Flachmotoren haben noch mehr Polpaare und dem entsprechend eine tiefere Drehzahlgrenze Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P Motor und Encoderparameter der verwendeten Einheit Die Bezeichnung des verwendeten Motors ist EC max 30 mit der Bestellnummer 272763 Seine genauen Spezifikationen finden sich auf der maxon Website oder im Anhang Kapitel 11 F r uns ist wichtig dass es sich um einen b rstenlosen Motor EC mit Hallsensoren handelt Dieser Motor hat eine Grenzdrehzahl von 15 000 rpm was viel h her ist als was wir mit der vorhandenen Spannungsversorgung erreichen k nnen 19 VDC Typischerweise wird der Motor mit maximal etwa 6500 rpm bei 19 V Versorgung drehen Drehzahlkonstante des Motors mal Motorspannung 393 rpm V 0 9 19V Somit besteht keine Gefahr dass der Motor zu schnell dreht Der Nennstrom betr gt 2 66 A Dies ist der Motorstrom den der Motor dauernd ertr gt o
44. Anteile der Gravitation gegen die gearbeitet werden muss sei es um Lasten zu heben zu halten oder eine Abw rts bewegung abzubremsen In einigen F llen der Drehmomentregelung wird aber auch nichts bewegt sondern es soll nur mit einer definierten Kraft gegen ein Hindernis gedr ckt werden Das im Motor erzeugte Drehmoment ist eine einfache Funktion des Motorstroms Kr fte und Drehmomente kontrolliert zu erzeugen l uft also im Endeffekt darauf hinaus den Motorstrom zu regeln Geschwindigkeit Drehzahl regeln Der Drehzahlregler versucht die gemessene Drehzahl mit der geforderten Drehzahl in bereinstimmung zu bringen Einen K rper mit einer bestimmten Geschwindigkeit zu bewegen oder zu rotieren heisst den K rper zuerst auf die entsprechende Geschwindigkeit zu beschleunigen und anschliessend die angreifenden Kr fte zu kompensieren welche die Geschwindigkeit beeinflussen Dies geschieht dadurch dass der Motor ein entsprechendes Drehmoment zur Drehzahl nderung aufbringt Dies l uft darauf hinaus dass der Drehzahlregler dem untergeordneten Stromregelkreis einen entsprechenden Befehl erteilt analog zum Positionsregler in Abbildung 27 Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P Position einnehmen und halten Um einen K rper an eine bestimmte Endposition zu bringen muss dieser zuerst in Bewegung versetzt beschleunigt verschoben und anschliessend abgebremst werden Schliesslich gilt es die Endposition gegen allf llige St
45. B Enabled High Active Inactive Digital Input 3 General C Enabled High Active Inactive Digital Input 4 General D Enabled High Active Inactive Digital Input 5 General E Enabled High Active Inactve DigitalInput6 General F Enabled High Active HW State Digital Out Purpose Mask Polarity Inactive Digital Output 1 General A Enabled High Active Inactive Digital Output 3 General B Enabled High Active Inactwe Digital Output 2 General C Enabled High Active Active Digital Output 4 Ready Fault Enabled High Activ Value Analog Input Purpose Exec Mask 4621 mW Analog Input 1 General A 4241 mW Analog Input 2 General B Value Analog Out Show Attributes gt gt Abbildung 71 Die Konfiguration der digitalen Ein und Ausg nge f r die Programmierungen in diesem Kapitel General Purpose Ein und Ausg nge Wie schon angemerkt geh ren die physischen Ein und Ausg nge zur EPOS2 internal d h zum Motion Controller Falls sie nicht zur Regelung oder einer Funktionalit t im Zusammenhang mit dieser Achse ben tigt werden z B als Endschalter im obigen Beispiel k nnen diese Ein und Ausg nge dem Masterprogramm zur Verf gung gestellt werden In diesem Falle m ssen sie auf General Purpose gesetzt werden Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 111 9 2 Referenzfahrt mit Endschalter Da die Referenzfahrt in der Regel ja nur einmal beim Aufstarten der Maschine ausgef hrt wird ist es sinnvoll
46. BOOL_FBD mit dem GenPurpA Input von fbSetDigQut Ich denke es w re Zeit f r einen Check Syntax Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P fbStatus Abbildung 76 Das Programmierfenster nach Schritt 8 FBD Schritt 9 Sobald die Ausg nge richtig gesetzt sind d h fbSetDigOut done ist True muss fbSetDigOut zur ckgesetzt d h mit Execute False aufgerufen werden F ge eine Kopie von fbSetDigOut ein und verbinde fbSetDigOut done mit Execute der Kopie und Negate Input rechte Maustaste Vergiss nicht die Achsnummer ebenfalls zu verbinden Speichern und Check Syntax Abbildung 77 Zur cksetzen programmieren unterer Teil von Abbildung 76 Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 119 10 3 Selbstdefinierte Funktionsbausteine ben tzen Jetzt gilt es das Hauptprogramm mit folgenden Schritten anzupassen Schritt 1 Deklariere fbShowAxisState als Instanz des neu definierten Funktionsbausteins ShowAxisState in der Variablendeklaration des Hauptprogramms Schritt 2 L sche alle Variablen und Funktionsbaustein Instanzen die nicht mehr n tig sind fbSetDigOut fbStatus InMotion Standstill Schritt 3 Ersetze in allen Schritten mit Bewegung den Teil des Programmcodes der die Ausg nge gem ss dem Achszustand setzt mit dem Aufruf von fbShowAxisState Der Init Schritt sieht nun so wie in Abbildung 78 aus Schritt 4 Speichern und Check Syntax Kompilieren Download und berpr fen dass alles richtig l uft
47. Betriebsanleitungen und die Software die zur Programmierung des vorliegenden oder anderer maxon EPOS Ger te n tig ist di maxon motor ag EPOS2 Application Notes li Driver Packages J Collection pdf Adobe ul EPOSA USE Driver 2 be Adobe Acrobat Document a EPOS Positioning Controller Ji Epos D EPoSP Ju EPOS Studio dJ EPO32 Ji Epas2 p i 01 Setup 02 Installation 03 Configuration i 04 Programming uk 05 Applications a Application Motes g OpenPC32008 TE Abbildung 4 Die Dateistruktur der maxon EPOS Softwareinstallation Zu jedem EPOS Produkt gibt es 5 Unterverzeichnisse mit den Dokumenten wie in Abbildung 5 gezeigt In 01 Setup befindet sich die Getting Started Anleitung mit im Wesentlichen demselben Inhalt wie dieses erste Kapitel Zus tzlich findest du darin Verkabelungsinformationen f r andere Motor Encoder Kombinationen In 02 Installation ist die Hardware Verkabelung aufgef hrt 03 Configuration enth lt die aktuellen und lteren Firmware Dateien das ist die Software die auf den Ger ten l uft 04 Programming enth lt wichtige Dokumente f r die Programmierung Die Firmware Specification vgl Kapitel 6 3 Dort sind alle Eigenschaften und Parameter im Detail beschrieben Der Programmierer findet weitere n tzliche Informationen Programmierbeispiele und Bibliotheken im Dokument Programming Reference vgl Kapitel 7ff 05 Application Die Application Notes Collection enth lt Informationen zu b
48. CS Info Zus tzliche Angaben zu speziellen Eigenschaften und ber das Verhalten der OpenPCS Software OpenPCS Best Practice Best Practice 5 ain Tipps und Hinweise wie man das EPOS2 P System die EPOS Studio und OpenPCS Software effizient ben tzt und bedient 6 Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P Teil 1 Vorbereitung Diese ersten beiden Kapitel dienen dazu das System kennenzulernen und den Arbeitsplatz vorzubereiten In Kapitel 1 geben wir eine bersicht ber das physische System wir installieren die EPOS Studio Software und erkl ren kurz die wesentlichen Elemente des Motion Control Systems In Kapitel 2 bereiten wir das Motion Control System f r die darauf folgenden bungen vor Die Eigenschaften von Motor und Encoder m ssen eingestellt und der Regelkreis getunt werden 1 Das EPOS2 P Starter Kit vorbereiten Abbildung 1 Der Inhalt des EPOS2 P Starter Kit Im EPOS2 P Starter Kit Koffer befindet sich eine Grundplatte mit einer Black Box einem Motor mit Encoder und einer Leiterplatte mit Schaltern LEDs und Potentiometern Ebenfalls sind ein DC Netzger t und die n tigen Kabel enthalten Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 1 1 Installation der EPOS Studio Software Zuerst gilt es den Computer vorzubereiten Im Starter Kit Koffer findet sich die EPOS Positioning Controller DVD mit all der ben tigten Software Installiere mit Hilfe der DVD die Software auf deinem Compute
49. Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 3 5 Velocity Mode Lernziel Die Unterschiede zwischen dem Profile Velocity Mode und dem Velocity Mode erkennen Der Velocity Mode ist ganz hnlich zum Profile Velocity Mode allerdings ohne vordefinierte Drehzahlrampe Noch immer sind die allgemein einschr nkenden Bewegungsparameter aktiv Beginne mit folgender bung als Startpunkt f r deine eigene Erforschung dieses Betriebsmodus Schritt 1 W hle den Dialog Data Recording und konfiguriere den Recorder Aktiviere Kanal 1 2 und 3 Kanal 1 Velocity Demand Value Left Scale Kanal 2 Velocity Actual Value Averaged Left Scale Kanal 3 Current Actual Value Averaged Right Scale W hle Single Trigger Mode und Movement Trigger Setze eine Sampling Period von 2 ms und dr cke OK Schritt 2 Gehe zum Dialogfenster Velocity Mode und aktiviere den Modus Schritt 3 ndere die Setting Value auf 2000 rpm Schritt 4 Enable und starte die Bewegung mit der Schaltfl che Apply Setting Value Schritt 5 Beobachte die Drehzahl und Stromsignale im Data Recorder Beachte wie der Strom ansteigt sobald der Geschwindigkeitsfehler gr sser wird Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 51 3 6 Current Mode Lernziel Das Verhalten des Motors bei reiner Stromregelung kennen lernen Erforsche die Stromregelung den Current Mode mit beispielsweise folgenden Schritten Schritt 1 Wechsle zum Tool Current Mode und aktiviere den Modus Schritt 2 Enable das
50. Ger t Schritt 3 Blockiere die Motorwelle die Scheibe von Hand Warum Schritt 4 Setze den Stromsollwert Setting Value auf 100 mA und Apply Setting Value Was beobachtest du wie f hlt sich die blockierte Welle an Schritt 5 Erh he den Strom z B auf 500 mA oder h her Ungewolltes Hochlaufen bei Stromregelung Wenn du die Motorwelle bei Stromregelung nicht blockierst l uft die Motordrehzahl unkontrolliert hoch Warum Stromregelung bedeutet Drehmomentregelung Der Regler versucht Motion den Strom das Drehmoment auf dem eingestellten Wert zu halten Control Drehmoment am Motor heisst Beschleunigung gt H here Drehzahl ergibt eine h here induzierte Spannung Gegen EMK die der anliegenden Spannung entgegenwirkt gt Eine h here Spannung muss angelegt werden um den Strom auf dem eingestellten Wert zu halten gt H here Spannung bedeutet dass der Motor weiter beschleunigt gt h here Gegen EMK gt h here Spannung muss angelegt werden gt ergibt h here Drehzahl gt Als Resultat steigt die Motordrehzahl bis auf den Maximalwert an der mit der verwendeten Spannungsversorgung m glich ist Ein solches ungewolltes Hochlaufen wird durch einen bergeordneten Regelkreis Geschwindigkeits oder Positionsregler durch einen mechanischen Anschlag oder eine zus tzliche Geschwindigkeits berwachung wie die Max Speed Einstellung im Abschnitt Current Mode des Dialogfensters verhindert Mit dem Current Mode ha
51. Katalog mit Funktionsbausteinen und Funktionen 100 Limitierung der Bewegungsparameter 103 Slave Konfiguration und Programmierung 110 Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 127 12 3 Literatur Feinmess www feinmess de mt_all glossar htm John K H John M Tiegelkamp SPS Programmierung mit IEC 61131 3 3rd Edition Springer Verlag 2000 ISBN 3 540 66445 9 Wikipedia www wikipedia org CAN in Automation www can cia org 128 Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 12 4 Index A Accuracy position accuracy 42 Analog position control 60 Analog set value 95 Analoge Drehzahlregelung 57 Analoge Positionierung 58 Analoger Sollwert 57 Ausgang Digitale Ausg nge 53 General Purpose 111 126 AXIS_REF 87 B Beschleunigung Einheit 27 maximale 46 Betriebsanleitung 12 126 Application Notes Collection 40 Firmware Specification 12 Programming Reference 12 Bibliothek MU maxon utility 95 Bibliothek MC motion control 95 Bremse Haltebremse 56 Bremsen Einheit 27 CAN 62 CANopen 62 CANopen Ger t 63 CANopen Ger teprofil 66 CiA CAN in Automation 61 Kommunikation 71 Prozess Daten Objekt PDO 71 Service Daten Objekt SDO 72 Current Nominal current 22 D Data Recording 40 Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P Device Configuration File see Electronic data sheet Disabled 38 Dokumentation 12 Drehzahl Grenzdrehzahl 22 Drehzahlregel
52. Movel fbWait2 G Abbildung 69 Der berarbeitete Programmcode von Schritt Move Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 107 Bewegung bei fester Drehzahl und Stop Die n chste Erweiterung von MyAxisMotion zeigt auf wie weitere Bewegungen ber zus tzliche Schritte und Transitionen implementiert werden k nnen Ebenfalls f hren wir zwei weitere vordefinierte Motion Control Funktionsbausteine ein Einer um eine feste Drehzahl einzustellen Drehzahlregelung und einer um die Achse zu anzuhalten Stop Die Drehzahlregelung wollen wir nach der Hin Her Positionierung von Move1 ausf hren Hier eine m gliche Programmierung 108 Schritt 1 Schritt 2 Schritt 3 Schritt 4 Schritt 5 Schritt 6 Schritt 7 Schritt 8 F ge einen neuen Schritt und Transition nach Move1 ein Benenne sie z B Move2 und Move2Done Definiere eine neue Variable f r die Transition z B DoTransMove2 und passe berall wo n tig das Zur cksetzen dieser Transitionvariablen an Stelle im Schritt Move2 eine Drehzahl an Achse 1 ein Deklariere und verwende eine Instanz des vordefinierten Motion Control Funktionsbausteins MC_MovevVelocity Taufe ihn z B fbSpeed1 Bemerkung Die Drehzahl Velocity wird als ganzzahliger Wert ohne Vorzeichen angegeben unsigned double integer Die Drehrichtung der Bewegung wird ber den vordefinierten Aufz hlungstyp mit den Werten MCpositive oder MCnegative eingestellt Stoppe die Achse nach einer gewis
53. OpenPCS Bildschirms Abbildung 50 Ein vordefinierter Funktionsbaustein der die Ausf hrung auf die steigende Flanke einer Input Variablen beginnt z B Execute wird nur dann gestartet wenn die Variable beim vorhergehenden Durchlauf False war und jetzt True Aufgepasst die SPS f hrt mit der Ausf hrung der n chsten Anweisung fort und wartet nicht dass der FB seine Aufgabe beendet hat Gewisse FB brauchen ziemlich lange bis zum Ende z B eine Bewegung von einigen Sekunden Dauer W hrend dieser Zeit kann das SPS Programm viele Durchl ufe absolvieren Wenn es zum zuvor gestarteten Funktionsbaustein kommt wird dieser nicht nochmals gestartet oder abgebrochen solange die Execute Input Variable den hohen Wert beh lt Darum ist es wichtig dass die Execute Input Variable des Funktionsbausteins auf dem hohen Wert bleibt bis eine FB Output Variable den Abschluss signalisiert meist Done Output genannt Wenn dieselbe Instanz des FB wiederverwendet werden soll muss er zur ckgesetzt d h mit Execute auf False aufgerufen werden Dies setzt dann auch den Output Done auf False Die meisten vordefinierten Motion Control und maxon Utilities Funktionsbaustein werden mit steigender Flanke gestartet z B MC_MoveRelative Positionierung Andere vordefinierte FB reagieren auf den Zustand einer der Input Variablen oft Enable genannt Sie werden in jedem Programdurchlauf ausgef hrt wenn der Enable Zustand hoch TRUE ist Wichtige Beispiele f r e
54. Programm starten Klicke auf Coldstart Beobachte das Verhalten des Motors Zuerst ist alles wie erwartet Die Achse wird freigeschaltet Enable und die Motorwelle macht 5 Umdrehungen Nach kurzem Stillstand folgen sich Enable und Disable Vorg nge in kurzem Abstand Erkl rung Das Verhalten ist leicht zu verstehen Sind die Bewegung und die Pause das erste Mal durchlaufen springt das Programm zum Init Schritt zur ck Dort wird die Achse zur ckgesetzt mit Disable gefolgt von einem Enable Dann geht das Programm zum zweiten Mal zu Schritt Move1 Allerdings geschieht hier nichts weiter Die Funktionsbaustein Instanzen fbMove1 und fbWait1 werden nicht wieder gestartet da sie nicht zur ckgesetzt worden sind Execute ist immer True Sogar die MoveTDone Transition ist immer True und das Programm springt direkt zum I nit zur ck wo die Achse zur ckgesetzt und wieder bestromt wird und so weiter Genau dies beobachten wir Beachte Im Gegensatz zu den FBs im Schritt MoveT wird fbReset im Schritt nit jedes Mal ausgef hrt da er zu Beginn des Schritts Move 1 zur ckgesetzt wird Schritt 5 Halte somit das Programm besser mit der Stop Schaltfl che an Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P Funktionsbausteine zur cksetzen Wenn Move 1 immer wieder wiederholt werden soll m ssen wir die Funktionsbaustein Instanzen fbMoveT und fbWait1 zur cksetzen Am zweckm ssigsten geschieht dies in einem weiteren Schritt Somit Schrit
55. Projekt an W hle New im Project Men Schritt 4 W hle im Dialogfenster den Dateityp maxon motor ag und das Template EPOS2 P project Gib dem Projekt einen Namen z B Axis_Motion und definiere einen Pfad wo es abgelegt werden soll Best tige mit OK File Type Template infoteam Software Gmb p 7 mason motor ag EFOS2F MCOEPOS F Project Project EPOS P Froject Project for target E P052 P Mame Aris M otior Location CAE F 5 Programs h UF Cancel Abbildung 60 Ein SPS Projekt Axis_Motion im OpenPCS anlegen f r die maxon EPOS2 P Im Projektfenster erscheint das neue Projekt mit nur gerade einer Datei Eine leere Datei zur Deklaration von Datentypen Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 91 Globale Variablen hinzuf gen Nun definieren wir die Achsnummer als globale Variable in einer entsprechenden Datei vgl auch Kapitel 3 5 des Dokuments Programming Reference 92 Best Practice Schritt 1 Schritt 2 Schritt 3 Globale Variablen Es ist n tzlich Variablen die in mehreren Programmen Verwendung finden als global zu definieren Aber es ist kein Muss Wir h tten die Achse auch im Deklarationsteil des Programms definieren k nnen Im Men File New w hle Declarations und dann Global Gib der Datei einen Namen z B GlobalVar Create a new file File Type Template PoU eclarations Projects LI Dika an an Abbildung 61 Eine neue V
56. SetAllDigitalOutputs und MC_ReadsStatus Deklariere Boolesche Variablen InMotion und Standstill Schritt 2 Ben tze InMotion um alle Zust nde von fbStatus zusammenzufassen die eine Bewegung signalisieren Tipp Schlage in der Hilfe die m glichen Output Variablen von MC_ReadStatus nach Ordne fbStatus Standstill der Variable Standstill zu Aktiviere den digitalen Ausgang 1 genau dann wenn die Achse in Bewegung ist Aktiviere den digitalen Ausgang 2 genau dann wenn die Achse im Stillstand ist Tipp Setze fbSetDigOut sofort nach Aufruf zur ck Damit werden die Ausg nge in jedem Programmdurchlauf aktualisiert Abbildung 72 zeigt wie dies f r den nit Schritt aussehen k nnte Schritt 3 Check Syntax und kopiere dieses Programmst ck in alle Schritte die eine Bewegung enthalten Init MoveT und Move2 Damit ist sichergestellt dass die Ausg nge immer korrekt gesetzt sind Schritt 4 Check Syntax nochmals und teste das Programm Beobachte auf dem Print wie die Ausg nge LEDs ndern wenn die Achse in Bewegung ist oder stillsteht Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 113 Setting the outputs according to the Axis state j fbStatus Axis Axisl Enable true standstill Ib5Status standstill InMstion Ib5tatus DiscreteMotion or EbStatus Homing or Ib5tatus ContinuousMotion or Ib5tatus 5topping EbSetDig0ut Axis Axisl Execute i true GenPurpA InMotion GenPurpB 5Standstill fb5etDigoOut Axzi
