普通PLC实现ECam电子凸轮运动控制

TM241等普通PLC实现电子凸轮功能/CNC

第三方库使用指南

1，本方案的特点2

2，软件，硬件要求2

3，软件组态3

4，驱动配置8

5，软件参数配置9

6，软件功能块FB编程（完全兼容Softmotion FB功能块）16

7，Zx FB功能块与Softmotion FB功能块的等价关系16

8，CNC功能块简介21

9，电子凸轮同步功能22

10，超级主轴24

11，使用zAx.Mech.lrFollowGain（跟随增益）消除/降低跟随误差（Following Error）25

12，掉电保存位置功能块26

13，附录：如何添加库文件27

14，常见问题及对策：30

1，本方案的特点

本方案使用普通的PLC，通过软件算法，实现伺服运动轨迹规划，通过Can总线控制伺服进行同步运动，使得伺服驱动器减少了运动轨迹计算，从而提高伺服的稳定性（以LXM28为例，通过上位机发送同步位置，不会一些莫名其妙的问题。如，定位信号完成done，该来不来，来了又不消失，或者，出现严重滞后等。这些都是因为驱动器在运算轨迹路径的过程中，出现抖动，或者响应慢。另外，done信号还需要通过Can传输给PLC，这也会导致信号延迟太大。而采用同步控制，路径规划计算放在PLC内部，降低了驱动器的负荷，有效改善了类似情况的发生）。同时，使用同步控制伺服，可以提高伺服的使用效果。即使是控制伺服走PTP，也可以非常方便的实时修改ACC,DEC等参数，可以中途修改路径终点，可以非常方便的实现S曲线，减少伺服对机械的冲击，降低设备运行噪音，提高设备性能，使用寿命，提升设备档次。

基于以上特点，市面上，凡是有同步运动功能的硬件，价格都比较昂贵。而该方案使用普通PLC的硬件，价格优势十分明显。LMC058价格几乎是TM241CEC24x3倍！而CPU性能几乎一样。这对价格敏感的客户，很尴尬。一方面，设备要求不高，没有必要使用高速高性能的运动控制器，另一方面，入门级的运动控制器，价格又不低。国产的运动控制器，价格也不便宜。而且，品牌影响力不高，尤其是出口机器。

另外，可以有效扩展运动控制器的同步轴数，比如LMC058的Canopen接口，TM262Lx5，可以增加TMSCO1模块，扩展Can接口，扩展非SERCOSIII同步轴。

2，软件，硬件要求

编程平台：Somachine V43，ESME V11

添加ZxMcLib电子凸轮库（或ZxRobotLib CNC库）文件（详细见文章后面附录）

TM241,TM251,TM258,LMC058，M262+TMSCO1等，具有CanOpen接口或PTO接口

具有Can接口的伺服,如LXM32A,LXM28A，并且支持IP（插补）或CSP（循环同步）模式。要求不高的场合，可以使用脉冲接口伺服，如LXM23D,LXM26

完全兼容Softmotion功能块，Zx-FB的状态位，故障信息，Help，完全与对应的MC_FB保持一致。原来的编程知识是重要的知识积累，得到很好的保持

性能表现（以全部做电子凸轮同步为准）：

以TM241CEC24T为例 

4轴凸轮同步，同步时间在2-4ms，若程序量较大，可以放大到6ms。

8轴凸轮同步，同步时间在4-6ms，若程序量较大，可以放大到8ms。

以LMC058为例

2个Can总线接口，都可以实现凸轮同步控制，理论上，同步轴数可以翻倍,当然还受限于CPU计算能力，会牺牲部分同步时间性能

以TM262+TMSCO1为例 

由于CPU性能比TM241提高4-7倍，理论上，可以驱动更多的同步轴（还要综合考虑Can总线负荷）

需要编码器做主轴时：增加高速计数模块 TM3XHSC202

各个PLC平台综合比较

从CPU性能，是否自带Can总线接口，是否自带HSC编码器接口，是否自带PTO接口（PTO可带脉冲凸轮伺服，或接伺服，或接步进），自带IO数量等综合因素来看，TM241CEC24x是性价比最高的硬件平台

有没有同步轴数限制？

以TM241CECx为例，其Can接口最大从轴数量为63轴，如果启用同步功能，最大同步时间可以设置很大，但是同步性能会很差。故，一般设置10ms以内的同步时间周期为好。受此限制，Can总线同步轴数最大约10轴左右（PTO可以额外控制脉冲凸轮同步最大4个轴）。如果对同步性能要求不高，则可以驱动更多的同步轴。