57. Urs Kafader Ill N N Il I LI N IN LA INN l IN If i I IE INN l S m g X i n f d E D E E B d F a e m l BE N A i EB U ij J p fiti u A ww PA E O in B T a en gt gt BE a Je N u nn Tancig a i Erste Ausgabe 2014 2014 maxon academy Sachseln Dieses Werk ist urheberrechtlich gesch tzt Alle Rechte insbesondere die der bersetzung in fremden Sprachen Vervielf ltigung Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen des Nachdruckes und Vortrages sind vorbehalten Sofern Warenbezeichnungen Gebrauchsnamen usw in diesem Werk genannt werden berechtigt dies nicht dazu anzunehmen dass diese im Sinne des Warenzeichen und Markenschutzrechtes als frei zu betrachten w ren Alle in diesem Werk gemachten Angaben insbesondere auch hinsichtlich Zahlen Applikationen Dosierungen usw sowie Ratschl ge und Empfehlungen sind sorgf ltig abgewogen dennoch kann daf r wie auch f r das v llige Fehlen von Druckfehlern keine Gew hr bernommen werden Die Richtigkeit gemachter Angaben muss im Einzelfall vom Anwender selbst berpr ft werden Haftung der Autoren des Herausgebers und oder seiner Beauftragten f r Personen Sach sowie Verm genssch den ist ausgeschlossen Version 1 2 Februar 2014 2 Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P Motion Control f r Einsteige
58. Velocity 95 108 MC_Power 95 MC _Reset 95 MC_Stop 95 108 MCnegative 87 108 MCpositive 87 108 Monitor I O Monitor 53 Motor b rstenbehaftet DC 24 b rstenlos BLDC EC 24 MU_ Bibliothek 95 MU _library MU_GetDigitallnput 115 MU _SetDigitalOutput 113 MU _SetHomingParameter 112 N Network Configuration 90 O Objektfilter 69 Objektverzeichnis 64 EPOS2 internal 67 EPOS2 P 65 70 Index 64 Online kommandiert 73 On line kommandiert 35 OpenPCS 74 OSI Modell 62 Parameter Speichern 69 Pfadgenerator 39 PLC 70 PLCopen 74 Polarit t der E As 53 Position Compare 56 Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P Position control Position Mode 46 Position Marker 55 Positionsregelung Profile Position Mode 36 Program 96 cyclic task 96 interrupt task 96 Task 96 timer task 96 Program Organization Unit 96 127 Programming Reference 88 94 Prozess Daten Objekt 71 Prozess Daten Objekt Mapping 71 Q Quad counts 26 Quick Stop 55 Ready 56 126 Referenzfahrt 44 Referenzschalter 55 Resource Active resource 92 S Sample Project Simple Motion Sequence 75 Schleppfehler 34 Max Following Error 43 Schrittmotor 59 Service Daten Objekt 72 Setpoint Offset 58 Setpoint Scaling 58 Slave 11 35 Speed Maximum permissible speed 22 SPS 11 State machine SPS Programm als 79 80 Step Direction Mode 59 Strom Motion Control f r Einsteiger
59. abled Der Motor wird bestromt und geregelt Rote LED EIN Ein Fehler ist aufgetreten Den Zustand der LEDs kann man auch oben im Dialogfenster des EPOS Studio verfolgen Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 37 38 Motion Control Motion Control Enable und Disable der Endstufe Die Begriffe Enabled und Disabled beziehen sich auf den Zustand des Ausgangs der Motion Controller Endstufe Enabled Die Endstufe ist mit dem Motor verbunden Der Motor ist bestromt und kann geregelt werden Disabled Der Ausgang der Endstufe ist vom Motor getrennt es wird keine Drehmoment erzeugt Der Regler wird aber nach wie vor mit Strom versorgt Bemerkung Die Begriffe Enabled und Disabled werden ebenfalls ben tzt um die Ausf hrung der digitalen und analogen Ein und Ausg nge zu steuern vgl Kapitel 4 Die Motion Control Regelkreise In der Antriebstechnik ist die geregelte Gr sse meist eine Kraft ein Drehmoment eine Geschwindigkeit oder eine Position Entsprechend wird der Regler als Strom Drehzahl oder Positionsregler gestaltet Oft kann man auch zwischen den verschiedenen Reglertypen oder Betriebsmodi wechseln Kraft Drehmoment regeln Dies ist die Kernfunktion des geregelten Antriebs auf der auch die bergeordneten Drehzahl und Positionier Regelkreise aufbauen Kr fte und Drehmomente werden ben tigt um Massen in Bewegung zu versetzen zu bremsen und um die Reibkr fte zu berwinden Oft finden sich auch
60. ariablen Deklarationsdatei erstellen Best tige die Frage ob die Datei zur Active Resource hinzugef gt werden soll mit ja damit wird sie in den Kompilationsprozess eingebunden In unserem Fall ist die Active Resource die SPS der EPOS2 P Die Datei GlobalVar POE wird zum Projekt hinzugef gt und auf dem Hauptbildschirm ge ffnet Definiere eine Achsvariable z B Axis1 Diese Variable muss vom komplexen Typ AXIS_REF sein einem vordefinierten Typ f r Achsen in EPOS Systemen Ordne der Variable die Achsnummer 1 zu wie in der Netzwerkkonfiguration im EPOS Studio definiert Die Syntax muss so aussehen VAR GLOBAL Axisl gt AXIS REF s WAxTENo 3 1 7 END VAR Speichere die Datei und berpr fe die Syntax Du findest die entsprechenden Befehle Save Syntax Check im Men File oder als Schaltfl che in der Men leiste Syntax Check speichert die Datei zuerst Das Ergebnis des Syntaxchecks wird unten rechts auf dem Bildschirm angezeigt Wenn du Gl ck hast erh ltst du 0 errors 0 warnings Falls nicht vergleiche genau mit obigem Beispielcode Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P Best Practice Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P Syntax Check Lass die Syntax periodisch berpr fen Damit vermeidest du dass du einen Fehler in einem zu grossen Abschnitt des Programmcodes suchen musst In der Structured Text ST Programmiersprache m ssen die einzelnen Befehle durch Semikolons getrennt werden
61. atei erstellen in OpenPCS 2220022400202002nn0 nenne nenne nnnn nenn 116 Variablendeklaration von ShowAxisState 0 2002220022200nnnn nenne nennenenn 117 Das Programmiierfenster nach Schritt 5 FBD u 4s044440Bn nee 118 Das Programmierfenster nach Schritt 8 FBD 200222002220 nennen 119 Zur cksetzen programmieren unterer Teil von Abbildung 76 119 Die Ausg nge zur Anzeige des Achszustands einstellen 120 Motordatenblatt EC max 30 u22u00200snennenennenennnnnnnnnnennnnenennnnenn nenn nennen 121 Auszug aus dem Motordatenblatt EC max 30 Spezifikationen 122 Ausz ge aus dem MR Encoder Datenblatt 0022002200220022222 123 125 12 2 Liste der K stchen Motion Control 126 EPO S Info Das neueste EPOS Studio 9 Betriebsanleitungen und Software Dokumentation 12 Projekt im EPOS Studio 14 Fehler Errors und Warnungen Warnings 16 Motor und Encoder 25 Expert Tuning und manuelles Tuning 29 Gr ne und rote LED 37 Einschr nkungen der Variablentypen bei EPOS Systemen 65 Objektverzeichnisse der EPOS2 P 65 Firmware Specification 65 Parameter speichern 69 PDO und SDO in EPOS Systemen 72 Blaue LED Anzeige des SPS Programmstatus 75 EPOS Datentyps 87 Programming Reference 88 General Purpose Ein und Ausg nge 111 Hintergrund zu Motion Control
62. ben wir die Erkundung der grunds tzlichen Motion Control Funktionalit ten abgeschlossen 52 Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 4 Das Werkzeug I O Monitor Lernziele Ben tzen des I O Monitor und praktisches Verstehen der I O Funktionalit t und der Masken Auf der EPOS2 internal stehen 6 digitale und 2 analoge Eing nge sowie 4 digitale Ausg nge zur Verf gung Diese Ein und Ausg nge sind prim r dazu gedacht spezielle Aufgaben im Umfeld der Antriebsachse zu bernehmen Ein Beispiel ist der Endschalter der anzeigt wenn der mechanische Antrieb den sicheren Betriebsbereich einer Linearachse verl sst Bewegt sich der Antrieb in den Endschalter signalisiert der Motion Controller diesen spezifischen Fehler an den bergeordneten Master Endschalter k nnen aber auch f r eine Referenzfahrt verwendet werden Die Ein und Ausg nge der EPOS sind frei konfigurierbar Du kannst sie f r vordefinierte Funktionalit ten verwenden oder f r andere Zwecke General Purpose Einen der digitalen Eing nge kannst du dazu ben tzen einen bestimmten Teil deines Programms der Master SPS zu starten oder das Signal eines Temperatursensors mit einem analogen Eingang lesen oder das Ende einer Subroutine auf einem digitalen Ausgang anzeigen Beim EPOS2 P Starter Kit auf deinem Tisch werden auf der Leiterplatte die digitalen Eing nge ber Schalter aktiviert Die analogen Eing nge lesen die Spannung der Potentiometer und die digitalen
63. ble Der Aufruf von ShowAxisState mit Enable als True soll ein Lesen des Achsstatus ausl sen und dann das Setzen der Ausg nge Weiter brauchen wir Instanzen der entsprechenden Funktionsbausteine aus den Bibliotheken Aus Gr nden der Vollst ndigkeit wollen wir ebenfalls die blichen Output Variablen Done Error und ErrorlD definieren auch wenn wir sie nicht ben tzen Speichern und Check Syntax VAR IN OUT AXis AXIS REF END VAR VAR INPUT Enable bool END VAR VAR OUTPUT Done bool indicates that the FB is ready again Error bool no error managment set up yet ErrorlID DINT END VAR VAR fb5SetDigout MU SetAllDigital utputs fb5tatus MC ReadStatus END VAR Abbildung 74 Variablendeklaration von ShowAxisState Schritt 2 F ge einen MC_ReadsStatus Funktionsbaustein im Programmierfenster ein W hle dazu den entsprechenden Befehl aus dem Insert Men oder aus dem Kontextmen rechte Maustaste auf dem Programmierfenster oder ben tze die Schaltfl che mit dem Kurzbefehl Schritt 3 Benenne MC_ReadsStatus korrekt gem ss dem oben deklarierten Namen hier fbStatus Schritt 4 Ordne die Input Variablen Axis und Enable zwei der Felder auf dem rechten Rand zu Ben tze die rechte Maustaste auf dem spezifischen Feld und Insert Variable Schritt 5 Verbinde diese Input Variablen mit fbStatus Aktiviere die beiden Endpunkte der Verbindung und Insert Connection Ben tze das Insert Men oder die Schaltfl che mit
64. cht etwa 3 rpm Abweichung bei einer Drehzahl von 2000 rpm Und das ist schon mal nicht schlecht Woher kommt die Periodizit t Die Periode im Velocity Actual Value und seinem gemittelten Wert korreliert mit der Umdrehung des Motors Bei 2000 rpm ben tigt der Motor genau 30 ms f r eine Umdrehung wie im Signal beobachtet Man kann sich zwei m gliche Ursachen f r die periodischen Schwankungen vorstellen Entweder kommen sie von einer Irregularit t im Motor z B eine erh hte Reibung w hrend einer H lfte der Motorumdrehung oder sie kommen von Ungenauigkeiten des Messsensors d h des Encoders Hier ist fast sicher der zweite Grund der richtige MR Encoder sind bekannt f r diese Welligkeit Ein Vergleich mit einem sehr genauen optischen Encoder auf demselben Motor zeigt deutlich den Unterschied Abbildung 32 Optische Encoder sind bekanntermassen sehr pr zise 2080 0 1200 0 2059 0 K 360 0 2038 0 i 720 0 2017 0 i 430 0 240 0 PRAAAAN AAnananar H NINA PAPPAN Yr 1975 0 0 0 1954 0 240 0 1933 0 1 480 0 720 0 1912 0 1891 0 960 0 1870 0 1200 0 5 000 10 000 15 000 20 000 25 000 30 000 35 000 40 000 45 000 50 000 55 000 60 000 65 000 70 000 75 000 30 000 m Velocity Demand Value m Velocity Actual Value Averaged TimeBase ms m Velocity Actual Value Abbildung 32 Geschwindigkeitssignale eines Motors mit optischem Encoder Screenshot Data Recorder Motion
65. cht ben tigten kannst du einfach l schen Vergiss nicht die Funktionsbausteine FB zu deklarieren und die Instanzen geeignet zu bezeichnen Mit FUN ist dies nicht n tig da sie nicht instanziert werden Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P Und hier das Rezept f r die Programmierung der Transition Schritt 1 Gib zuerst der Transition einen neuen Namen z B InitDone damit das Programm leichter lesbar wird Doppelklicke auf das Transitionssymbol und ndere den Namen Du kannst sogar einen Kommentar hinzuf gen Schritt 2 Formuliere die Bedingung unter der die Transition ausgef hrt werden soll In unserem Fall soll dies geschehen wenn DoTranslinit eintritt Initbone InitDone DoTransInitf Schritt 3 Speichere wiederum und Check Syntax Und damit hast du den ersten Schritt und die Transition programmiert Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 101 Schritt Move1 und Transition Das Ziel dieses Schrittes besteht darin den Motor um 10 000 Quadcounts entspricht 5 Motorumdrehungen mit einer Drehzahl von 200 rpm weiterzudrehen F ge eine kurze Pause nach Abschluss der Bewegung hinzu Damit wird es einfacher den Bewegungen des Motors zu folgen Schritt 1 Einen Schritt und eine Transition hinzuf gen Markiere die Linie unterhalb der Transition InitDone W hle aus dem Men Insert den Befehl Step Transition Initbone Initbone Initbone MoveiDone Init Abbildung 66 Einen Schritt
66. das Device EPOS2 internal Schritt 4 W hle Axis Number als Axis 1 und Axis Type als Standard Network Configuration EPOS2 P Node 1 Ar Slave Network Variables PDO Heartbeat Control Bootup Network Selection L Master Network CAN M Internal Network CAN I t Slave Network CAN S EPOS2 Internal Communication Settings Network ID Network 1 Node ID Node 1 CAN Bitrate 1000000 Bit s Network Management Settings Devices in Internal Network CAN I El P EPOS2P Node 127 I F EPOS2 Internal V NMT Slave Slave is availabie in network and NMT slave V_ Boot Slave 5 V Mandatory Slave Axis Number Axis 1 v Axis Type Standard v Abbildung 59 Konfiguration der EPOS2 internal als Achse 1 im Network Configuration Tool des EPOS Studio Schritt 5 Best tige mit OK Und wiederum dauert das Schreiben der Konfiguration seine Zeit 90 Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P Ein neues OpenPCS Projekt anlegen Wir kehren nun zur SPS Programmierung zur ck und legen ein neues Projekt an Dies erfolgt im OpenPCS Programmierwerkzeug Das hier beschriebene Rezept folgt Kapitel 3 4 des Dokuments Programming Reference Schritt 1 ffne im EPOS Studio die Tools f r die EPOS2 P W hle IEC 61131 3 Programming Schritt 2 ffne die OpenPCS Software durch klicken auf die Open Programming Tool Schaltfl che Schritt 3 Lege ein neues OpenPCS
67. dem Kurzbefehl oben oder die Tastenkombination ctrl B Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 117 0001 Schritt 6 Schritt 7 Schritt 8 fbStatus Abbildung 75 Das Programmierfenster nach Schritt 5 FBD F ge eine Instanz fbSetDigOut von MU_SetAllDigitalOutputs analog zu Schritt 2 und 3 ein Verbinde den Axis Output von fbStatus mit dem Axis Input von fbSetDigOut Mit dieser Verbindung wird fbSetDigOut f r die korrekte Achse aufgerufen Verbinde den Valid Output von fbStatus mit dem Execute Input von fbSetDigOut Damit wird fbSetDigOut nur aufgerufen wenn der Achsstatus korrekt gelesen wurde Da fbSetDigOut nur mit einer steigenden Signalflanke am Execute Input funktioniert m ssen wir diesen Funktionsbaustein nach jedem Aufruf zur cksetzen vgl Schritt 9 Verbinde den Standstill Output von fbStatus mit dem GenPurpB Input von fbSetDigOut Damit wird wie gew nscht der digitale Ausgang 2 immer dann gesetzt wenn die Achse im Stillstand ist Immer wenn die Achse in einem der Zust nde Stopping Discrete Motion Continuous Motion oder Homing ist soll der digitale Ausgang 1 aktiviert sein F ge dazu die vordefinierte Funktion OR_BOOL_FBDein die einem logischen ODER entspricht Verbinde die Outputs von fbStatus die eine Bewegung anzeigen mit den Inputs der ODER Funktion Du kannst zus tzliche Inputs in OR_BOOL_FBD mit Append Input Befehl erzeugen rechte Maustaste auf die Funktion Verbinde den Output von OR_
68. diese in den nit Schritt zu integrieren Zuerst muss die Art der Referenzfahrt Homing Mode definiert werden ausser die EPOS2 internal sei schon im Voraus mit dem richtigen Homing Mode konfiguriert worden Dann kann die Referenzfahrt ausgef hrt werden Hier ist die dazu n tige Programmierung 112 Schritt 1 Schritt 2 Schritt 3 Schritt 4 Schritt 6 Deklariere Instanzen der Funktionsbausteine MU_SetHomingParameter und MC_Home und nenne sie fbSetHoming und fbHoming Modifiziere die Abfolge im nit Schritt auf Zur cksetzen gt Homing Mode definieren gt Enable der Endstufe gt Referenzfahrt ausf hren gt Transition zum n chsten Schritt Stelle sicher dass jede dieser Operationen abgeschlossen ist bevor die n chste aufgerufen wird Tip Drag und Drop die neuen Funktionsbausteine aus dem Catalog links Doppelcklick auf die Bausteine im Catalog liefert Detailinformationen Passe die Parameter von fbSetHoming gem ss deinen Vorstellungen an Wichtig W hle Method 1 was eine Referenzfahrt auf den negativen Endschalter Negative Limit Switch amp Index ergibt wie du aus der Beschreibung dieses Funktionsbausteins ersiehst Setzte die neu eingef hrten Funktionsbausteine f r die Referenzfahrt im Schritt MoveT zur ck Check Syntax und teste das Programm Vergiss nicht den Endschalter auf der Printplatte w hrend der Referenzfahrt zu aktivieren Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 9 3 Ausg nge
69. e des Encoders ist die Anzahl Impulse N pro Umdrehung angegeben als cpt counts per turn Wenn man die Zustands nderungen in beiden Kan len ber cksichtigt ergibt sich eine viermal h here Aufl sung Diese Zust nde werden als quad counts qc bezeichnet und als Positionseinheit in EPOS Systemen verwendet Beachte Wenn ber die Aufl sung von Inkrementalencoder gesprochen wird soll man kl ren ob man vor oder nach der Quadratur meint Je h her die Aufl sung umso genauer kann man die Position bestimmen und umso pr ziser kann die Drehzahl aus der Positions nderung pro Zeit berechnet werden Die Drehrichtung folgt aus der Abfolge der Signalpulse von Kanal A und B Kanal A f hrt in eine Drehrichtung Kanal B in die andere Weiter kann der Encoder einen Indexkanalaufweisen Dies ist ein einzelner Impuls pro Umdrehung Der Index kann zur genauen Bestimmung der Referenzposition verwendet werden vgl Homing Kapitel 3 2 Einige Regler ben tzen den Index zus tzlich als absolute Positionsreferenz bei der Sinuskommutierung von b rstenlosen Motoren 360 e 90 e channel A channel B signal edges quadcounts index channel Abbildung 19 Die Signale eines Inkrementalencoders Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P Motion Control Die Position wird durch z hlen der Signalflanken Inkremente von einer definierten Referenzposition vgl Homing in Kapitel 3 2 aus bestimm
70. ee nee ee 62 6 3 GANOBEeN GEeratepFoll ac ee ee A E 63 6 4 Das Object Dictionary Tool der EPOS2 internal 002200022002enn en 67 6 5 Das Objektverzeichnis der EPOS2 P 0222u02220020000nnnonnnnennnnonnnnnnnnnnnne nennen 70 6 6 Parameter Up und Download 0022002240020000nnnn nenne nenne nenne nenn nenn name nennenennn 70 6 7 KOMMUNIKAU ON ee 71 4 Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P Teil 3 Die SPS Speicherprogrammierbare Steuerung 222202u0002n0nunnenann 73 7 Das Programmierwerkzeug sStarten u z u02u00 n0n n0nanunanunanun nun nun nun nun nun nun nnnnnen 74 7 1 Sample Project Simple Motion Sequence u02240020000ennonennenennonennnnnenennenenn 75 1 2 DIE PFOJEKLAAIEIEN nun een 179 8 Mein erstes Programm AxisMotion u uu22u0002n0nnnnunnnnunannnnannnn nun nnnnnnnnnnnnnnnnnnenn 88 8 1 Vorbereitungsarbeiten 2 024002400200000000000 0000 nnnn anno ann nnnn anne nen anne anne anne r 90 8 2 Die Hauptschritte programmieren 22220244002040020n0nnnne nenne nenne nnnn anne nenne nenne nennen 94 8 3 Weitere Bewegungen programmieren uuussssenensnennnnenennnnnnennenennonennnnnne nennen 106 9 HOMING UNA IOS naar 110 9 1 Die Ein und Ausg nge konfigurieren u00220022400nennenennnnnnennnne nenne nennnnennnnnnenn 110 9 2 Referenzfahrt mit Endschalter u a seat 112 9 3 Ausg n
71. egebene Eingangsgr ssen erzeugt und welche Parameter beeinflussen die Ausgabe So erkl ren wir zum Beispiel nicht wie eine Vorsteuerung implementiert sein muss sondern wir legen die dahinter liegende Idee dar und wie sich die Parameter w hrend des Tuning ver ndern Sprache Die Dokumentation und Software f r die maxon EPOS Systeme stehen nur auf Englisch zur Verf gung Wir versuchen im Lehrbuch die deutschen Begriffe zu verwenden Die englische bersetzung wird in Klammern hinzugef gt soweit dies f r das Verst ndnis der Abbildungen und die Bedienung n tig sind Eingedeutschte und h ufig verwendete Begriffe wie Computer Encoder Motion Controller Feedback werden wir nicht bersetzen Ebenfalls wird die Einheit f r die Drehzahl als rpm rounds per minute belassen wie sie in der gesamten Dokumentation und im EPOS Studio erscheint und nicht in UpM Umdrehungen pro Minute oder min bersetzt Das EPOS Studio greift f r die Beschriftung der Standard Schaltfl chen auf die eingestellte Sprache des Computers zur ck Somit kann es sein dass ein Next auf deinem PC als Weiter bezeichnet wird Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 3 Inhaltsverzeichnis Motion Control T r Einstelger uuuunsc ak 3 HieradigehensWelse n emailen 3 SPIache ensure 3 AS ea ee ee 6 Tell 12 VOorberekUng hiaatsasaie aaa 7 1 Das EPOS2 P Starter Kit vorbereiten uu2 22000 n000 n0nnnnnnannnnnnnn nun
72. einsam ist dass sie abgeschlossen sind und die Kommunikation mit der usseren Welt wird ber definierbare Schnittstellenvariablen realisiert POUs k nnen in Bibliotheken organisiert werden was sie wiederverwendbar macht und eine Modularisierung der Programmierung erlaubt Program PROG PROG ist das Hauptprogramm wo die ganze Zuordnung zur Peripherie der SPS festgelegt wird z B Ein und Ausg nge der Hardware Auf einer SPS Ressource d h der CPU k nnen verschiedene Programme gleichzeitig laufen Jedem Programm ist ein Task zugeordnet d h eine Bestimmung wie und mit welcher Priorit t das Programm ausgef hrt werden soll Drei Einstellungen sind m glich cyclic Anweisung um Anweisung wird abgearbeitet bis zum Programmende Dann startet das Programm neu unter Verwendung der Variablenwerte des vorangehenden Laufs Zyklische Ausf hrung ist die Voreinstellung timer Der Timer Task startet das Programm in festen Intervallen z B nach jeweils 10ms Damit das Programm stabil l uft muss sichergestellt sein dass der vorangehende Durchlauf in allen F llen rechtzeitig beendet ist interrupt Interrupt Tasks starten nur in speziellen Situationen Zum Beispiel wenn die SPS aufgestartet oder abgeschaltet wird wenn ein Fehler auftritt oder ein CAN Sync Befehl detektiert wird Edit Task Specifications 3 18 Configuration E Resource Program Mame Task Type O SlobalVar fhi p xishlotiorn Cyclic hi r Option
73. en hnlich zum vordefinierten Filter System Parameter Hier das Rezept um die PID Regelparameter zu betrachten Schritt 1 Rechtsklick auf das Dialogfenster und w hle Define ObjectFilter Schritt 2 W hle New um einen neuen Filter zu erzeugen Schritt 3 Gib dem Objektfilter einen Namen z B MyRegGains Schritt 4 F ge die folgenden Objekte hinzu Schaltfl che Add 0Xx60F6 Current Control Parameter Set 0x60F9 Velocity Control Parameter Set O0x60FB Position Control Parameter Set Schritt 5 Save den Objektfilter und Exit Parameter speichern Save All Parameters nderungen in den Objektverzeichnissen werden erst dann permanent in der EPOS gespeichert wenn der Befehl Save All Parameters explizit ausgef hrt wurde im Kontextmen mittels rechter Maustaste auf dem Objektverzeichnis Dialogfenster genen gibt es drei Sets der Objektverzeichnisse Das aktuelle Parameterset im Arbeitsspeicher RAM das nach einem Stromausfall verloren ist Das permanente Parameterset das im EEPROM gespeichert ist und nach dem Einschalten akt iv ist Die default Parameter d h die Werkeinstellungen verbleiben immer im EEPROM als letzte R ckfallebene Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 69 6 5 Das Objektverzeichnis der EPOS2 P Wie Abbildung 33 zeigt hat der SPS Teil der EPOS2 P drei verschiedene Objektverzeichnisse f r jedes CAN Netzwerk eines vgl auch Abbildung 37 Neben der blichen Angaben zur CAN Kommun
74. en willst lass das USB Kabel eingesteckt Enable die EPOS2 erh he die Position durch Drehen des Potentiometers und beobachte das Motorverhalten Versuche auch verschiedene Einstellungen des Setpoint Scaling und Setpoint Offset Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 5 2 Master Encoder Mode Elektronisches Getriebe Im Master Encoder Mode werden die Signalpulse eines externen Inkementalencoders Kanal A und B als Positionssollwerte interpretiert Ist dieser Modus eingestellt versucht die EPOS2 internal der Bewegung des externen Encodersignals zu folgen Zwischen den Impulsrate des externen und des internen Encoders kann ein festes Verh ltnis festgelegt werden sowie die relative Drehrichtung F r die Geschwindigkeit ist das Resultat hnlich wie zwischen Ein und Ausgang bei einem Getriebe daher der Name elektronisches Getriebe Leider ist zu diesem Thema mit der Hardware die wir auf dem Tisch haben keine praktische Arbeit m glich Wir haben keinen externen Encoder ChA ChB p TUUL Position Speed Interpretation Control loop Motor with Encoder and Drive Current i Control loop Driver Power HUUU Amplifier PWM e g 50 kHz Abbildung 33 Schematische Darstellung des Master Encoder Mode 5 3 Step Direction Mode Im Step Direction Mode werden einkommende Signalpulse als Positionierschritte Step interpretiert Der Zustand eines zweiten Signals ergibt die Drehrichtung Directio
75. enaustausch zwischen den entsprechenden Ojektverzeichnissen Somit l uft Kommunikation mit einem CANopen Ger t im Endeffekt darauf hinaus Parameter zwischen entsprechenden Objektverzeichnissen auszutauschen Object Dictionary Master Network CAN M Type Acc Value Subind Name Ind ex 0x10022 0x00 Manufacturer status register Unt3 RO 0 Bi 0x1003 Error History Al 0x1005 0x00 COB ID SYNC Message UInt3 Const 128 qj 0x1008 0x00 Manufacturer Device Name String Const EPOS2 P i Pii E Store Parameters Ox1010 0x01 Save All Parameters Uint3 RW 0 ET a un 0x1011 0x01 Restore All Default Parameters UInt3 RW 0x1011 0x02 Delete Application Program from Persistence Meri UInt3 RW m r 0x1014 0x00 COB ID EMCY Message Umt3 RO 129 9 0x1016 Consumer Heartbeat Time 0x1017 0x00 Producer Heartbeat Time Uinti RW 0 H 0x1018 Identity Object 0x1020 Verify Configuration E 0x1200 SDO server parameter 0x1400 Receive PDO 1 Parameter 0x1401 Receive PDO 2 Parameter 0x1402 Receive PDO 3 Parameter E 0x1403 Receive PDO 4 Parameter r 4 m t Abbildung 37 Zugriff auf das Objektverzeichnis Object Dictionary der EPOS2 P im EPOS Studio Tools Dialogfenster Das Objektverzeichnis besteht im Wesentlichen aus einer Tabelle von Parametern die alle Eigenschaften des Ger ts seine Kommunikationskan le seine Konfiguration und Einstellungen beschreiben aber auch die Konfigurat
76. er Bremse Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 5 Alternative Betriebsmodi optional Die alternativen Betriebsmodi erm glichen einen Betrieb des Motion Controller ohne on line Kommandierung An ihrer Stelle werden analoge Spannungssignale oder digitale Signalpulse als Befehle verwendet Die einkommenden Signale werden zu Sollwerten konvertiert und direkt in den entsprechenden Regelkreis gespeist ohne Bewegungsprofil oder Drehzahlrampe Beachte aber dass diese Betriebsmodi nicht der urspr nglichen Idee der EPOS Produktfamilie entsprechen Die EPOS wurde als System entwickelt das die Befehle on line ber einen CAN Bus von einem Masterprogramm erh lt 5 1 Analoger Sollwert Beim Betrieb mit analogem Sollwert wird die Sollwertvorgabe f r die Position die Geschwindigkeit oder den Strom an einem der analogen Eing nge eingelesen umgerechnet und dem entsprechenden Regelkreis zugef hrt Testen wir dies mit Positions und Drehzahlregelung aus Hardware Enable Da diese alternativen Betriebsmodi nicht on line kommandiert sind sollten wir eine M glichkeit vorsehen die Endstufe unabh ngig ein und auszuschalten Dazu konfigurieren wir einen der digitalen Eing nge als Enable Verwende dazu den O Monitor und w hle bei einem Eingang Drive Enable als Purpose Vergiss nicht die Masken richtig zu setzen Best Practice Analoge Drehzahlregelung Lernziele Einrichten der analogen Drehzahlregelung Betrieb ohne serielle
77. er dieselbe Referenzposition egal ob Positionsfehler beim Ausl sen des Referenzschalters auftreten z B aufgrund von Verschmutzung A Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 45 3 3 Position Mode Lernziel Die Unterschiede zwischen dem Profile Position Mode und dem Position Mode erkennen Der Position Mode erm glicht eine Positionierung ohne Profil d h die Zielposition wird unmittelbar als neuer Sollwert f r den Positionsregelkreis gesetzt Der Pfadgenerator mit seiner Abfolge von Positionswerten kommt nicht ins Spiel Im Position Mode ist nur absolute Positionierung m glich es gibt keine Relativbewegungen Und wiederum zuerst ein einfaches Rezept um den Position Mode auszuprobieren Schritt 1 Setze die aktuelle Position auf 0 z B mit einem Homing Dies vermeidet Probleme mit einem zu hohen Schleppfehler Schritt 2 Konfiguriere den Data Recorder W hle als aufzuzeichnende Parameter Position Demand Value und Position Actual Value Setze den Single Trigger Mode und Movement Trigger Schritt 3 Wechsle zum Dialogfenster Position Mode aktiviere den Position Mode und Enable den EPOS2 Controller Schritt 4 Starte eine Bewegung zur Position 1000 qc Apply Setting Value und verfolge das Verhalten des Motors Schritt 5 Studiere das aufgezeichnete Diagramm Reduziere die maximale Drehzahl und Beschleunigung Max Profile Velocity Max Acceleration im rechten Teil des Dialogfensters Parameters Beobachte wie das Sy
78. erwenden wir diese Funktionalit t Ben tze den Digitaleingang 1 um eine Referenzfahrt Homing auf den Negative Limit Switch durchzuf hren Da du das Referenzieren in Kapitel 3 2 gelernt hast solltest du f hig sein dies ohne Anleitung auszuf hren Wie verh lt sich der Ready Ausgang dabei Parameter speichern Speichere die eingestellten Parameter der Ein und Ausg nge mit einem Rechtsklick auf den Kopf des I O Monitor Dialogfensters und w hle Save All Parameters Damit vermeidest du den Verlust deiner Einstellungen im Falle eines Stromunterbruchs Best Practice 54 Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P Eingangsfunktionalit ten f r Antriebsachsen Endschalter Limit Switch und Referenzschalter Home Switch Wir haben schon kennengelernt wozu man die Limit Switches Motion verwenden kann Sie begrenzen beidseitig den mechanischen Control Arbeitsbereich Oft werden sie mit induktiven N herungsschaltern ausgef hrt n hert sich ein metallisches Teil ndert sich der Zustand ihres Ausgangs Wenn ein Endschalter anspricht nimmt die Steuerung an dass sich der Antrieb ausserhalb des zul ssigen Bereichs befindet und erzeugt eine Fehlermeldung Der Antrieb wird gestoppt und die Endstufe wird Disabled Man kann einen dieser Endschalter zur Referenzfahrt verwenden Somit ist kein zus tzlicher Referenzschalter n tig und man weiss immer in welcher Richtung er zu finden ist Ben tzt man einen Endschalter f r die Refe
79. esonderen Anwendungsbedingungen und Betriebsmodi 12 Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P Setup Je Getting Started Installation Configuration Programming Application Cable Starting Set EPOS Studio EPOS Studio Application Notes Pr gramming Reference Firmware Specification lt Supervisory Control Abbildung 5 Die Dokumentstruktur der maxon EPOS2 P Beachte dass diese Dokumentstruktur nicht deckungsgleich mit der Dateistruktur von Abbildung 4 ist Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 13 1 4 Das EPOS Studio starten Wir sind bereit Starte das EPOS Studio durch Anklicken des entsprechenden Symbols auf deinem Computerdesktop Das EPOS Studio ist die graphische Benutzeroberfl che f r alle maxon EPOS Produkte Um eine Kommunikation mit dem aktuellen Ger t aufzubauen muss das richtige EPOS Projekt angew hlt werden Der New Project Wizard ffnet sich automatisch Falls nicht klicke auf das New Project Symbol in der Menuleiste Fr Abbildung 6 Wo sich das New Project Symbol befindet Projekt im EPOS Studio Das EPOS Studio erm glicht es die Einstellungen deines Projekts zu speichern und es wieder zu ffnen Das Projekt im EPOS Studio enth lt Information ber die Hardware und den ben tzten Kommunikationskanal Falls mehrere EPOS in einem Netzwerk angeschlossen sind so wird dies ebenfalls gespeichert Projekte unter einem eigenen Namen zu speichern ist immer dann n tzlich wen
80. etworkVariables POE I PROG_ErrorHandling SFC OpenPCS 2008 Automation Suite What s new Adobe reader required Germany www infoteam de Coffee Maker ControlX Editors Programming Industrial Automation Systems a Firmware amp Library i L Project u J P 3 amp co 2 ON ON 4 S a infoteam OpenPCS Version 6 4 3 9298 infoteam SmartSIM Intel 80386 under licence of 1996 2008 infoteam Software GmbH Germany maxon motor EPOS P 24 5 ARM under licence of 1996 2008 infoteam Software GmbH Germany maxon motor MCD EPOS P 60W ARM under licence of 1996 2008 infoteam Software GmbH Germany maxon motor EPOS2 P 24 5 ARM under licence of 1996 2008 infoteam Software GmbH Germany Changing hardware to maxon motor EPOS2 P 24 5 1 ne Abbildung 44 Der Bildschirm des SimpleMotionSequence Projekts Die Dateistruktur befindet sich links oben Das Hauptfenster zeigt den OpenPCS Startbildschirm der nicht weiter ben tigt wird und am besten durch klicken auf den kleinen x Knopf oben rechts geschlossen wird nicht das Programm Bevor wir die verschiedenen Dateien analysieren starten wir das Programm um zu sehen was es tut Folge einfach diesen Schritten Schritt 1 Kompilieren oder Build Active Ressource Klicke auf den entsprechenden Befehl im PLC Men oder den entsprechenden Kurzbefehl infnteam OnenDCS 20089 CAP ARDOS Docitionina Controllen
81. g 3 Pin 3 N C Pin 4 Stecker Artikelnummer Molex 39 01 2040 Anschl sse Sensoren Kabel AWG 26 gelb Hall Sensor 1 Pin 1 raun Hall Sensor 2 Pin 2 grau Hall Sensor 3 Pin 3 blau GND Pin 4 gr n Van 3 24 VDC Pin 5 N C Pin amp Stecker Artikelnummer Molex 430 25 0600 Schaltbild f r Hall Sensoren siehe 5 Abbildung 80 Auszug aus dem Motordatenblatt EC max 30 Spezifikationen Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P Encoderdatenblatt Encoder MR Typ ML 128 1000 Impulse 3 Kanal mit Line Driver BEE Lagerprogramm Artikelnummern __ Standardprogramm Sonderprogramm auf Anfrage EEEo 225773 225778 225005 225780 Typ Impulszahl pro Umdrehung 128 256 500 512 1000 Anzahl Kan le 3 3 3 3 3 Max Impulsfrequenz kHz 20 160 200 320 200 Max Drehzahl min 37500 37500 24000 37500 12000 Technische Daten Pinbelegung Versorgungsspannung Veg bV 45 i NE Ausgangssignal TTL kompatibel 2 V Phasenverschiebung 90 e 45 e 3 GND Indexpulsbreite 90 e 45 e 5 an x Betriebstemperaturbereich 25 85 C 5 Kanal Tr gheitsmoment der Impulsscheibe 0 7 gem 7 er E E m a anal Strom pro Kanal max 5 mA 9 Kanal Index 10 Kanal index Stecker nach DIN 416517 EN 60603 13 Flachbandkabel AWG 28 Abbildung 81 Ausz ge aus dem MR Encoder Datenblatt Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 123 12 Verweise Glossar 12 1 Liste der Abbildungen Abbildung 1 Der Inhalt des
82. ge Dokumentation vor dir hast und weisst was du tust Darum musst du die entsprechende Schaltfl che Confirm that you ve read the Getting Started document best tigen Kein Problem wenn du das Ganze nicht gelesen hast Im Grunde genommen tust es gerade jetzt Diese ersten Kapitel enthalten dieselben Informationen wie das Getting Started Also entspannen und Next klicken Schritt 2 Im zweiten Schritt gilt es den Kommunikationskanal festzulegen USB ist als Default Kommunikation schon festgelegt Somit nur auf Next klicken Wenn es dich interessiert welche anderen M glichkeiten es gibt tue dir keinen Zwang an und schaue nach Stelle nur sicher dass die Einstellungen am Ende der folgenden Abbildung entsprechen Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 19 DE Startup Wizard EPOS2 P Node 1 Step 2 Communication Seting Please select the Communication Settings 55 a EE SE w E g gt Abbildung 14 Startup Wizard Schritt 2 Schritt 3 Der dritte Schritt definiert den verwendeten Motortyp Der Motion Controller kann mit b rstenbehafteten DC Motoren maxon DC motor oder mit b rstenlosen DC Motoren maxon EC motor Da unser Motor ein maxon EC motor ist w hle die zweite Option Dann wiederum Next Schritt 4 Bei b rstenlosen Motoren musst du nun die Kommutierungsart festlegen Die beste Leistung erh lt man mit Sinuskommutierung welche allerdings einen Motor mit Encoder und Hallsens