PTO同步轴特点

使用PTO做凸轮控制，可以接任何普通的具有脉冲接口的伺服，或者步进，成本低廉，对性能要求不高，又需要做同步运动的机器，有很好的契合度。比如：枕式包装机，口罩机。针对这种机器，甚至可以选择TM241C40X等没有Can接口的PLC，直接用PTO控制4轴以内的同步驱动，可以进一步降低成本。另一方面，TM241的PTO脉冲频率上限为100KHz，在规划曲线时，要充分考虑，不要超过此限制。伺服设置上，可以通过增加电子齿轮比来提高脉冲频率对应的伺服转速，可以有效避免此缺陷。

3，软件组态

确定总线任务周期：单位：S（一定要匹配下面（小节3-3）SDO中的设置）否则：出现电机顿挫现象，而且给定参数-实际参数不一致。如：给定速度100，实际速度可能或者高一些，或者低一些

配置Can总线

配置同步总线

添加LXM28A驱动器普通的EDS文件，

推荐版本：SELXM28_017528E.eds

配置驱动器

1.添加SDO（16#1006/16#60C2一定要匹配gcrCycletime）否则：出现电机顿挫现象

2.配置R-PDO

3.配置S-PDO

4，驱动配置

建立轴参数结构体：zAx

建立主轴编码器

添加一个HSC，修改名称“MasterEncoder”

5，软件参数配置

编码器配置（注意：一定要将ZxEncToAxis，ZxDrive，eCam放在程序的前面，保证上电第一时间能够初始化，否则程序会Crash！！！）

跳出对话框 

CanOpen总线伺服驱动配置（注意：一定要将ZxEncToAxis，ZxDrive，eCam放在程序的前面，保证上电第一时间能够初始化，否则程序会Crash！！！）

跳出对话框 

相当于LMC058里面的下列参数

PTO脉冲伺服驱动配置

升级版本的ZxDrive_PTO功能块，增加了对PTO脉冲频率是否超过限制的判断：

如果使用CFC编程，注意指令执行的先后顺序，确保ADR(PTO_X)得到最先执行！否则程序会Crash，并跳出弹窗，提示“xxx无源代码。。。” 

第一个式子，尽量降低PLC脉冲输出频率。

第二个式子，尽量提高P1-44/P1-45

简单核算脉冲是否合适公式：

如果伺服噪音比较大，可通过设置适当的脉冲滤波来进行平滑，降低噪音。

以LXM26/LXM28为例，设置以下参数

6，软件功能块FB编程（完全兼容Softmotion FB功能块）

建立Motion程序

建立主轴编码器对象（详细见4-1）

建立轴对象实例（结合3-1，4-2）并在程序中调用

相当于CanMotion下面的马达对象

程序调用

7，Zx FB功能块与Softmotion FB功能块的等价关系

使能ZxPower

轴寻原点ZxHoming

轴复位ZxReset

轴设定位置ZxSetPostion

轴停止ZxStop

轴走速度模式ZxMoveVelocity

轴走相对定位ZxMoveRelative

轴走绝对定位ZxMoveAbsolute

轴走二次定位ZxMoveAdditive

轴暂停ZxHalt

轴点动ZxJog

轴寸动ZxInch

8，CNC功能块简介

通过读取Circle.txt文件，实现圆轨迹CNC功能

SMC_ReadNCFile1:ZxRobotLib.SM3_CNC.SMC_ReadNCFile := (sFileName:= 'circle.txt');

9，电子凸轮同步功能

建立凸轮曲线：建议使用LMC058的项目中的Cam编辑器，辅助设计凸轮曲线

定义电子凸轮对象及相关变量（注意：一定要将ZxEncToAxis，ZxDrive，eCam放在程序的前面，保证上电第一时间能够初始化，否则程序会Crash！！！）