83. ge gem ss dem Achszustand setzen 2220022002200snnennnnnnennnennnenen 113 9 4 EiNgande lesen see n a a a r a a 115 10 Selbst definierte Funktionsbausteine uu 2202020000000n2n0onannnnnnnnnnnun nun nn 116 10 1 Einen Funktionsbaustein erzeugen u22200200002000nenn nenn onnnn anne nenne nenne nnnnnnnnenn 116 10 2 In Function Block Diagram FBD programmieren 022200224002enn nennen 117 10 3 Selbstdefinierte Funktionsbausteine ben tzen u022200220002n0 nenn nennen 120 Id ANNO ee EI a ORTE RE RIEELERE 121 11 1 Motor und Encoder Datenbl tter 2 22022000200002000000n0nnnn nenn Hanne 121 12 Verweise GlOssar nun ee 124 12 1 Liste der Apbild ngens ame i 124 12 2 Liste d r Kastchen uneen nee 126 12 3 Er ars ee Bee 128 124 NIX ee en ee ee 129 Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 5 K stchen Die farbigen K stchen enthalten zus tzliche allgemeine Hintergrundinformationen ber Motion Control und Programmierung sowie spezielle Aspekte ber das verwendete System und die Software Hintergrund zu Motion Control Allgemeine Informationen und Grundlagenwissen zu Motion Motion Control Konzepten Control IEC Allgemeine Informationen und Hintergrundwissen ber SPS Programmierung mit IEC 61131 3 EPOS Info Zus tzliche Angaben zu speziellen Eigenschaften und ber das Verhalten von EPOS2 P Systemen OpenP
84. gem ss dem Achszustand setzen Der digitale Ausgang 1 soll aktiviert sein immer wenn sich die Achse bewegt Der digitale Ausgang 2 soll den Stillstand der Achse anzeigen F r das Handling der Ausg nge ben tzen wir aus der MU Bibliothek den Funktionsbaustein MU _SetAllDigital utput der alle Ausg nge setzt jedes Mal wenn er aufgerufen wird Gem ss Beschreibung werden beim Zur cksetzen dieses Funktionsbausteins die Zust nde der digitalen Ausg nge nicht beeinflusst sie behalten ihren digitalen Zustand True False bei Dies erlaubt es diesen Funktionsbaustein sofort nach Verwendung zur ckzusetzen und im n chsten Programmdurchlauf ist er bereit die Ausg nge wieder zu setzen Die digitalen Ausg nge werden mit jedem Programmdurchlauf aktualisiert Der vordefinierte Funktionsbaustein MC_ReadsStatus erm glicht einen einfachen Zugang zum Bewegungszustand der Achse MC_ReadsStatus zeigt an ob die Achse im Stillstand oder am Ausf hren einer Bewegung ist Homing DiscreteMotion ContinuousMotion Stopping oder andere In jedem Programmdurchlauf soll eine Instanz von MC_ReadsStatus aufgerufen werden um den aktuellen Bewegungszustand der Achse zu ermitteln Wir fassen diese Information in zwei Booleschen Variablen InMotion und Standstill zusammen und ben tzen diese um die digitalen Ausg nge zu setzen Hier sind die dazu notwendigen Programmiierschritte Schritt 1 Deklariere Instanzen fbSetDigOut und fbStatus der Funktionsbausteine MU_
85. halter z B als Referenzschalter oder Endschalter oder mittels eines mechanischen Anschlags implementiert Homing mit Zusatzbewegung zum Indexkanal Um die Wiederholgenauigkeit der Referenzposition zu erh hen kann eine zus tzliche Bewegung zur ersten Flanke des Indexkanal Kanal oder Z des Encoders durchgef hrt werden Der Indexkanal gibt einen schmalen Puls pro Umdrehung was eine absolute Positionsbestimmung innerhalb einer Motorumdrehung erm glicht Bei dieser Homingmethode spielt es keine Rolle wenn der Referenzschalter etwas fr her oder sp ter anspricht die Referenzposition ist nun sehr genau auf die Zustands nderung des Indexkanals gelegt In realen Systemen muss man aber aufpassen Homing mit Indeximpuls kann nur funktionieren falls der Indexpuls nicht gerade in den Fehlerbereich des Referenzschalters f llt Darum vermeiden Maschinenbauer diese Funktionalit t Und wenn Motor oder Encoder ausgetauscht werden m ssen ist der Index nicht mehr an derselben Stelle Das System muss neu kalibriert und oder die neuen Positionswerte programmiert werden edge of index channel as a precise reference channel 2 movement to index 1 movement to reference reference position gt switching error Ea reference switch Abbildung 30 Prinzip des Homing mit Indexkanal des Encoders Der Bewegung zum Referenzschalter oder mechanischen Anschlag folgt eine Bewegung zur ck zur Flanke des Indexkanals Dies ergibt imm
86. he Output Signale sind Fehlermeldung Error w hrend der Ausf hrung und eine dazugeh rige Identifikationsnummer ErrorlD Der letzte Abschnitt in der Deklaration geh rt den lokalen Variablen hier drei Instanzen von Funktionsbausteinen die in FB_Main_Init FBD verwendet werden Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P Variablendeklaration Variablen werden in einem separaten Abschnitt oben im Programmierfenster eines Programms oder eines Funktionsbausteins deklariert Abbildung 52 und oben in Abbildung 54 Sie werden in verschiedene Abschnitte gruppiert je nach ihrer Verwendung im Projekt Variablen die global verwendet werden d h in mehreren Programmen eines Projekts m ssen in einer eigenen Datei deklariert werden In unserem SimpleMotionSequence Projekt ist dies die Datei GlobalVariables POE Sie enth lt die Achsnummern die berall im Projekt g ltig sind sowie Variablen welche die Interaktion zwischen den beiden Programmen steuern Wenn solche globalen Variablen in einem spezifischen Programm Verwendung finden m ssen sie importiert d h als externe Variablen deklariert werden wie man oben in Abbildung 54 ersieht Funktionsbausteine haben typischerweise Schnittstellenvariablen Das sind Input Variablen als Startparameter beim Aufruf des Funktionsbausteins und Output Variablen f r die Ergebnisse Und dann sind da die lokalen Variablen und Instanzen von anderen verwendeten Funktionsbausteinen Die
87. hne zu berhitzen F r einige Sekunden ist auch ein h herer Strom zul ssig wahrscheinlich bis etwa 10 A Aber wir werden gar nicht so viel Strom aus unserem Netzger t ziehen k nnen es kann weniger als 5 A liefern Somit besteht auch kein Risiko den Motor zu berhitzen Der Encoder ist ein MR Encoder Bestellnummer 225778 Er hat 500 Impulse pro Umdrehung auf jedem der beiden Kan le Dies ergibt 2000 Signalflanken quad counts qc genannt pro Motorumdrehung Qc ist die interne Einheit f r die Position Somit resultiert eine nominelle Aufl sung von 1 2000 Umdrehung oder 0 18 Zus tzlich hat dieser Encoder einen Indexkanal der f r pr zise Referenzfahrt gebraucht werden kann und ben tzt wird um die Hallsensor Signale zu berpr fen Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 25 26 Motion Control Positions und Drehzahlbestimmung mit Inkrementalencoder Digitale Inkrementalencoder sind die am meisten verwendeten Sensoren um Drehzahl und Position in Kleinstantrieben zu messen Sie k nnen sich in Aufbau und Funktionsprinzip stark unterscheiden aber im Grunde unterteilen sie alle eine Motorumdrehung in eine bestimmte Anzahl Schritte Inkremente und senden f r jedes Inkrement einen Signalpuls zum Regler Inkrementalencoder haben in der Regel Rechteckimpulse auf zwei Kan len A und B die gegeneinander um eine Viertelsignall nge oder 90 elektrische Grad verschoben sind Die charakteristische Gr ss
88. ialogfenster hast du Zugriff auf die Tuningparametern jedes Regelkreises Du kannst die Werte von Hand ndern wenn du mit dem Resultat des Tuning Wizard nicht zufrieden bist dies ist dann das manuelle Tuning Als n chstes kommt der Abschnitt dentification wo du die Amplitude der Oszillationsbewegung einstellen kannst Ist die System Identifikation abgeschlossen sind das Systemverhalten sowie die Effekte von Reibung und Massentr gheiten bekannt Deshalb ist es auch unn tig die Identifikation zu wiederholen wenn man nur die Einstellungen im Abschnitt Parametrierung Parameterization ndert Und sicher willst du die Identifikation weglassen wenn du manuell tunest Die Art und Weise wie die aktuellen Tuningparameter im Parameterization Schritt berechnet werden h ngt vom gew nschten Systemverhalten und der Anwendung ab Vielleich m chtest Du ein m glichst steifes und schnell reagierendes System und ein berschwingen der Endposition oder der Zielgeschwindigkeit spielt keine Rolle Dann stelle die Regulation Stiffness auf hard Oder du stellst eine weiche soft Regulation stiffness ein mit langsamerer Reaktion und weniger berschwingen Versuche verschiedene Einstellungen beobachte die Resultate in den Verification Diagrammen und vergleiche die Parameterwerte Reduziere die Max Recording Time damit du die Unterschiede besser siehst in unserem Fall sind 200ms oder sogar noch k rzer perfekt Motion Control f r Einste
89. ickelt wird nun aber auch in anderen Bereichen wie der Industrieautomation und in Medizinalger ten eingesetzt CAN Bus Line CAN_L Abbildung 35 Physikalischer Aufbau des CANbus Physikalisch betrachtet wird jedes Ger t Knoten node genannt und mit individueller Adresse node number parallel an die Busleitung angeschlossen Der Bus bertr gt die Signale differentiell was einen korrekten beidseitigen Abschluss der Leitung verlangt 120 Ohm Widerstand um Signalreflektionen zu vermeiden Die Signalbits ben tigen eine gewisse Zeit um sich ber den ganzen Bus auszubreiten Darum h ngt die bertragungsrate von der Busl nge ab Maximal kann eine Bitrate von 1 Mbit s bei Busl ngen bis etwa 40 m erreicht werden Der Transfer Layer repr sentiert den Kern des CAN Protokolls Dort werden Struktur bertragung und Empfang der Nachrichten definiert Der Transfer Layer ist verantwortlich f r das Bit Timing und die Synchronisation das Verpacken von Nachrichten die Arbitrierung und Best tigung die Fehlerentdeckung anzeige und eingrenzung bersetzt aus dem englischen Wikipedia Kurz gesagt bietet CAN einen Rahmen in dem Mikrokontroller und andere Ger te sicher und zuverl ssig miteinander kommunizieren k nnen 6 2 CANopen In den Begriffen des OSI Modells implementiert CANopen die h her liegenden Kommunikationsschichten Network layer und h her Der CANopen Standard besteht aus einem Addressier
90. ie die Programmierung von Schritt Move2 aussehen k nnte Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 109 9 Homing und lOs Lernziele Eine Einf hrung in n tzliche Bibliotheks Funktionsbausteine f r Referenzfahrt und Handling von Ein und Ausg ngen In diesem Kapitel erweitern wir das MyAxisMotion Programm mit Funktionalit t zur Ansteuerung der Ein und Ausg nge und einer Referenzfahrt Ziel ist es den Stopp ber einen der digitalen Eing nge auszul sen Die Bewegung der Achse soll ber einen der Ausg nge angezeigt werden Stillstand durch einen anderen Die Homing Methode ist Negative Limit Switch amp Index vgl Kapitel 4 Homing und Handling der EPOS2 Ein und Ausg nge kann durch die Verwendung von Funktionsbausteinen der maxon Utilities MU Bibliothek realisiert werden 9 1 Die Ein und Ausg nge konfigurieren Zuerst m ssen wir die digitalen Ein und Ausg nge der EPOSZ2 internal auf unsere Bed rfnisse anpassen Wie im Kapitel 4 ausgef hrt k nnen wir das O Monitor Tool verwenden Das korrekte Funktionieren des MyAxisMotion Programms steht und f llt mit der richtigen Konfiguration Als Alternative k nnte man diese Konfiguration auch beim Programmstart z B im nit Schritt durchf hren indem man all die notwendigen CANopen Objekte schreibt Slave Konfiguration und Programmierung Die Slaves im Netzwerk m ssen geeignet konfiguriert sein um korrekt mit dem SPS Programm zu funktionieren So haben wir be
91. iel das Band weiterlaufen muss um das Objekt an einer definierten Stelle zum Stillstand zu bringen Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 55 56 Ausgangsfunktionalit ten f r Antriebsachsen Ready Fault Der Ready Fault Ausgang signalisiert die korrekte Funktionsweise des Ger ts Dies kennt man ja auch von den blichen gr nen und roten Leuchten bei Produktionsanlagen Position Compare Position Compare erm glicht es digitale Merkersignale an vordefinierten Positionen oder Positionsintervallen zu senden Dies kann n tzlich sein um andere Ger te oder Prozesse ber ein digitales Signal einzuschalten wenn die Achse eine bestimmte Position erreicht hat Best practice Wenn du den LED Ausgang auf dem EPOS2 P Starter Kit blinken sehen willst setze die Pulse Width auf den maximalen Wert d h 64 000 us Haltebremse Holding Brake Mit Haltebremsen kann die Position gehalten werden ohne dass der Motor bestromt werden muss Damit kann man Energie sparen in Anwendungen wo der Antrieb eine lange Zeit an einer festen Stelle bleiben muss und zum Halten der Position viel Drehmoment erforderlich ist z B bei einer Vertikalachse Haltebremsen halten die Position wenn sie nicht bestromt sind und k nnen deshalb auch zur Notbremsung bei Stromausfall verwendet werden Der leistungsstarke Holding Brake Ausgang erm glicht es die Bremse direkt und ohne separates Netzteil anzusteuern unter Ber cksichtigung der Aktivierungszeit d
92. iel der Feed Forward Steuerung ist die Minimierung dieses Schleppfehlers indem das zuk nftige Systemverhalten abgesch tzt und dem Regelkreis im Voraus die zu erwartende Regelabweichung mitgeteilt wird Dazu stehen im Allgemeinen zwei Korrekturgr ssen zur Verf gung die ebenfalls wieder spezifisch f r die Anwendung und die Bewegungsaufgabe bestimmt werden m ssen Geschwindigkeits Feed Forward Verst rkungsfaktor Er wird mit der erw nschten Geschwindigkeit multipliziert und kompensiert eine geschwindigkeitsproportionale Reibung Beschleunigungs Feed Forward Korrektur Er ber cksichtigt die Massentr gheit und stellt gen gend Strom zu deren Beschleunigung bereit Dadurch l sst sich der durchschnittliche Schleppfehler bei Bewegungen reduzieren Durch eine Kombination von Feed Forward Steuerung und PID braucht der PID Regler nur noch den Restfehler zu korrigieren der nach dem Vorsteuern verbleibt was die Reaktion des Systems verbessert und eine sehr steife Regelung erm glicht set values acceleration nn speed control loop gain PID set value position nn actual Abbildung 23 Schematische Darstellung der Vorsteuerung Die Feed Forward Werte werden aus der geforderten Beschleunigung und Drehzahl berechnet und zus tzlich zum PID Strom Sollwert addiert Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P Teil 2 Der Motion Controller Im Teil 1 haben wir das System konfiguriert den Motion Controller get
93. iger mit maxon EPOS2 P 29 30 Dimensioning Parameters Dimenstoning Parameters Position Position P Gain 0 P Gain I Gain 135 IGain D Gain D Gain Velocity Feed Forward Factor Velocity Feed Forward Factor Acceleration Feed Forward Factor 82 Acceleration Feed Forward Factor 82 Dimension Manually Dimension Manually 22 p Regulation Stiffness Regulation Stifness soft hard soft hard 1 1 l l Respect Cogging Torque E Demand Position E Actual Position E Actual Position m Tierman d Position Abbildung 21 Regulation Tuning Wizard Vergleich einer weichen soft links und harten hard rechts Einstellung der Regulation Stiffness PID Parameter oben und Systemreaktion Diagramme unten zeugen von den unterschiedlichen Einstellungen der Regulation Stiffness im Expert Tuning Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P Starte das Tuning und best tige die n chste Mitteilung dass sich das System bewegen wird mit Ja Yes Viel mehr bleibt nicht zu tun Ein automatisches Tuning wird durchgef hrt beginnend im Stromregelkreis mit dem Optimieren der Antwort des Motorstroms Das Ziel ist den Strom so schnell und genau wie m glich zu regeln aufgrund der Bed rfnisse des bergeordneten Positions oder Geschwindigkeitsregelkreises Ein gut eingestellter Stromregelkreis ist eine Voraussetzung f r eine dynamische Systemreaktion Das Autotuning l sst den Motor mit steigender A
94. ikation und zu den Ger ten enthalten die Objektverzeichnisse der SPS im Wesentlichen die Ein und Ausg nge f r die Prozessvariablen Mit diesen Daten arbeitet das SPS Anwenderprogramm Es ben tzt die Informationen der Objektverzeichnisse als Eingangsvariablen um beispielsweise eine Bewegung auszuf hren z B das Signal aus einem Position Compare Ausgang einer Achse dass eine vorbestimmte Position erreicht worden ist Die SPS schreibt die Ergebnisse der aktuellen Programmausf hrung in die entsprechenden Objektverzeichnisse z B ein Ausgangssignal das zum Stoppen einer Achse ben tigt wird Allerdings verwenden wir diese Prozessvariablen praktisch nicht f r unser SPS Programm in den folgenden Kapiteln Stattdessen lesen und schreiben wir die relevanten Angaben direkt in und aus den Slave Objektverzeichnisse SPS Hintergrundinformation SPS steht f r speicherprogrammierbare Steuerung englisch PLC Programmable Logic Controller Im Wesentlichen ist dies ein Rechner oder besser eine zentrale Recheneinheit mit einem oder IEC 61131 mehreren Programmen die darauf laufen Die SPS enth lt ein Eingangsmodul wo Informationen des Prozesses von Sensoren eingelesen werden und ein Ausgangsmodul wo die Prozessausgaben f r Aktoren und Antriebe geschrieben werden SPS Programme laufen zyklisch ab Sie lesen die aktuellen Prozesseing nge f hren damit einen Programmdurchlauf aus und setzen die neuen Prozessausg nge Dieser Zyklus wi
95. in solches Verhalten sind MC_Power Enable der Endstufe und FB die physische Eing nge lesen z B MU_GetDigitallnput Die Ausf hrung selbstdefinierter FB h ngt von der Programmierung ab Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 97 Function FUN Funktionen FUN haben kein Ged chtnis Sie werden in jedem Durchlauf des SPS Programms sofort ausgef hrt und geben einen Resultatwert zur ck Funktionen werden oft f r mathematische Operationen verwendet Typische Beispiele sind trigonometrische Funktionen Vergleiche von Variablenwerten oder Umwandlungen von Variablentypen Den Init Schritt programmieren Wie der Name schon sagt m chten wir diesen ersten Schritt zur Initialisierung der Achse verwenden Die Achse muss zur ckgesetzt d h die Endstufe gesperrt Disable und allf llige Fehler gel scht werden Diese Initialisierung bereitet das Feld f r die weitere Programmierung Der vordefinierten Motion Control Funktionsbaustein MC_Reset erledigt diese Aufgabe Ebenfalls im nit Schritt m chten wir die Achse freischalten Enable Wiederum k nnen wir einen vordefinierten Motion Control Funktionsbaustein verwenden MC_ Power Schritt f r Schritt Anleitung f r den nit Schritt beginnend mit der Variablendeklaration 98 Schritt 1 Schritt 2 Schritt 3 Deklariere Axis1 als externe Variable Das bedeutet quasi dem MyAxisMotion Programm zu sagen dass Axis7 die wir als globale Variable bezeichnet hatten verwe
96. indest sie links im Catalog Teil des OpenPCS Bildschirms Abbildung 56 00 D gt Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P Farbcodierung des Programmtextes im OpenPCS Der OpenPCS Editor identifiziert die reservierten Schl sselw rter Ausdr cke vordefinierte Funktionen und Funktionsbausteine aus dem EC 61131 3 Standard und hebt sie blau hervor Gr n wird f r Kommentare verwendet welche in Klammern mit Sternchen gesetzt werden m ssen OpenPcs FE 7 Firmware Ef Library 3 2 MAXONUTILITYLIB I SFCLIB 3 2 Project FB FB_EH_Error FE_EH Errorbetection FE FBE_MAIN_ErrorReactionfossequence t FB_MAIN_ Errorfeactionstandstill FB_MAIN_ErrorRecovwery FE_MAIN_ Init FB FE_MAIN StatePossequence 2 FB_MAIN_ StateStandstill POUs Variables Abbildung 56 Catalog der verf gbaren Funktionsbausteine und Funktionen So damit sind wir am Ende unserer kleinen Tour durch die OpenPCS Software Du solltest nun den Zweck der verschiedenen Dateitypen in einem OpenPCS Projekt kennen und verstehen die verschiedenen Dateien eines bestehenden OpenPCS Projekts ffnen und betrachten k nnen ein bestehendes SPS Programm in der EPOS2 P speichern download starten und stoppen k nnen Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 85 IEC 61131 Variablen Datentypen Der EC 61131 3 Programmierstandard st tzt sich stark auf Variablen ab die zum Initialisieren f
97. ing nge Drehe an den Potentiometern auf der Leiterplatte und beobachte die eingelesenen Werte im O Monitor Bemerkung Es ist eine ziemliche Verz gerung zwischen der Aktivierung der Schalter und Potentiometer auf der Leiterplatte und der Anzeige auf dem O Monitor Bildschirm zu beobachten Auf Grund der recht grossen Datenmenge dauert die Aktualisierung der O Monitor Bildschirmanzeige auf dem PC seine Zeit Aber keine Angst der interne Zustand der Eing nge wird sofort ge ndert Dann konfigurieren und lesen wir ein paar digitale Eing nge Schritt 1 Setze den Purpose der digitalen Eing nge Digital Input 1 bis 6 auf General A bis General F Setze die Mask auf Enabled und die Polarity auf High Active Schritt 2 Schalte einen der digitalen Eing nge auf der Leiterplatte ein und beobachte die Reaktion auf dem I O Monitor Schritt 3 ndere die Mask auf Disabled Wie beeinflusst dies das Lesen des Eingangs Schritt 4 ndere die Polarity auf Low Active Wie beeinflusst dies das Lesen des Eingangs Nun ordnen wir einem digitalen Eingang eine Funktionalit t zu Schritt 1 Setze den Purpose von Digital Input 1 auf Negative Limit Switch und ExecMask auf Enable Schritt 2 Schalte den Digital Input 1 auf der Printplatte ein und beobachte das Verhalten der EPOS und des Ready Ausgangs Schritt 3 L sche den Fehler im EPOS Studio Schritt 4 Was ist der Unterschied zwischen Mask und ExecMask Ausf hrungsmaske Und zum Schluss v
98. ingestellt werden Literatur Feinmess control loop gain PID current command set value system reaction Abbildung 22 PID Controller a Schematische Darstellung eines Positions oder Drehzahlreglers mit einem PID Element zur Verst rkung des Fehlersignals e b Systemantwort bei einen Sollwertsprung f r ein P ein Pl oder ein PID Element Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P Proportional Regler P Die Regelabweichung e Differenz zwischen Ist und Sollwert wird mit einem vom Anwender angegebenen Faktor Kp multipliziert und dann als neuer Strombefehl gesendet Ein erh hter Kp Wert beschleunigt die Fehlerkorrektur Ist Kp jedoch zu gro tritt eine starke berschwingung auf und ab einem bestimmten Punkt kann das System in Schwingung versetzt werden was bei unzureichender D mpfung zu Instabilit t f hrt Kp kann die Regelabweichung e nicht ganz beseitigen da die proportionale Korrekturgr e Kr e mit abnehmender Regelabweichung e ebenfalls kleiner wird Das Ergebnis ist eine bleibende Regelabweichung die vor allem in Systemen bedeutend ist die schon zur Aufrechterhaltung der Bewegung z B aufgrund einer hohen Reibung einen grossen Strombedarf haben Integral Regler I Hier wird die Regelabweichung ber l ngere Zeit summiert mit einem vom Anwender angegebenen Faktor K multipliziert und zum neuen Strombefehl addiert Diese Methode vermeidet eine bleibende Regelabweichung einer
99. intr ge enthalten unter anderem die Objekte f r nicht CANopen Kommunikation und die Objekte f r die Konfiguration der digitalen und analogen Ein und Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 67 Ausg nge Im Standard Ger teprofil findest du alle Informationen die Motion Control betreffen Das Tool Object Dictionary erlaubt den Zugriff auf die gesamte Objektliste Du kannst jeden schreibbaren Wert ndern Doppelklicken auf das Objekt gen gt oder du ben tzt das Kontextmenu rechte Maustaste Refreshing rate des Objektverzeichnisses im EPOS Studio Best Practice Die USB Verbindung ist nicht sehr schnell und sie l uft nicht in g Echtzeit d h sie hat nicht die h chste Priorit t auf deinem Computer und du kannst nicht voraussagen wie lange es dauert bis die Objektwerte im Verzeichnis aktualisiert sind Bis zu einem gewissen Mass kannst du dies beschleunigen indem du die Refresh Rate in der Men leiste minimierst Fie View Extras m Help eLA EROA Ram Navigation 2x Tools Device Selection EPOS2 Intemal dH DIeUAg Abbildung 41 Wo man die Refresh Rate ndert 68 Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P y Deinen eigenen Objektfilter erzeugen Best Practice Den berblick ber das ganze Objektverzeichnis mit seinen vielen E Eintr gen zu behalten kann ziemlich herausfordernd sein Oft interessieren ja nur wenige Objekte Zu diesem Zweck kannst du deinen eigenen Objektfilter erzeug
100. ion der Anwendung und ihre Ein und Ausgabedaten Ein Eintrag im Objektverzeichnis ist bestimmt durch Adresse 16 bit Index und 8 bit Subindex Name ein String der den Eintrag beschreibt Typ Type der Datentyp des Parameters Zugriff Access lesen und schreiben RW nur lesen RO nur schreiben WO oder konstant const Wert Value des Parameters 64 Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P Die grundlegenden Datentypen f r Werte im Objektverzeichnis wie Booleans Integers und Gleitkommazahlen sind im CANopen Standard definiert Daneben sind aber auch zusammengesetzte Datentypen wie Arrays Records und Strings m glich Objektverzeichnisse der EPOS2 P Die komplexe Struktur der EPOS2 P findet man in den verschiedenen Objektverzeichnissen und CAN Ports wieder Die eingebaute SPS hat eine CAN I Verbindung zum Slave EPOS2 internal der CAN S Port kann f r weitere Slave Ger te verwendet werden und der CAN M Port f r Befehle einer noch h heren Kontrollebene Jede dieser drei CAN Schnittstellen hat ihr eigenes Objektverzeichnis ebenso wie die EPOS2 internal Supervisory Device USB RS232 Network ID 0 const EPOS2 P USB RS232 CAN M Node ID DIP switch ObjectDictionary MasterNetwork Epos2prce Ce way e ObjectDictionary ObjectDictionary Node ID Software Node ID 127 t in NEE Internal Network StaveNetwork default 127 CAN I CAN S Network ID 2 const Network
101. ional Yalves Inzlinometers Medical Devices Truck Gateways Yarn Feeding Units WVeaving Machines Road construction Machinery Building Door Control Lift control Systems Aaters inrd ules Abbildung 39 Einige Standard CANopen Ger teprofile Quelle CiA Website Wichtig festzuhalten ist dass der Standard in dem Sinne offen ist als es ein gewisses Mass an Freiheit gibt welche der Objekte und der Funktionalit ten vorhanden sein m ssen Damit ein Ger t dem Standard entspricht muss es gewisse Objekte enthalten aber nicht alle Und der Hersteller ist frei zus tzliche Objekte und Funktionalit ten hinzuzuf gen 66 Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 6 4 Das Object Dictionary Tool der EPOS2 internal Lernziele Einen Objektfilter erzeugen Systemparameter im Objektverzeichnis editieren Nehmen wir als Beispiel das Objektverzeichnis der EPOS2 internal Der Motion Control Anwendungsteil ben tzt Angaben aus dem Objektverzeichnis z B die Zielposition als Eingabe um eine Bewegung auszuf hren und schreibt das Resultat z B Zielposition erreicht in dasselbe Objektverzeichnis Auf das Objektverzeichnis der EPOS2 internal kann ber ein Tool im EPOS Studio zugegriffen werden ffne Object Dictionary und setze oben rechts den Active Object Filter auf All Objects Object Dictionary Access isenabled ei SubIn d us 0x00 0x6040 0x00 OR 0x00 OxX605B 0x00 0x605C 0x00
102. ispielsweise die EPOS2 internal auf den Motor und Encodertyp eingestellt Und wir haben gute Tuningparameter f r pr zise Lastbewegung gefunden Analog k nnen die Ein und Ausg nge speziellen Aufgaben zugeordnet werden Best Practice All dies muss im Objektverzeichnis des Slaves festgehalten werden Dazu gibt es grunds tzlich zwei M glichkeiten Konfiguration vor dem Verbinden mit dem Netzwerk indem man beispielsweise die richtige Konfigurationsdatei auf den Slave l dt vgl Kapitel 6 6 Konfiguration beim Programmstart als Teil des Initialisierungsprozesses Die richtigen Parameter werden auf alle Objektverzeichnisse geschrieben Die zweite Alternative hat den Vorteil dass das korrekte Parameterset auch dann eingestellt wird wenn die Slave Hardware ersetzt wurde F r Anwendungen mit vielen Achsen ist dies die bevorzugte L sung Allerdings muss etwas mehr programmiert werden und die Initialisierung dauert l nger 110 Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P In unserem Beispiel haben wir mit einer Achse eine sehr einfache Situation und wir k nnen die I O Konfiguration behalten die wir am Ende von Kapitel 4 eingestellt hatten Sie sollte wie in Abbildung 71 aussehen YO Monitor The EPOSZFW is disabled HW State Digital Input Purpose Mask Polarity Exec Mask Exec Trigger Inactive Digital Input 1 Negative Limit Switch Enabled High Actwe Enabled Rising Edge Inactive Digital Input 2 General
103. itel 5 1 Spezielle Betriebsmodi ohne Pfadgenerator sind Master Encoder Mode wo die Slave Achse den Signalpulsen eines externen Encoders z B demjenigen der Master Achse folgt oder Step Direction Mode wo jeder Befehlspuls einer Schrittmotor Steuerung einem kleinen Drehwinkel entspricht Weitere Details in den Kapiteln 5 2 und 5 3 Schleppfehler Max following error und Position Mode Setze den Max Following Error auf einen Wert der h her ist als der gr sste zu erwartende Positions Schritt Positionsschritte gr sser als der Max Following Error sind nicht zul ssig Der Fehler wird ausgel st sobald die EPOS2 versucht den Befehl auszuf hren da der neue Sollwert d h die Zielposition zu weit von der aktuellen Position d h der Startposition weg ist Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 47 3 4 Profile Velocity Mode Lernziel Eine feste Drehzahl in der EPOS2 einstellen Drehzahlregelung Den Drehzahlverlauf im eingebauten Data Recorder verfolgen Der n chste Betriebsmodus den wir untersuchen wollen ist der Profile Velocity Mode Dabei wird die Motordrehzahl und nicht die Position geregelt Die neue Zielgeschwindigkeit wird mit einer Rampe angefahren oder wenn du willst einem Geschwindigkeitsprofil daher der Name des Modus mit Beschleunigung und Verz gerungswerten die eingestellt werden k nnen Der Profile Velocity Mode erm glicht somit graduelle Drehzahl nderungen Als Ausgangspunkt f r die Erf
104. langaben zu fbInit Da dies ein Funktionsbaustein mit Variablen ist muss er wie eine Variable deklariert werden In der Variablendeklaration erkennen wir dass fbInit eine Instanz des Funktionsbausteins FB_MAIN_Init ist Abbildung 54 Die Deklaration und Definition des letzteren ist neben anderen im Verzeichnis FunctionBlocks der Dateistruktur aufgef hrt O VAR EXTERNAL af Axis AXIS REF Axis defin e5rarteMain MAIN STATE Process S5t estateErrorHandling EH STATE ErrorHandl oErrorDbeteetionEnabled BOOL Enable Err Main ErrorFlag BOOL Error in 3 Main ErrorID DINT ErrorID fr Main ErrorState MAIN STATE Error Stat Axis0 ErrorFlag BOOL AxisO Erro Axis0 Errortode DINT Error Code END WAR VAR GLOBAL END VAR WAR f bStatestandstill Fb5tatePosition5Seqience fbeErrorReactionstandstill P FE MAIN StateStandstill FB MAIN StatePosSequence EB MAIN ErrorBReactionstandstill FELT en ao mte amm Ton e am Coon an TO HTA TAT U mem e a a a Tan Com eanmmn oe 4 a t 9 8 Project SIMPLEMOTIONSEQUENCE 3 2 FunctionBlocks u FBLEH_Error FBD FE_EH_ErrorDetection FED 4 FE_MAIN_ErrorReactionPossequenc FE_MAIN_ErrorReactionstandstill FB S FB_MAIN_ErrorRecovery FBD 9 s FB_MAIN_StatePosSequence FBD FB_MAIN_StateStandstill FBD MM GlobalVariables POE Mr NetworkVariables POE IF PROG_ErrorHandling SFC Si PROG_Main SFC ES Resource WL Si SimpleMotio
105. lgen speichern kann Sie wird ber Einzelbefehle on line kommandiert die vom Master gesendet und unmittelbar ausgef hrt werden Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 35 3 Den Motion Controller erkunden Die Werkzeuge zur Erkundung des Motion Controller findest du im Tools Tab der EPOS2 internal Tools Device Selection EFOSZ Intemal E Tools E Object Dictionary 3 Device Control ES Homing Mode EP Pos woe EE Position Mode Interpolated Position Mode EE Profile Velocity Mode Abbildung 25 Wie man den Profile Position Mode ffnet W hle den Tools Tab dann die EPOS2 internal und doppelklicke Schliesslich auf Profile Position Mode 3 1 Profile Position Mode Lernziele Eine Punkt zu Punkt Bewegung ausf hren Die Bewegung mit dem eingebauten Data Recorder aufzeichnen Der Profile Position Mode ist der Standard Positioniermodus f r die meisten Anwendungen Der Positioniervorgang folgt einem Geschwindigkeitsprofil das automatisch im Pfadgenerator Trajektorien Generator erzeugt wird Der Pfadgenerator arbeitet mit einem Takt von 1 ms angepasst auf die 1 kHz Abtastrate des Positionsregelkreises F r jede Millisekunde wird ein neuer Positions Sollwert Position Demand Value berechnet und in den Positionsregelkreis eingespeist Der erzeugte Pfad ber cksichtigt die Bewegungsparameter Beschleunigung Geschwindigkeit Zielposition Profiltyp und andere 36 Motion Control f r Einsteiger mit
106. lse Move and dwell tbMowel Execute true Axis Azisl Distance 10000 Yelocity 200 Acceleration 40000 Deceleration 40000 If fbMovrel done then fbWait1 IN true PT t 3s end if Set transition flag DoTransMovel fbWaitl G Abbildung 67 Programmcode des Schritts Move Schritt 5 Programmiere die Transition Move TDone Die Transition darf erst ausgef hrt werden wenn fbWaitT abgelaufen ist d h der Output Q auf den hohen Zustand geschaltet hat Schritt 6 Speichern und Check Syntax Best Practice Limitierung der Bewegungsparameter Wenn du Bewegungen programmiierst achte darauf die eingestellten Grenzwerte von Drehzahl Beschleunigung und Position jeder Achse nicht zu berschreiten Diese Grenzen sind im Objektverzeichnis der EPOS2 internal festgelegt Min Position Limit Max Position Limit Max Profile Velocity Max Acceleration Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 103 Testen Wir k nnen nun unser kleines Programm starten und beobachten was passiert Gehe gem ss den Schritten in Kapitel 7 vor 104 Schritt 1 Schritt 2 Schritt 3 Schritt 4 Kompilieren oder Build Active Ressource Klicke auf den entsprechenden Befehl im PLC Men oder den entsprechenden Kurzbefehl Das Resultat der Kompilation sollte ein O error s O warning s sein Klicke auf die Go Online Offline Schaltfl che im PLC Men oder auf den entsprechenden Kurzbefehl Das
107. m ge ffneten Workspace Die Hardware des Projekts ist im Workspace des Navigation Fensters links dargestellt In unserem Fall enth lt das Projekt die EPOS2 P Node 1 was f r das schwarze K stchen als Ganzes steht oder spezifischer f r die SPS darin und die EPOS2 internal welches den Motion Controller Teil repr sentiert Fehler Errors und Warnungen Warnings Da keine CAN Kommunikation eingerichtet ist erscheinen die Warnhinweise CanPassiveError on CAN S Port und CanPassiveError on CAN M Port L sche die Warnungen mittels rechten Mausklicks auf die Status Liste und w hle Clear All Entries Falls weitere Fehlermeldungen und Warnungen erscheinen berpr fe die Verkabelung und die Konfiguration Weiteres zu Fehlern und Warnungen im separaten Dokument EPOS2 Firmware Specification Status Type Node Code Name Description Waming EPOS2P Node 1 0x8120 CAN Passive Error on CAN M Pot CAN M Port changed to state Waming EPOS2P Node 1 8120 CAN Passive Eror on CAN S Port CAN S Port changed to state Abbildung 10 Liste der Fehler und Warnungen im Status Fenster Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P Der Communication Tab Der Communication Tab beschreibt dein Projekt aus Kommunikationssicht Auf dem Schema erkennst du deinen Computer Local host der via USB2 0 mit der EPOS2 P Node 1 verbunden ist Ein interner CAN Bus verbindet die EPOS2 P Node 1 mit dem eingebauten Motion Controller der
108. mmunikations Protokoll das blicherweise auf dem CAN Feldbus aufsetzt CAN deckt die tieferen Kommunikationsschichten ab und hat den Schwerpunkt auf technischen Aspekten w hrend CANopen die Bedeutung der Daten und die Ger te im Netzwerk spezifiziert Anders und etwas vereinfacht gesagt Der CAN Bus beschreibt das Vehikel wie Daten bertragen werden und das CANopen Protokoll sagt was f r Daten bertragen werden CANopen ist ein Standard der von der unabh ngigen Anwenderorganisation CAN in Automation unterhalten und berwacht wird Wir wollen uns hier nicht damit auseinander setzen wie genau Meldungen bertragen und empfangen werden Alles was wir wissen m ssen ist dass CANopen und CAN einen zuverl ssigen und kosteng nstigen Rahmen zur Verf gungstellen um Informationen zwischen Ger ten auszutauschen Einige Einschr nkungen Maximale Anzahl Knoten pro Bus 127 Knoten Maximale Bitrate 1 Mbit s bis 40 m totale Busl nge Alle Knoten m ssen dieselbe Bitrate haben Typische CAN Telegramml nge 100 130 Mikrosekunden bei maximaler Bitrate Die wichtigsten Konzepte mit denen wir uns auseinander setzen m ssen sind das Ger temodell Device Model und das darin enthaltene Objektverzeichnis Object Dictionary Zuerst aber ein paar Worte zu CAN und CANopen Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 61 6 1 CAN CAN steht f r Controller Area Network Dieser Feldbus wurde urspr nglich f r Anwendungen im Automobilbau entw
109. mplitude bei zwei verschiedenen Frequenzen oszillieren Diese Identifikation dient dazu Information ber das dynamische Verhalten des Systems zu erhalten Im n chsten Schritt des Tuning der Parametrisierung werden die optimalen Feedback und Feed forward Parameter berechnet Dies geschieht mittels der Resultat der Identifikation und basierend auf einem allgemeinen Modell des Antriebssystems Die Verifikation am Ende des Autotuning f hrt eine Bewegung aus zeichnet den Strom den Geschwindigkeits und den Positionsverlauf auf und stellt diese in den Diagrammen dar Best Practice Diagramm Zoom 2 Du kannst in die Diagramme zoomen W hle mit der Maus den interessierenden Bereich aus Mit rechtem Mausklick zoomst du eine Stufe zur ck Speichere die neu gefundenen Tuningparameter permanent wenn du den Regulations Tuning Wizard verl sst Die Parameter gelten nun f r alle zuk nftigen Bewegungen Sie sind permanent gespeichert und bleiben auch nach einem Neustart des Systems aktiv Der Autotuning Prozess liefert gute Resultate f r die meisten Anwendungen und dies nur mit einem Mausklick Man braucht nicht ein m hseliges Versuch Irrtum Prozedere oder eine zeitaufw ndige Analyse des aufgezeichneten Antwortverhaltens Und dies denken wir lauft wiederum unter einfach zu bedienen Bemerkung Tuning sollte immer am vollst ndigen System durchgef hrt werden mit der tats chlich eingesetzten Spannungsversorgung und mit allen mechanischen K