注意：如果遇到编译出现“未知数据类型”错误，在数据类型前面加前缀：ZxMcLib。

其他如：  

调用ZxCamTableSelect，ZxCamIn使用凸轮曲线

脱开凸轮曲线ZxCamOut

电子齿轮编程

10，超级主轴

使用2个主轴，来控制一个从轴。可以用ZxSuperAxis功能块来实现此应用。此时会生成一个Axis，此轴受到2个主轴的控制，Axis再作为其他轴的主轴。

11，使用zAx.Mech.lrFollowGain（跟随增益）消除/降低跟随误差（Following Error）

轴的实际位置与给定位置的差值，就是跟随误差

Following Error=fActPosition-fSetPosition。产生的原因有以下几个：

1，信号传输的滞后，总线发送给定位置到伺服，有时间滞后t1

2，伺服执行动作需要时间，有时间滞后t2

3，伺服把当前位置传输给控制器，有时间滞后t3

二者关系如下图，通常情况下，fActPosition总是小于fSetPosition

如何消除/降低这个滞后？可以使用zAx.Mech.lrFollowGain（跟随增益）

当把lrFollowGain=1.65，速度=200rpm时，FollowingError=-0.32°

当把lrFollowGain=1.65，速度=3000rpm时，FollowingError=-3.56°

12，掉电保存位置功能块

使用说明

1，上电后，ZxPower功能块的输出作为使能信号，给ZxKeepAxPosition

2，掉电后，伺服电机旋转总距离不要超过±1/4编码器最大范围(多圈编码器为4096圈：<±1024圈)

ZxRestoreAxPos = TRUE --> 恢复位置正常

ZxRestoreAxPos = FALSE --> 恢复位置错误

具体错误信息如下

iqsResult:

'BadNVRam'RAM存储器损坏

'OutOfWindow'位置超出允许范围

'BusNG'总线故障

'CheckSumErr'校验错误

'RestoreAxisPosReadError'读取轴编码器位置错误

13，附录：如何添加库文件

找到Devices中的Library Manager，点击Library repository

如下依次操作

关闭当前窗口，返回到Library Manager界面，选择Add library

选中相应的Company目录，比如ZxMotionControl，显示该目录下所有的库文件

选中相应的库文件，点击OK，返回到Library Manager界面，即可看到加载好的库文件。现在，就可以正常使用该库文件了。

该库文件为授权使用，未经授权，可以运行2小时。2小时后，重启可以继续运行2小时。

若需要CNC功能，需要添加另外的功能库Zx_Robot_MotionControl_Vx1.9.3.xxxxx.compiled-library

14，常见问题及对策：

注意：

A:一定要将ZxEncToAxis，ZxDrive，eCam曲线数据等，放在程序的前面，保证上电第一时间能够初始化

B:先定义zAx结构体，使用zAx结构体之前，一定要结合对应的ZxDrive使用，具体见5-2

C:如果使用CFC编程，注意指令执行的先后顺序，确保ADR(PTO_X)得到最先执行！

否则程序会Crash！！！弹出对话框“没有有用的源代码”  

注意：

如果遇到编译出现“未知数据类型”错误，在数据类型前面加前缀：ZxMcLib。如：

总线设备Optional Device选项对总线的影响

选中：上电时，该设备掉线，不影响其他Can设备的正常工作

不选中：上电时，该设备掉线，其他Can设备会受到影响，比如伺服，无法使能

什么样的伺服驱动器可以实现Cam同步功能：

1.支持IP模式，即：Interpolation Positon Mode

2.支持CSP模式，即：Cyclic Synchronous Position Mode

IP与CSP模式的区别

相同点：从使用角度来说，二者没有本质区别。都可以实现Cam凸轮同步功能

不同点：R_PDO配置：

IP模式映射16#60C1_01

CSP模式映射16#607A_00

PDO映射区注意事项，起始地址使用（RPDO:16#1400,TPDO:16#1800）

在使用LXM23A的过程中，遇到报警AL113（同步时间错误），按下图处理

如何实现“凸轮开关”

该FC比“凸轮顶杆”（ZxDigitalCamSwitch）简单易用

例子：

切换曲线时，ZxCamIn.StartMode尽量使用absolute，可以有效降低切换时的过冲现象。

使用ZxGearIn时，如果该轴一直朝一个方向运行，最好改成“线性轴”，即：uiMoveType=1，否则容易出现跳变，LXM28报警AL520“位置偏差过大”

更改Cam曲线的最后一点的dY值，比如

XCamPoint[0].dX:=0;

XCamPoint[0].dY:=0; 

XCamPoint[1].dX:=360;

XCamPoint[1].dY:=360;

该凸轮曲线的最后一点为XCamPoint[1].dY:=360，根据工艺需要修改为270，为了避免电机突跳，应该使用ZxCamIn.EndOfProfile来触发ZxCamTableSelect，同时用ZxCamTableSelect.Done触发ZxCamIn。

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