110. n Die EPOS2 internal folgt Schritten am Signaleingang Dabei kann man definieren wie viele Encoder Quadcounts einem Schrittimpuls entsprechen Schritt und Drehrichtungssignale k nnen von vielen SPS generiert werden meist um Schrittmotoren anzusteuern Mit einem EPOS2 Motion Controller und einem DC Motor k nnte man einen Schrittmotor samt Steuerung ersetzen z B in Anwendungen wo sich der Schrittmotor als zu schwach oder zu gross erweist Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 59 Step Direction Position Speed Control loop Interpretation Motor with Encoder and Drive Current Control loop Driver Power Amplifier PWM e g 50 kHz Abbildung 34 Schematsche Darstellung des Step Direction Mode Simulation des Step Direction Mode mit I Os Lernziele Den Step Direction Mode einrichten und die digitalen Eing nge zur Simulation f r Schritt und Drehrichtungssignale verwenden Manueller Betrieb ohne serielle on line Kommandierung Schritt 1 Benutze den O Monitor um die digitalen Eing nge 2 und 3 als General Purpose A und B zu konfigurieren Speichere die Parameter Schritt 2 Konfiguriere einen der restlichen digitalen Eing nge als Drive Enable Setze Mask und Exec Mask auf Enabled Schritt 3 ffne das Tool Step Direction Mode und aktiviere den Modus Schritt 4 Gib einen Scaling factor d h um wie viele Quadcounts soll sich der Motor pro Signalpuls auf dem digitalen Eingang 3 weiterbewegen Z B
111. n ben tzt w hrend Echtzeitkommunikation auf den Zustand Operational beschr nkt ist Die Kommunikationseinheit ist f r die Kommunikation mit den anderen Knoten im Netzwerk zust ndig Sie enth lt alle CAN und CANopen Kommunikationsmerkmale Netzwerk Management Informationen empfangen und senden als auch Daten ins Objektverzeichnis schreiben oder von ihm lesen er itie AS PAN IIEEEL A444 Ge 111mm i ii 1 i Object Dictionary e Communication objects Application objects e Proprietary objects e Data types 17777 T CANopen Protocol PDO SDO Sync Time Emcy Network Management Abbildung 36 CANopen Ger teprofil Der Anwendungsteil f hrt die spezifischen Funktionen des Ger tes aus Dies kann ein Motion Controller wie die EPOS2 internal eine programmierbare Steuerung wie die EPOS2 P oder sonst eine Funktionalit t sein Die Anwendung wird ber Parameter und Variablen im Objektverzeichnis konfiguriert und gesteuert Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 63 Objektverzeichnis Object dictionary Das Objektverzeichnis ist das Herz des Ger ts Es verbindet die Welt der CANopen Kommunikation und die Anwendung Die Anwendung ben tzt die Daten des Objektverzeichnisses als Eingangsgr ssen um ihre Aufgabe auszuf hren und sie schreibt die Resultate und Ausgangsgr ssen in dasselbe Objektverzeichnis Andererseits beruht die ganze Kommunikation zwischen Ger ten im CANopen Netzwerk auf dem Dat
112. n der Motoren ersehen kann Der Stromregler schliesslich steuert ber die Endstufe Leistungsverst rker den Motorstrom der zur mechanischen Reaktion des Antriebs f hrt In der EPOS2 hat der Stromregler eine Taktzeit von 0 1 ms oder 10 kHz Dies ist 10 mal schneller als der Positionsregelkreis was bedeutet dass der Strom praktisch sofort da ist wenn er vom Positions oder Drehzahlregler ben tigt wird Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 39 Daten Recorder konfigurieren Das Data Recording ist ein n tzliches Werkzeug um Bewegungen aufzuzeichnen und zu analysieren Es funktioniert ganz hnlich wie ein Speicheroszilloskop Weitere Information findest du im entsprechenden Kapitel des Dokuments Application Notes Collection d maxon Ren i EPOS2 Application Notes di Driver Packages Collection pdf Adobe Adobe Acrobat Document I EPOS USB Driver J EPOS Positioning Controller Ji Epos J EPOSP d EPOS Studio J EPO32 Ji Epas2 p i 01 Setup d 02 Installation Whi 03 Configuration 04 Programming Wii 05 Applications a Application Motes g OpenPC32008 TT Abbildung 28 Wo man die Application Notes Collection findet Im Verzeichnis der maxon EPOS Software Installation Wir wollen den Recorder dazu verwenden den Bewegungen besser folgen zu k nnen Hier findest du wie er Schritt um Schritt konfiguriert wird Schritt 1 Schritt 2 Schritt 3 Schritt 4 Schritt 5 Schritt 6 Schritt 7 40
113. n du nicht ein Standardprojekt wie in diesem Fall hier verwendest 14 Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P Schritt 1 W hle EPOS2 P Project aus der Liste Klicke Next Weiter I New Projet Be lt lt ape Heni Step 1 Introduction Please select a project EPOS P Projet C MCD EPOS Project a EPOS Project Create New Project EPOS2P Project maxon motor driven by precision Abbildung 7 New Project Wizard Schritt 1 Schritt 2 Definiere Pfad und Namen f r dein Projekt oder verwende die vorgeschlagenen Klicke Finish Beenden um ein neues Projekt zu erzeugen O New Project Bee x Step 2 Settings Enter your project name ee Select the path to save your project Path CAFrogram Files amp B6 maxon motor ag EPOS Positionir l maxon motor driven by precision Abbildung 8 New Project Wizard Schritt 2 Wenn alles gut l uft stellt das EPOS Studio eine Verbindung mit der EPOS2 P her Dies erkennt man an den Balken die von links nach rechts in pop up Fenstern erscheinen und anzeigen dass die Parameter der EPOS2 P gelesen werden Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 15 Der Workspace Tab T EPOS Studio 2 00 C Program Files x86 maxon motor ag Ef view Extras Window Help I89G U 398868 EAS Navigation g E _ EPOS2P Project SE EPOS2P Node 1 F EPOSA intemal Abbildung 9 Der EPOS Studio Bildschirm mit de
114. nSequence pdf Abbildung 54 fblnit Oben Deklaration von fblnit als Instanz von FB_MAIN_lnit in der Variablendeklaration des PROG_Main SFC Unten Wo man FB_MAIN_Init FBD im Dateiverzeichnis findet Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 83 Die Datei Extension von FB_MAIN _Init ist FBD was f r Function Block Diagram Funktionsbausteinsprache steht FBD ist eine graphische Programmiersprache im EC 61131 3 Standard In der ge ffneten FB_MAIN Init FBD Datei ist ersichtlich dass diese Sprache stark auf das Aneinanderf gen von Funktionsbausteinen abst tzt Abbildung 55 In diesem Beispiel werden vordefinierte Funktionsbausteine verwendet um einen neuen Funktionsbaustein zu erzeugen Ein Timer Funktionsbaustein TON im IEC 61131 3 Standard enthalten wird aufgerufen sobald die Achse erfolgreich zur ckgesetzt ist Reset MC_Reset ist ein Standard Motion Control Funktionsbaustein der die Fehler l scht und die Endstufe sperrt Disable kain_Init 1 g M m J h Abbildung 55 Programmcode von FB_MAIN_Init FBD Man kann sich Funktionsbausteine als eigenst ndige Module und Unterprogramme vorstellen Funktionsbausteine haben Eingangs und Ausgangsparameter wie man sehr sch n in der graphischen FBD Programmiersprache erkennt Abbildung 55 fbinit ist ein Beispiel eines selbst definierten Funktionsbausteins Es gibt aber viele vordefinierte Funktionsbausteine die man ebenfalls verwenden kann Du f
115. ndet wird Bez ge zu globalen Variablen m ssen im Abschnitt VAR_EXTERNAL END_VAR mit dem Variablennamen Axis1 und dem Typ AXIS_REF deklariert werden Weise keinen Achsnamen zu dies ist schon bei der Deklaration der globalen Variablen erfolgt Deklariere im Abschnitt VAR END_VAR die Instanzen der Funktionsbausteine die wir verwenden MC_ Reset und MC_Power Eine gute Angewohnnheit ist die Instanzennamen mit fb zu beginnen Damit ist klar dass dies Funktionsbausteine sind und nicht gew hnliche Variablen In der n chsten Abbildung ist ein Beispiel Vergiss nicht die Semikolons ans Ende jeder Linie zu setzen Klicke auf den nit Schritt im mittleren Teil des Programmierfensters Im unteren Teil kannst du nun den Programmcode f r diesen Schritt erfassen Es ist ganz einfach Rufe zuerst fbReset auf und sobald dieser Funktionsbaustein fertig ist bestrome die Achse mit fbPower fbReset wird mit einer steigenden Flanke der Input Variable Execute gestartet Sinnvoll ist fpPower erst dann aufzurufen wenn fbReset korrekt beendet ist was am Output Done angezeigt wird Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P Schritt 4 Mittels einer Booleschen Variablen z B DoTranslinit bereiten wir zum Schluss die Transition zum n chsten Schritt vor Erst wenn der Motor bestromt ist d h der Status Output von fbPower auf hohem Niveau soll das Programm mit dem n chsten Schritt weiterfahren Vergiss nicht DoTranslnit als Boolesche Va
116. ng 46 Abbildung 47 Abbildung 48 Abbildung 49 Abbildung 50 Abbildung 51 Abbildung 52 Abbildung 53 Abbildung 54 Abbildung 55 Abbildung 56 Abbildung 57 Abbildung 58 Abbildung 59 Abbildung 60 Abbildung 61 Abbildung 62 Abbildung 63 Abbildung 64 Abbildung 65 Abbildung 66 Abbildung 67 Abbildung 68 Abbildung 69 Abbildung 70 Abbildung 71 Abbildung 72 Abbildung 73 Abbildung 74 Abbildung 75 Abbildung 76 Abbildung 77 Abbildung 78 Abbildung 79 Abbildung 80 Abbildung 81 Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P Der Bildschirm des SimpleMotionSequence Projekts 2 2 76 BUIIG ACHVERESSOUTGE uns aaa 76 Errors und Warnings des Kompiliervorgangs 22224224022200enn nenn nenn nenn nennen T1 Verbindung zur SPS Go Online Offline u02200224002240 nenn nen nennen TT Coldstart des SPS Programms eiorinn eiaa aa a a ia 77 Kurzbefehle im OBENPES un n 78 Das Fenster mit den Projektdateien 2 20202000000000 0000 0nnn ann n nn 179 Die State Machine des SimpleMotionSequence Projekts 80 Die PROG_Main SFC Datei von SimpleMotionSequence unen 81 Programmcode ohne Kommentare des Init Schritts 82 TDINI sans nein 83 Programmcode von FB_MAIN_Init FBD annannannnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnne 84 Catalog der verf gbaren Funk
117. ometer ein und beobachte das Motorverhalten Versuche auch verschiedene Einstellungen des Setpoint Scaling und Setpoint Offset Limitierung und D mpfung der Systemreaktion Du kannst das Systemverhalten d mpfen indem du die Parameter Max Profile Velocity und Max Acceleration oben rechts im Dialogfenster reduzierst Dies ist vor allem bei verrauschtem Analogsollwertsignal zu empfehlen Analoge Positionierung Lernziele Einrichten der analogen Positionsregelung Betrieb ohne serielle on line Kommandierung Ben tze den O Monitor um einen der analogen Eing nge als Position Setpoint und einen der digitalen Eing nge als Drive Enable zu konfigurieren geht nur falls der Antrieb disabled ist 58 Schritt 1 Schritt 2 Schritt 2 Schritt 4 Schritt 5 Schritt 6 Schritt 7 F hre eine Referenzfahrt Homing aus Setze die Home Position auf 0 Wechsle zum Dialogfenster Position Mode und aktiviere den Modus Drehe das Potentiometer auf das Minimum Beobachte die Ver nderungen der Angaben unten rechts im Dialogfenster Gib einen Skalierungsfaktor Setpoint Scaling ein das Verh ltnis zwischen analoger Sollwertspannung und Position z B 2000 qc V Aktiviere das Einlesen des analogen Sollwerts Enable die Checkbox Execution Mask Nach diesen Konfigurationsschritten k nntest du das USB Verbindungskabel ausstecken Wenn du jedoch die Sollwerte die Signale des Potentiometers und die Istwerte auf dem Bildschirm verfolg
118. omponenten Massentr gheiten und Reibeffekten Im Endeffekt wollen wir ja dass die gesamte Maschine optimal reagiert und nicht nur der Motor alleine Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 31 Motion Control a set value 32 actual Feedback und Feed Forward Vorsteuerung PID Feedback Verst rkung PID steht f r Proportionale Integrale und Derivative Regelparameter Sie beschreiben wie das Fehlersignal e siehe Abbildung 22 verst rkt wird um eine geeignete Korrektur zu erhalten Ziel ist es diesen Fehler d h die Abweichung zwischen Sollwert demand value und gemessenem Wert actual value zu verkleinern Kleine Werte der Regelparameter ergeben meist ein weiches Regelverhalten Hohe Werte ergeben eine steifere Regelung mit dem Risiko des berschiessens und bei zu hoher Verst rkung kann das System zu oszillieren beginnen Das kann man leicht selber ausprobieren indem man die Autotuning Parameter von Hand um etwa einen Faktor 5 erh ht Bei Drehzahlreglern wird der Regelkreis gew hnlich mit einem einfachen Pl Algorithmus implementiert F r Positioniersysteme ist ein derivativer Term zus tzlich n tig Die drei Terme k nnen sich wechselseitig beeinflussen und das Verst ndnis f r diese Interaktion ist besonders f r das Feintuning von Positioniersystemen wichtig F r eine optimale Systemleistung m ssen die Koeffizienten Kp K und Kp je nach vorgegebener Bewegung und Lasttr gheit neu e
119. oren ben tigt Diese perfekten Voraussetzungen sind bei unserem Motor erf llt Somit w hlen wir diese Kommutierung und klicken auf Next DE Startup Wizard EPOS2 P Node 1 Step 4 EC Motor Commutation Type Flease choose the Commutation type maxon motor driven by precision Abbildung 15 Startup Wizard Schritt 4 20 Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P maxon EC Motor EC max 100 000 rpm 25 000 rpm EC Apol 2 50 000 rpm 12 500 rpm EC 20 flach EC 32 flach 4 25 000 rpm 6 250 rpm EC i 40 i i EC 60 flach 14 280 rpm 3 570 rpm EC 45 flach 8 12 500 rpm 3 125 rpm EC 90 flach 12 8 330 rpm 2 080 rpm maxon EC Motor Anzahl Max Drehzahl bei Max Drehzahl bei typen Beispiele Polpaare Blockkommutierung Sinuskommutierung Tabelle 2 Maximale Drehzahl von EPOS Systemen mit b rstenlosen DC Motoren als Funktion der Anzahl Polpaare und Kommutierungstyp Beachte dass viele Motoren eine tiefere Grenzdrehzahl haben als was mit Blockkommutierung m glich ist Schritt 5 In Schritt 5 wird festgelegt welchen Feedbacksensor f r Positionierung oder Drehzahlmessung verwendet wird Der Standardsensor f r maxon EPOS Controller ist ein digitaler Inkrementalencoder Wir k nnen denselben Encoder verwenden den wir im vorangehenden Schritt f r die Kommutierung bestimmt haben Somit wiederum nur Next klicken CE Startup Wizard EPOS2 P Node 1 Step 5 Main Sensor Type
120. orschung f hre im EPOS Studio das folgende Bewegungsprofil aus und zeichne die Bewegung auf 48 Schritt 1 Schritt 2 Schritt 3 Schritt 4 Schritt 5 W hle das Dialogfenster Data Recording und konfiguriere den Recorder Aktiviere Kanal 1 2 und 3 Kanal 1 Velocity Demand Value Left Scale Kanal 2 Velocity Actual Value Left Scale Kanal 3 Velocity Actual Value Averaged Left Scale W hle Continuous Acquisition Mode Setze eine Sampling Period von 2 ms und dr cke OK W hle unter Tool das Profile Velocity Mode und aktiviere den Modus Setze eine Target Velocity von 2000 rpm Wenn du eine relativ kleine Beschleunigung w hlst z B 200 rpm s kannst du sehr sch n beobachten wie die Scheibe mit der Motorwelle hochl uft Enable die EPOS2 und starte die Bewegung mit der Schaltfl che Set Velocity Beobachte die Geschwindigkeitssignale auf dem Data Recorder Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P Die Geschwindigkeitssignale im Data Recorder verstehen Wenn du die Geschwindigkeitssignale im Data Recorder betrachtest wirst du ein Bild wie in folgender Abbildung sehen Motion Klar ist die horizontale rote Linie ist der Geschwindigkeits Sollwert von Control 2000 rpm Die schwarze Linie zeigt das Geschwindigkeitssignal des Sensors Es schaut ziemlich verrauscht aus und eine genauere Betrachtung liefert dass es in Schritten von 30 rpm rauf und runter springt Weiter erkennt man eine gewisse Periode das Signal
121. r Folge einfach den Anweisungen des Installationswizards Die Installation umfasst alle n tigen Informationen und Werkzeuge wie zum Beispiel Handb cher Firmware Windows DLLs Treiber die f r die Installation und den Betrieb des EPOS2 P Programmable Positioning Controller n tig sind Das wichtigste Werkzeug ist das EPOS Studio Es ist die Bedienoberfl che f r den vollen Zugriff auf alle Eigenschaften und Parameter des Motion Controller Installation Schritt 1 Setze die EPOS Positioning Controller DVD ins Computer Laufwerk ein Autorun beginnt automatisch Falls nicht suche die Installationsdatei mit dem Namen EPOS Positioning Controller msi mit dem Explorer Doppelklick startet die Installation Schritt 2 Folge den Anweisungen w hrend der Installation Lies bitte jede Anweisung genau Gib wenn gefragt das Arbeitsverzeichnis working directory ein Arbeitsverzeichnis Wir empfehlen das folgende Verzeichnis als Arbeitsverzeichnis C Program Files x86 maxon motor ag Beachte dass der Name des Programmverzeichnisses je nach verwendeter Systemsprache verschieden sein kann Best Practice Schritt 3 berpr fe die neuen Shortcuts und Symbole im Startmenu des Computers Die Dateien wurden ins Verzeichnis maxon motor ag kopiert wo du Zugriff auf das Programm als auch die gesamte Dokumentation hast Klicken auf den EPOS Studio Shortcut auf dem Desktop startet das Programm Schritt 4 Falls n tig Modifiziere oder entferne
122. r mit maxon EPOS2 P Herangehensweise Dieses Lehrbuch verfolgt grunds tzlich eine praktische und eine experimentelle Herangehensweise allerdings in umgekehrter Reihenfolge wie die meisten anderen Statt zuerst die Motion Control Theorie zu erkl ren und diese dann an Beispielen anzuwenden beginnen wir hier mit praktischen Experimentieren an einem maxon EPOS2 P Positioniersystem mit Hilfe der EPOS Studio Software All die relevanten Motion Control Prinzipien und Eigenschaften werden erkl rt wenn sie auftreten Der Text besteht darum zum grossen Teil aus bungen und praktischen Anleitungen Hintergrundinformation findet man in den farbigen K stchen Dies ist prim r ein Lehrbuch ber Motion Control und nicht ber die Programmierung einer SPS Deshalb ist der Teil ber die Programmierung auch als Einf hrung zur Programmierung von Motion Control Aspekten und nicht als vollst ndiger SPS Programmier Lehrgang zu verstehen Motion Control ist Mechatronik die Kombination von Mechanik und Elektronik von Aktuatoren Motoren und Sensoren und alles geregelt und berwacht durch ein Softwareprogramm In diesem Lehrbuch identifizieren und definieren wir die Rolle das Verhalten und die Interaktion der verschiedenen Elemente eines Motion Control Systems Dazu brauchen wir den internen Aufbau und die grundlegenden Arbeitsprinzipien nur beschr nkt zu kennen Nach M glichkeit verwenden wir die Black Box Betrachtung Welche Ausgaben werden f r vorg
123. r den Prozess und zum Speichern von Daten ben tzt werden Variablen m ssen deklariert und einem bestimmten Datentyp wie BYTE oder INTEGER zugeordnet werden Der Standard beinhaltet auch die M glichkeit eigene Typen zu definieren Zum Beispiel kann man Arrays und komplexe Strukturen erzeugen oder wie man in der Datei Usertype typ ersieht Aufz hlungstypen d h Datentypen bei denen die Variablen nur Werte aus einer endlichen Liste annehmen k nnen Startwerte Man kann den Variablen auch Startwerte zuordnen Dies sieht dann wie bei diesen beiden Beispielen aus IntVar DINT 5 BoolVar BOOL False 86 VAR EXTERNAL END VAR WAR INPUT Execute END WAR VAR IN OUT Axis END VAR WAR OUTPUT Done Error ErrorID END VAR VAR TfbReset fbTimer Tb5election END VAR re BOOL Axis REF 1 BOOL i BOOL DINT 14 MC Reset TON E MU Selection Create Instance of MC Reset Create Instance of TON Create Instance of MU Selection Abbildung 57 Die Variablendeklaration des Funktionsbausteins FB_Main_lnit FBD Es sind keine externen Variablen deklariert Die Ausf hrung dieses Funktionsbausteins beginnt mit einer ansteigenden Flanke auf der Input Variable Execute Die Achsnummer wird nach bereinkunft als Input und Output Variable angegeben Die Beendigung des Funktionsbausteins wird ber die Output Variable Done signalisiert Weitere m glic
124. rd gem ss den Task Einstellungen wiederholt vgl Seite 96 Ein Programmzyklus kann beliebig lange dauern liegt aber meist im Bereich einiger Millisekunden 6 6 Parameter Up und Download Das Objektverzeichnis enth lt alle Parameter die ein CANopen Ger t beschreiben Es ist quasi der Fingerabdruck des Ger ts Die Parameterliste kann in einem speziellen elektronischen Datenblatt electronic data sheets Device Configuration File genannt gespeichert werden Parameter Export Somit ist es m glich mehrere Ger te genau gleich zu konfigurieren einfach indem man das entsprechende elektronische Datenblatt in die EPOS2 P hinunterl dt Parameter Import Im EPOS Studio hat es zu diesem Zweck Parameter Export Import Wizards Diese erlauben auch das Zur cksetzen auf die Werkeinstellungen Default Parameter 70 Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 6 7 Kommunikation Die Kommunikation in den unteren CAN Ebenen beruht auf Broadcast Kommunikation Jeder Knoten kann eine Nachricht senden die von jedem anderen Knoten aufgenommen werden kann Um Datenkollisionen zu vermeiden hat jedes Telegramm eine definierte Priorit t Starten zwei Nachrichten zur selben Zeit gewinnt diejenige mit dem tieferen Priorit tswert und wird zuerst bertragen In CANopen ist die Kommunikation in dem Sinne spezifischer geregelt als dass vordefinierte Kommunikationskan le jeder mit einem eindeutigen Priorit tswert beschreiben welcher Knoten der
125. reicht beispielsweise aus einem Fehlerbehebungszustand Die Hauptaktion im Init Schritt ist in einem benutzerdefinierten Funktionsbaustein Function Block namens fblnit versteckt Die letzte IF END_IF Konstruktion organisiert die Transition zum n chsten Schritt Die Transition wird ausgef hrt d h die Variable DoTrans_InitDone wird TRUE falls fbInit korrekt beendet wurde d h falls fbinit done erf llt ist Zusammengefasst Der Code des nit Schritts zeigt einiges an Organisation f r die State Machine und einen Funktionsbaustein fbinit in dem die eigentliche Aktion verborgen ist e5StateMain MAIN Init DoTrans_InitDone FALSE DoTrans StateStandstillDone FALSE DoTrans StatePositionSequenceDone FALSE DoTrans StateStandstillErrorDetected FALSE DoTrans StateStandstillErrorBeaction FALSE DoTrans Error FALSE DoTrans ErrorRecovery FALSE DoTrans StatePosition5SequenceErrorDetected FALSE DoTrans StatePosition5SequenceErrorReaction FALSE okEzecuteStatePosition5Sequence FALSE oFzecuteStateStandstill FALSE fbInit Axis Axzi5s0 Execute oEzecutelnit oFzecutelnit TRUE IF fbInit Done THEN oEzecutelnit FALSE DoTrans InitDone TRUE END IF Abbildung 53 Programmcode ohne Kommentare des Init Schritts geschrieben in der Programmiersprache Strukturierter Text ST 82 Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P Funktionsbausteine Function Blocks Wo finden wir Detai
126. rent Threshold auf 500 mA Schritt 4 Enable die EPOS2 Schritt 5 Starte die Referenzfahrt mit der Schaltfl che Start Homing Schritt 6 Erzeuge eine Stromspitze indem du kurz die Motorwelle mit der Hand blockierst F r die EPOS2 sieht das dann so aus wie wenn der Motor in einen mechanischen Anschlag gestossen w re und die Referenzposition wird detektiert Wiederhole diese bung mit verschiedenen Parametern und versuche Antworten auf die folgenden Fragen zu finden An welcher Stelle bleibt die Scheibe auf der Motorwelle stehen Was ndert wenn du die Homing Methode Current Threshold Negative Speed w hlst An welcher Stelle bleibt die Scheibe auf der Motorwelle stehen wenn du die Homing Methode Current Threshold Positive Speed amp Index w hlst Wenn du ein Homing mit Index amp Index ausf hrst Welcher Unterschied besteht zwischen den Parametern Speed Switch und Speed Index 44 Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P Was bedeutet Referenzfahrt Homing und warum wird sie gebraucht Die Signale von Inkrementalencoder zeigen nur relative Positionsver nderungen Positionsdifferenzen an F r eine absolute Motion Positionierung muss das System zuerst auf eine Nullposition oder Control Referenzposition gefahren werden Dieser Prozess heisst Referenzfahrt oder Homing Alle weiteren Positionen des Mechanismus werden bez glich dieser Referenzposition angegeben Letztere wird meist ber einen induktiven N herungssc
127. renzfahrt wird nat rlich keine Fehlermeldung erzeugt F r die Referenzfahrt kann auch ein eigener Referenzschalter Home Switch mit zugeh riger Funktionalit t verwendet werden Device Enable und Quick Stop In den meisten F llen wird die Endstufe des Controllers ber Befehle vom Programm das den Prozess im Master steuert kontrolliert Die Enable Eingangsfunktionalit t erm glicht das Ein und Ausschalten der Endstufe ber ein externes digitales Signal Eine ansteigende Signalflanke bei high active Polarit t an diesem Eingang wird die Endstufe einschalten Enable eine fallende Flanke wird sie sperren Disable Diese Funktion kann in Situationen n tzlich sein wo man von aussen d h ohne Programm den Motor ausschalten will Aber aufgepasst diese Funktionalit t entspricht nicht einem Not Aus Der Quick Stop funktioniert ganz hnlich aber er stoppt die Achse und h lt die Endposition Der Motor ist noch immer bestromt d h die Endstufe bleibt Enabled Position Marker Der Position Marker Eingang merkt sich die momentane Position an der dieser digitale Eingang aktiviert wird Hier ein typischer Anwendungsfall f r diese Funktion Wenn ein Objekt auf einem F rderband einen bestimmten Punkt passiert z B eine Lichtschranke so wird dies dem Motion Controller ber den Position Marker Eingang signalisiert und die entsprechende Position des F rderbands wird gespeichert Die Prozesssteuerung k nnte nun berechnen um wie v
128. riable zu deklarieren Wenn du willst kannst du den Startwert false zuweisen Es ist aber nicht n tig da dies sowieso der Default Startwert ist Schritt 5 Vielleicht w re es an der Zeit einen Syntax Check aufzurufen VAR EXTERNAL Axzisl AXIS _ REF END VAR VAR GLOBAL END VAR YAR fhFower MC Power fbhReset MC Reset IooTransInit bool false END VAR lm Initbone Init fbReset Axis Azisl Execute true if fbReset done then fbPower Axis Azisl Enable true end if if fbPower status then DoTransInit true end if Abbildung 65 Variablendeklaration und Programmcode des Init Schritts Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 99 100 Best Practice Katalog mit Funktionsbausteinen und Funktionen Wie fr her schon angemerkt findest du die vordefinierten Funktionen FUN und Funktionsbausteine FB im Catalog links auf dem Bildschirm vgl Abbildung 56 Als Programmierer lohnt es sich ein wenig Zeit ins Studium der vorhandenen Funktionen und Funktionsbausteine zu investieren Dies kann dir sp ter viel Zeit sparen Eine Beschreibung der meisten FUN und FB im Catalog erh ltst du durch doppelklicken darauf dies ffnet den entsprechenden Hilfeeintrag Am einfachsten ist es FUN und FB mittels Drag and Drop an die richtige Stelle in den Programmcode einzuf gen Damit erh ltst du auf die Schnelle die gesamte Schnittstelle mit allen Input und Outputparametern Die ni
129. rogrammen gem ss dem internationalen SPS Programmierstandard IEC 61131 3 dem weltweit am weitesten verbreiteten SPS Programmierstandard IEC 61131 3 wird von der Organisation PLCopen entwickelt unterhalten und gef rdert Wenn du diesen Standard kennst musst du nur noch den OpenPCS Editor bedienen lernen wenn nicht wirst du die Grundlagen in den folgenden Kapiteln lernen EPOS Systeme sind CANopen Ger te und als erster Schritt muss das CANopen Netzwerk mit all seinen Eigenschaften im EPOS Studio eingerichtet werden Erst dann sollten wir zur SPS Programmierung schreiten Somit ffne das OpenPCS aus dem EPOS Studio und nicht separat um sicherzustellen dass die gesamten relevanten Informationen der beteiligten Ger te und des CANopen Netzwerks f r die EPOS2 P SPS Programmierung zur Verf gung stehen Beispielsweise m ssen Achsnummern Konfiguration der Ein und Ausg nge und Prozessdatenobjekte PDO bekannt sein F r dieses Kapitel brauchen wir keine besonderen Einstellungen die Standardeinstellungen im Objektverzeichnis des EPOS2 Motion Controller passen sogar mit den Modifikationen die wir in den vorausgehenden Kapiteln vorgenommen haben Stelle nur sicher dass nicht zuf llig ein Eingang aktiviert ist der eine Fehlermeldung erzeugt z B ein Endschalter Somit bleibt uns nur das EC 61131 Programming Tool der EPOS2 P zu starten 7 Object Dictionary BZ 1EC 61131 Programming Network Configuration Command Analyzer
130. s Optimization eii T Friority 1 resource defaults Lancel Abbildung 64 Wie der Task eines Programms eingestellt wird ffne den Resources Dialog w hle Properties im Kontextmen des Programms rechte Maustaste auf MYAXISMOTION Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P Bemerkung SPS Programme laufen zyklisch ab Beim Start eines Durchlaufs werden die Eingangsparameter gelesen am Ende werden die Ausg nge gesetzt Wie lange ein Durchlauf dauert h ngt sehr stark von der Programmiersprache ab und von der Art und Weise des Programmierens Insbesondere die Verwendung von bedingten Anweisungen if then else Konstruktionen case Befehle Spr nge oder Schritte in SFC kann die Menge an Programmcode die abgearbeitet werden muss einschr nken und den Durchlauf beschleunigen Funktionsbausteine Function Block FB Funktionsbausteine sind wahrscheinlich die am meisten verwendeten POUs Sie verhalten sich hnlich wie Unterprogramme FB arbeiten mit ihrem eignen Variablensatz sie haben ein Ged chtnis und m ssen hnlich einer Variable deklariert werden Bilden einer Instanz FB werden mit den Input Schnittstellenvariablen aufgerufen und das Resultat des FB wird in den Output Variablen abgelegt und kann in der aufrufenden POU verwendet werden FB k nnen selber erzeugt werden oder es werden vordefinierte Funktionsbausteine aus Standard Bibliotheken verwendet Standard FB findet man links im Catalog Teil des
131. s Azisl Execute false Reset of Ib5etDigout Reset the axis and Homing rtbReset Axis Azisl Execute i true if fbReset done then rb5etHoming Axis Axzisl Execute true Method 1 Offset 0 Speedswitch 100 5Speedindex 20 Acceleration 500 end if if fb5etHoming done then TtbPower Axis Axisl Enable true end if if fbEPower status then rbHcming Axis Azisl Execute i true Position i 0 end if Wait for DigIn 2 to be activated if fbHoming done then fbReadDigIn2 Axis Axisl Enable true Purp se 14 end if Set transition flag DoTransInit IbReadDigIn 2 state Abbildung 72 Der Init Schritt mit dem Homing dem Setzen der Ausg nge und Lesen des digitalen Eingang 2 114 Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 9 4 Eing nge lesen Wir erweitern unser Programm sodass der Ablauf durch die physischen Eing nge gesteuert wird Nach der Initialisierung soll das Programm warten bis ein digitales Signal am Eingang 2 den weiteren Ablauf freischaltet Auf hnliche Weise soll die Phase der Drehzahlregelung in Schritt Move2 ber eine ansteigende Flanke beim Eingang 2 gestoppt werden und nicht mehr ber die Zeitdauer Hier sind die dazu notwendigen Programmiierschritte vgl auch mit Abbildung 72 Schritt 1 Schritt 2 Schritt 3 Schritt 4 Schritt 5 Schritt 6 Schritt 7 Schritt 8 Deklariere fbReadDigIn2 als Instanz
132. s nach jeder Positioniersequenz Nach dem Programmstart durch den schwarzen Punkt symbolisiert wird die Achse im Initialisierungs State nit zur ckgesetzt d h Fehler werden gel scht wie wir sp ter sehen werden Nach einer Pause von 5 Sekunden erfolgt der bergang Transition zum n chsten State Standstill Standstill setzt die Achse auf Enable und wartet 2 Sekunden bevor die Transition zum State Position Sequence erfolgt In Position Sequence werden die beiden Bewegungen in CCW und CW Richtung ausgef hrt gefolgt von einer Transition zur ck zum State Standstill Im Kapitel 4 des SimpleMotionSequence pdf Dokuments findest du weitere Angaben wie du den Variablenwerten und den States on line folgen kannst und wie du einen Fehler provozieren und das Error Handling beobachten kannst Dies sind aber Themen die wir hier nicht weiter vertiefen Eine Bemerkung bevor wir die anderen Dateien genauer anschauen SimpleMotionSeqguence ist sehr strikt programmiert und um die Programmstruktur und die Hierarchieebenen zu verstehen muss man sich etwas reinknien Dies gilt vor allem f r Personen die sich in der SPS Programmierung mit IEC 61131 nicht auskennen Das Ziel dieses Kapitels ist aber nicht in die Details der Programmierung einzutauchen sondern die Hauptelemente eines SPS Projekts kennenzulernen Programmdateien Was wir als erstes in der Dateistruktur erkennen ist dass ein SPS Projekt mehr als ein Programm enthalten kann Wir
133. sen Zeit in Schritt Move2 Deklariere und verwende eine Instanz des vordefinierten Motion Control Funktionsbausteins MC_Stop genannt z B fbStop zum Anhalten Bemerkung Du K nntest auch eine weitere Instanz des MC_MovevVelocity mit Velocity O rpm verwenden F ge im Schritt Move2 eine weitere Pause hinzu nachdem die Achse zum Stopp gekommen ist Vergiss nicht alle verwendeten Funktionsbausteine im Schritt ResetFB zur ckzusetzen Speichern und Check Syntax Build Active Resource Go Online Offline und Coldstart Beobachte das Verhalten des Motors Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P fbReset fbPower tbMovel fb5peedi Fb5Stop IbWaitl IbWNait2 IbWait3 IbWait4 DoTransInit DoTransMovel DoTransMove2 DoTransResetFB END VAR MoveiDone MC Reset MC Power MC MoveRelative MC MoveVelocity MC Stop TON TON bool Bool bool Bool Reset the transition ilags MovelDone false Set A speed y fbS5Speedi Execute Velocity true Axis Axisl Direction MCnegative 3000 Acceleration 60000 Deceleration If fbSpeedi InVelocity then fbWait3 IN true PT end if Stop the axis If fbWait3 G then fbStop Execute end if If fbStop done then fbWait4 IN true PT end if Set transition flag DoTransMove2 fbWait4 G t58 true Xi Axisl Deceleration 80000 t 1s 60000 Abbildung 70 W
134. setze 200 qc pro Puls dies entspricht bei uns einer zehntel Motorumdrehung Schritt 6 Reduziere die Max Acceleration z B lt 100 000 rpm s um die Systemantwort zu d mpfen und um zu vermeiden dass die Stromversorgung aufgrund des hohen ben tigten Stroms zeitweise in die Knie geht Schritt 5 Enable die Achse mit dem entsprechenden digitalen Eingangsschalter und beobachte wie sich der Motor je nach Stellung des digitalen Eingangs 2 Direction verh lt wenn der digitale Eingang 3 Step bet tigt wird Verfolge die Position im Dialogfenster Teste verschiedene Einstellungen der Parameter im Dialogfenster Weitere Angaben finden sich in Kapitel 5 des Dokuments EPOS2 Application Notes Collection 60 Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P Intermezzo CAN und CANopen Die EPOS2 P ist ein CANopen Ger t oder genauer es sind zwei CANopen Ger te ein IEC 61131 programmierbares Ger t und ein Motion Controller Der Zweck dieses Kapitels ist dich mit den wichtigsten Eigenschaften und den Ideen hinter CANopen Ger ten CANopen Devices vertraut zu machen Damit erh ltst du ein besseres Verst ndnis wie die Kommunikation funktioniert und dies ist f r die sp tere Programmierung n tzlich Allerdings ist dies nur eine Einf hrung und nicht eine volle Beschreibung von CANopen Auf der CiA CAN in Automation Website findest du weitere Informationen www can cia org 6 Eine Einf hrung in CANopen und CAN CANopen ist ein Ko
135. ssegmente anlegt und weiterschaltet Bei Motoren mit B rsten z B maxon DC motor erfolgt die Kommutierung im Motor mechanisch mit Hilfe von Graphit oder Edelmetallb rsten Damit der Motor dreht muss nichts weiter getan werden als die Spannung an den beiden Motoranschl ssen anzulegen B rstenbehaftete Motoren brauchen keinen zus tzlichen Sensor f r die korrekte Kommutierung B rstenlose DC Motoren BLDC z B maxon EC motor haben drei Wicklungssegmente Phasen Die Endstufe des Reglers muss die Versorgungsspannung korrekt an diese drei Phasen in Abstimmung mit der aktuellen Rotorposition anlegen F r die einfachste Kommutierungsart Blockkommutierung genannt wird die Rotorposition mittels dreier digitaler Hallsensoren bestimmt Kurz und ohne in die Details zu gehen sind die Hallsensoren dazu da den BLDC Motor korrekt zu bestromen Allerdings ergeben die Hallsensoren nur wenig Aufl sung und die Blockkommutierung hat ihre Grenzen wenn es um hohen Gleichlauf bei kleinen Drehzahlen geht Eine ausgereiftere Form der Kommutierung ist die Sinuskommutierung Sie ergibt einen hohen Gleichlauf sogar bei den tiefsten Drehzahlen und sogar einen leicht h heren Motorwirkungsgrad Allerdings ben tigt sie zus tzlich die h here Aufl sung eines Encoders als Feedbacksensor Dieser ist aber in Servosystemen mit Positions oder Drehzahlregelung meist sowieso vorhanden Beachte Bei b rstenlosen DC Motoren wird das Feedback f r
136. stem ged mpfter reagiert J Einschr nkende Bewegungsparameter und D mpfung Best Practice Du kannst das Systemverhalten im Position Mode d mpfen indem u du die Max Profile Velocity und die Max Acceleration oben rechts im Position Mode Dialogfenster reduzierst Das bedeutet dass diese beiden allgemeinen Grenzen auch beim Positionieren ohne Profil aktiv sind Grosse Positionierschritte k nnen eine beraus starke Systemreaktion hervorrufen Die ben tigten Str me k nnen sehr hoch werden da die EPOS2 versucht die Zielposition so schnell als m glich zu erreichen Hohe Beschleunigungsstr me k nnen aber die Spannung im Netzger t kurzzeitig zusammenfallen lassen manchmal sogar unter die minimale Versorgungspannung der EPOS2 P was einem Neustart gleichkommt Bemerkung Solche allgemeinen Einschr nkungen sind in allen Betriebsmodi aktiv Sie k nnen zu Fehlermeldungen f hren wenn das Anwendungsprogramm Befehle schickt die im Widerspruch zu diesen Grenzen stehen z B wenn ein Drehzahlprofil eine zu hohe Beschleunigung verlangt 46 Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P Motion Control Positionieren ohne Profil Der Position Mode ist ein n tzlicher Betriebsmodus f r sogenannte Slave Achsen die fortlaufend Positionssollwerte ohne grosse Spr nge erhalten Der Pfadgenerator wird somit nicht ben tigt Ein Beispiel f r einen fortlaufenden Positionssollwert ist eine analoge Sollwertspannung Weitere Details in Kap
137. suche eine Bewegung mit Profile Velocity von 1200 rpm zu starten Setze andere Grenzen und beobachte das Verhalten Maximaler Schleppfehler Maximum Following Error Der Max Following Error ist die maximal zul ssige Differenz zwischen Sollwert und Istwert der Position zu jedem Evaluationszeitpunkt Er l dient zur Sicherheit und zur Bewegungs berwachung Motion Wird der Schleppfehler zu gross ist dies ein Zeichen dass etwas Control schief l uft Entweder kann der Antrieb die erforderliche Drehzahl nicht erreichen oder ist sogar blockiert Allerdings sollte man ein gewisses Mass an Schleppfehler zulassen da ja eine Feedback Regelung nur mit einer Differenz zwischen Soll und Istwert funktionieren kann Verkleinere den Max Following Error somit nicht zu sehr Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 43 3 2 Referenzfahrt Homing Lernziele Eine Referenzfahrt mit Stromschwelle durchf hren Die verschiedenen Parameter kennen die im Homing Mode eingestellt werden k nnen Da wir bis jetzt die Ein und Ausg nge der EPOS2 noch nicht behandelt haben f hren wir eine Referenzfahrt auf einen mechanischen Anschlag aus ohne die Notwendigkeit Schalter anzuschliessen Das Homing mit Endschalter ist im Kapitel 4 beschrieben Folge einfach diesen Schritten Schritt 1 W hle das Tool Homing Mode und aktiviere den Modus Schritt 2 W hle die Homing Methode Current Threshold Positive Speed Schritt 3 Setze den Parameter Cur
138. t Die Einheit der Position ist quad counts qc Die Drehzahl wird aus der nderung der Position pro Abtastintervall berechnet In unserem Fall ist die nat rliche Einheit der Drehzahl quad counts pro Millisekunde Somit k nnen Drehzahlen nur in Schritten von 1 qc ms berechnet werden blicherweise wird dies in die praktischere Einheit rom umgerechnet und angezeigt Die Auswirkung dieser Quantisierung der Drehzahl eines Inkrementalencoders erkennt man sehr sch n auf den gemessenen Drehzahldiagrammen vgl Kapitel 3 4 Beschleunigungs und Bremswerte werden in der praktischen Einheit rpm s angegeben Encoderimpulszahl und Regelungsdynamik Eine h here Encoderimpulszahl N ergibt nicht nur eine bessere Positionsaufl sung sondern verbessert auch die Regelungscharakteristik Feedback Informationen ber Positions nderungen erfolgen schneller und der Regelkreis kann schneller korrigieren Damit kann der Regler steifer eingestellt werden d h mit h herer Verst rkung was das Risiko von instabilen Oszillationen vermindert Bei tiefer Impulszahl und hohen Werten der Regelparameter hat der Antrieb mehr Zeit zu beschleunigen bevor eine R ckmeldung einer Positions nderung d h ein Encoderimpuls auftritt In diesen F llen kann die Endposition berschossen werden und eine Korrektur in die Gegenrichtung wird eingeleitet Dies kann wiederum in ein berschiessen m nden und so weiter Die Bewegung wird instabil und der Antrieb oszilliert
139. t 1 F ge einen Schritt und Transition nach der Transition Move TDone hinzu Schritt 2 Gib dem Schritt einen Namen z B ResetFB und auch der Transition z B ResetFBDone Schritt 3 Programmiere den Schritt ResetFB Setze die FB des vorangehenden Schritts zur ck indem du sie mit Execute false aufrufst Setze ebenfalls die Boolesche Variable f r die vorangehende Transition zur ck Definiere eine Boolesche Variable welche die n chste Transition steuert z B DoTransResetFB Die Transition soll ausgef hrt werden wenn alle Funktionsbausteine zur ckgesetzt sind Schritt 4 Programmiere die Transition ResetFBDone Schritt 5 Modifiziere den Code sodass nur die Bewegung wiederholt wird Setze den Jump auf den Schritt Move Doppelklick auf den Pfeil nach der letzten Transition und ndere den Jump auf Move1 Vergiss nicht in Move1 die Boolesche Variable f r die Transition aus ResetFB zur ckzusetzen Schritt 6 Speichern und Check Syntax Schritt 7 Build Active Resource Go Online Offline und Coldstart Beobachte das Verhalten des Motors Schritt 8 Halte das Programm mit der Stop Schaltfl che an Reset the function blocks and transition flags TbReset Axis Axzisl Execute Talse DoTranslInit false DoTranskesetFBR false Move and dwell TbMovel Execute true Axis Axzisl Distance 10000 Yelocity 200 Acceleration 40000 Deceleration 40000 If fbMovrel done then fbWait1 IN true PT
140. t wurde und welchem Aspekt beim Tuning das meiste Gewicht beigemessen wurde z B kein berschiessen der Position erlaubt oder sehr schnelle Positionierung berschiessen egal 180 0 p mge Maximal following error Ko rt T ji E 160 2 w w TETT ul i i Positi n wihdow time Position window bo ji Position Actual f R ositi n Demand va F E Lk i i 100 009 200 000 300 000 400 000 500 000 oo 700 000 800 000 300 099 1000 009 ti00 000 1200 000 m Position Demand Value TrneBase Ims E Pacitinm ahaa Wale Abbildung 29 Target reached Die Parameter die das Erreichen der Zielposition beschreiben aus dem Dokument EPOS 2 Firmware Specification Die schwarze Kurve zeigt ein berschiessen der Istposition Position Actual Die Zielposition wird als erreicht gewertet und angezeigt Target Reached sobald die Istposition l nger als die spezifizierte Zeit Position window time innerhalb eines definierten Bereichs Position window um den Sollwert Demand value verbleibt Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P Limitierende Parameter bei Bewegungsprofilen Einige allgemeine Parameter die alle Bewegungsprofile einschr nken sind oben rechts im Profile Position Mode Fenster ersichtlich Sie k nnen definiert werden um das System vor ungewollten und gef hrlichen Bewegungen zu sch tzen Setze die Max Profile Velocity auf 1000 rpm und ver
141. te Pause hinzu nachdem die zweite Bewegung abgeschlossen ist Schritt 4 berarbeite im Schritt Move1 die Bedingung f r die Transition Move 1Done Pause 2 muss abgelaufen sein Schritt 5 Setze im Schritt ResetFB die zus tzlichen Funktionsbausteine des vorangehenden Schrittes zur ck Und berarbeite die Bedingung f r die Transition Alle Bausteine m sse korrekt zur ckgesetzt sein Schritt 6 Speichern und Check Syntax Schritt 7 Build Active Resource Go Online Offline und Coldstart Beobachte das Verhalten des Motors 106 Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P fbReset MC Reset fbPower MC Power TbMovel IbMorve2 MC MoveRelative fbWaiti fbWaitrz TON DoTransInit bool false DoTransMorvrel bool Talse DoTranskesetFB bool Talse END VAR Reset the function blocks and transition flags TbReset Axis Azisl Execute false DoTransInit false boTransResetFB false Move forth and dwell fbMovel Execute true Axis Axisi Distance 10000 Velocity 200 Acceleration 40000 Deceleration 40000 If fbMovel done then fbWaitl1 IN true PT t 35 end if Move back and dwell If fbWait1 g then TbMove Execute true Axis Axisl Distance gt 10000 Yelocity 400 Acceleration 40000 Deceleration 40000 end if If fbMove2 done then fbWait2 IN true PT t 1s end if Set transition flag DoTrans
142. tionsbausteine und Funktionen 85 Die Variablendeklaration des Funktionsbausteins FB_Main_Init FBD 86 M gliche Abfolge in AxisMotion u022002240000n0 nenn nenn nenne nenne nenn enenennen 89 Konfiguration der EPOS2 internal als Achse 1 002220022s nennen 90 Ein SPS Projekt Axis_Motion im OpenPCS anlegen 0022422n0 0 91 Eine neue Variablen Deklarationsdatei erstellen u2 0024002400 22000 92 Eine neue Datei erstellen u0200020000000 0000 0nnn anno anno nnnn anne anne anne nennen 94 Wie man die maxon Utilities Bibliothek aktiviert 00240024002n0 Rennen 95 Wie der Task eines Programms eingestellt wird u 002400240 Bene en 96 V ariablendeklaration und Programmcode des Init Schritts 99 Einen Schritt und Transition in SFC hinzuf gen u2 2002220022ne nennen 102 Programmcode des Schritts Move 00222002220020000200000nnonnnn Ran nnenn 103 Die Codes von Schritt Move1 oben und ResetFB unten 105 Der berarbeitete Programmcode von Schritt Move 107 Wie die Programmierung von Schritt Move2 aussehen k nnte 109 Die Konfiguration der digitalen Ein und Ausg nge u0222002enuenenennnen 111 DEFINIE SEHE Reue 114 Eine neue D
143. trag im Objektverzeichnis gelesen oder beschrieben wird Die H lfte des nutzbaren Inhalts wird durch diesen Ballast aufgebraucht SDO ist eine relative langsame Kommunikation und ist prim r f r die Ger tekonfiguration gedacht Da aber typische Achsbewegungen einige hundert Millisekunden dauern gen gt die SDO Kommunikation f r viele Motion Control Anwendungen Wenn allerdings mehrere Achsen eng koordiniert oder synchronisiert werden m ssen muss dies nicht mehr zutreffen PDO und SDO in EPOS Systemen PDO Kan le in EPOS Systemen sind nur zwischen Slaves und dem Master eingerichtet Zwischen Slaves gibt es keine vordefinierten Kommunikationskandle Es hat einen SDO Kanal in jeder Richtung zwischen der EPOS2 P und der EPOS2 internal Es hat 4 PDO Kan le zum Senden und 4 PDO Kan le zum Empfangen von Prozessdaten in der EPOS2 internal Es hat 32 PDO Kan le zum Senden und 32 PDO Kan le zum Empfangen von Prozessdaten auf dem EPOS2 PCAN Slave Netzwerk was bis zu 32 Achsen im Netzwerk erlaubt 12 Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P Teil 3 Die SPS Speicherprogrammierbare Steuerung In Teil 2 haben wir mit Hilfe der EPOS Studio Software den internen Motion Controller erforscht die EPOS2 internal Das EPOS Studio eignet sich f r das Einrichten und Konfigurieren des Systems Dies geschieht durch Einzelbefehle die einer nach dem anderen angewandt werden Es besteht keine M glichkeit eine Befehlsfolge zu senden
144. ung Profile Velocity Mode 48 Velocity Mode 51 E Echtzeit 68 71 Eingang Analoge Eing nge 54 Digitale Eing nge 54 General Purpose 111 126 Eingang Ausgang I O Monitor 53 Electronic data sheet 70 Enable Device Enable 55 126 Enabled 38 Hardware enable 57 Encoder Inkrementalencoder 26 Endschalter 55 126 Endstufe 38 EPOS Studio Kommunikation Tab 17 Tools 18 Wizards 18 Workspace Tab 16 F Fault 56 Feedback 32 Feed Forward 34 Firmware Specification 65 Function 98 Function Block 97 Enable 97 Execute 97 Funktionsbausteine Zur cksetzen 105 129 G Genauigkeit Drehzahl 50 Geschwindigkeit max profile velocity 46 Getriebe Elektronisches Getriebe 59 H Homing 44 Current threshold 44 With index channel 45 I O I O Monitor 53 IEC 61131 3 74 IEC Programmiersprache Ablaufsprache AS SFC 80 Funktionsbausteinsprache FBD 84 Strukturierter Text ST 80 IEC programming language Function Block Diagram FBD 116 Indexkanal 26 Infoteam 74 Installation EPOS Studio 8 Instanz 97 Interpolated Position Mode 95 K Kommunikation 11 Kommutierung 24 126 Block 24 Sinus 24 LED Blaue LED 75 126 gr ne LED 37 rote LED 37 Mask 54 Maske 53 130 Ausf hrungsmaske ExecMask 54 Master 11 35 126 Master Encoder Mode 59 95 MC_ Bibliothek 95 MC_Direction 87 MC _library MC_Home 95 112 MC_MoveAbsolute 95 MC_MoverRelative 95 MC_Movev
145. ungsschema einigen kleinen Kommunikationsprotokollen und einem Anwendungslayer das durch Ger teprofile festgelegt ist Die Kommunikations protokolle unterst tzen das Netzwerkmanagement die Ger te berwachung und die Kommunikation zwischen den Knoten einschliesslich einer einfachen Transportschicht f r die Segmentierung und Desegmentierung von Nachrichten Die unteren Protokoll Level Data Link und physikalische Schichten werden meist als Controller Area Network CAN implementiert obwohl auch andere Kommunikationarten wie Ethernet Powerlink EtherCAT das CANopen Ger teprofil einsetzen k nnen bersetzt aus dem englischen Wikipedia 62 Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P Kurz gesagt ben tzt CANopen den CAN Rahmen um sinnvolle Meldungen zwischen definierten Knoten Devices in einem Netzwerk zu senden 6 3 CANopen Ger teprofil Das CANopen Ger teprofil ist ein zentrales Element von CANopen Es beschreibt wie die Knoten in einem Netzwerk strukturiert sein m ssen Man kann sich ein CANopen Ger t aus drei Untereinheiten bestehend vorstellen einer Kommunikationseinheit dem Objektverzeichnis Object dictionary und dem Anwendungsteil Abbildung 36 von unten nach oben Zus tzlich braucht es eine Zustandsmaschine um das Ger t zu starten und zur ckzusetzen Sie muss die Zust nde nitialisierung Pre operational Operational und Angehalten enthalten Typischerweise wird der Pre operational Zustand zur Konfiguratio
146. unt und alle Einstellungen gespeichert Der EPOS2 P Motion Controller ist nun zur weiteren Erkundung bereit Kapitel 3 erforscht den Motion Controller die EPOS2 internal und benutzt die dazugeh rigen Werkzeuge Tools um die verschiedenen Betriebsmodi zu studieren Kapitel 4 untersucht die Ein und Ausg nge die zum Motion Controller geh ren Kapitel 5 ist optional Es zeigt einige spezielle Betriebsmodi die nicht auf die Online Kommandierung zur ckgreifen Bei uns bernimmt das EPOS Studio die Rolle des Masters Vom Studio aus senden wir Einzelbefehle und andere und verfolgen direkt am Motor und im Studio wie sie ausgef hrt werden Im Moment brauchen wir nichts zu programmieren Einfach spielen Master Slaves und on line Kommandierung Die EPOS2 Motion Controller sind Slaves im Netzwerk und erhalten ihre Befehle von einem bergeordneten System Master genannt Motion Control Master Slave he I READ fe 2 gy q d MPT s gt Abbildung 24 Master Slave Architektur mit EPOS2 Slaves CANopen Im Master l uft das Programm das alle Prozesse und Slaves im Netzwerk kontrolliert Als Master kommt eine SPS ein Computer oder ein Mikroprozessor in Frage Wie die Programmierung des Master Prozesskontrolle bei einer SPS gemacht werden kann zeigt der Teil 3 dieses Buchs Kapitel 7 ff In diesem Teil 2 dient aber das EPOS Studio als Master Software Wichtig anzumerken ist dass die EPOS2 als Slave keine Befehlsfo
147. wieder rauszoomen Rein und rauszoomen funktioniert auch schrittweise Speichere Save und exportiere Export die aufgezeichneten Daten in eine Textdatei txt ASCII die man beispielsweise im Microsoft Excel importieren kann Hinweis Benutze die rechte Maustaste auf dem Diagramm ffne die exportierte Datei mit Notepad und oder Excel Andere Exportformate sind Bitmap oder das spezielle rda Dateiformat Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 41 Motion Control Positioniergenauigkeit In einem gut getunten System werden die Endpositionen bis auf einen Encoder Quadcount qc genau erreicht Sobald die Position um 1 qc neben der Zielposition liegt wird der Positionsregler korrigierend eingreifen Bemerkungen Die Systemreaktion auf Positionsabweichungen h ngt von den Drehmoment und Drehzahlm glichkeiten des Systems von der Reibung und den Massentr gheiten und von den Feedback und Feed Forward Parametern ab Die Regelparameter wurden dabei w hrend des Tuningprozesses auf Grund des Systemverhaltens bestimmt Man erkennt einmal mehr wie wichtig es ist das Tuning auf dem Gesamtsystem durchzuf hren Ein weiterer Aspekt der Positioniergenauigkeit neben diesem eher statischen Verhalten um die Endposition betrifft wie die Zielposition erreicht wird Das Verhalten kann mit mehreren Parametern umschrieben werden wie in Abbildung 29 gezeigt wird Wiederum h ngt das Resultat davon ab wie das System getun
148. zu kopieren mit der Gefahr sie an vielen Stellen ndern zu m ssen k nnten wir die ganze Aktion in einen selbstdefinierten Funktionsbaustein stecken den wir bei Bedarf aufrufen Zur bung programmieren wir den Funktionsbaustein nicht in Structured Text sondern in der graphischen Funktionsbaustein Sprache FBD Function Block Diagram 10 1 Einen Funktionsbaustein erzeugen ffne den Create a new file Dialog im Men File New W hle im Abschnitt rechts Function Block als POU Type und FBD als IEC Language Gib dem Baustein einen Namen z B ShowAkxisState Create a new file Eile Tepe EEr Pou i MIEC Language FOU Type ap Prti Sl C Pragram D Function Block gai Function Block Function E SFI Function g Declarations Eon Bo a Ii gt JE Resources A HS Projects Er u Other r CFC m Page Format a4 LANDSCAPE Black in Function Block Diagram Hame Shawssis tate Abbildung 73 Eine neue Datei erstellen in OpenPCS Hier wird ein Funktionsbaustein erzeugt in der IEC Sprache Function Block Diagram FBD 116 Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 10 2 In Function Block Diagram FBD programmieren Im Folgenden die Schritte zur Programmierung von ShowAkxisState Vieles davon handelt von der Bedienung des FBD Editors Schritt 1 Variablendeklaration des Funktionsbausteins Wie gewohnt wird die Achsnummer als Input Output Variable deklariert Definiere eine Input Variable Ena
149. zziert Move relative e 10 000 qc 200 rpm Initialization Clear Errors e Power up Set speed e3000 rpm e55 Stop Reset Function Blocks Abbildung 58 M gliche Abfolge in AxisMotion Dies dient als Basis zur Programmierung in Sequential Function Chart Die verschiedenen Farben kennzeichnen die verschiedenen Etappen der Komplettierung in den n chsten Kapiteln Motion Control f r Einsteiger mit maxon EPOS2 P 89 8 1 Vorbereitungsarbeiten Lernziele Das System f r die Programmierung vorbereiten inklusive Achsdefinition Anlegen eines SPS Programmierprojekts und Definition globaler Variablen Achsnummer definieren Die Definition der Achsnummer ist entscheidend da sich beim Aufruf die meisten Funktionsbausteine in Motion Control auf diese Nummer beziehen Dieser Abschnitt folgt den Anweisungen wie sie in der Programming Reference Kapitel 4 3 1 beschrieben sind Das Festlegen von Achsnummern ist Teil der Netzwerkkonfiguration Network Configuration und wird im EPOS Studio ausgef hrt Diese Angaben werden sp ter aus dem EPOS Studio ins OpenPCS bernommen Schliesse somit zuerst die OpenPCS Software und folge diesen Schritten um die Achsnummer der internen EPOS2 zu definieren Schritt 1 ffne das EPOS2 P Tool Network Configuration Das dauert seine Weile da einiges an Daten gelesen werden muss Schritt 2 W hle oben links das Netzwerk Internal Network CAN I Schritt 3 Darunter w hle

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