TwinCAT NC 实用教程 Version 2.10版本.pdf

发布时间：2022-06-01 发布人：admin 分类：说明书资料大小：11.40M 资料格式：pdf 举报版权申诉

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自动化新技术 TwinCAT NC 实用教程 Version 2.10 毕孚自动化设备贸易（上海）有限公司广州分公司陈利君 2010 年 11 月本文纯属个人经验，非 Beckhoff 公司正式发行，如有疑问，请直接联系作者

前言进入 2000 年代，中国作为世界制造基地的地位日益确立和稳固，产业机械迅猛发展。随着人力成本的不断升高，提高产业机械自动化程度成为业界的共识。因为伺服驱动系统相对于传统机械中大量使用的气缸、变频电机和步进电机驱动，具有精度高、动态性能好的优点，可以大幅提升整机的生产效率，越来越多的产业机械在关键工序采用伺服驱动。对于国内的工业自动化工程师而言，控制伺服驱动器和电机，成为一门不可回避的必修课。控制伺服驱动器和电机，通常有 3 种方式， A：使用伺服驱动器的厂家的软件工具； B：使用独立于伺服驱动器的第三方运动控制系统；可控制任意伺服驱动器和电机 C：使用 PLC 厂家的运动控制系统。以控制 PLC 厂家的驱动器为主方式 B 可控制任意伺服驱动器和电机，A、B 两种方式都会不同程度地涉及到运动控制系统和 PLC 的通讯，方式 C 不存在通讯问题，但是用户往往受限于使用 PLC 厂家的伺服驱动器和电机。 TwinCAT NC 是德国 BECKHOFF 公司推出的基于 PC 的运动控制软件，结合了方式 B 和 C 的优势，不但实现了 NC 与 PLC 的无缝集成，而且支持几乎所有的伺服驱动器接口：脉冲、模拟量、现场总线和以太网，这意味着用户可以在伺服驱动器和电机的选择上拥有更多的自由。 TwinCAT NC 的另一个优势在于，即使在脱离伺服驱动器和电机的条件下，开发人员也可以在任意计算机上模拟调试自己的 PLC 和 NC 程序。辅以 BECKHOFF 公司提供的示波器软件 Scope View，用户可以观察任意变量的曲线。本书的作者在 BECKHOFF 公司长期从事技术和培训工作，支持了大量的客户和不同的应用，在此将相关的经验和体会整理发布。书中不仅系统阐述了 TwinCAT NC 软件的工作原理、软件模型，而且将工作中遇到的各种应用的知识要点、操作步骤汇集成册，随书光盘中还按章节配有相关例程的源代码和使用说明。TwinCAT NC 软件开发版及 Scope View 工具都可以从 BECKHOFF 公司网站免费下载。本书将使您在运动控制编程方面打下坚实的基础，并带给您编程的自由和乐趣。

0．1 本书读者对象本书的目的是教您如何尽可能快捷地运用 TwinCAT NC PTP 编写有用的程序，并假定您已经熟练掌握了 TwinCAT PLC 编程。为了照顾到初次使用 TwinCAT 的读者，本书的最后一章简单介绍了 TwinCAT 基本操作和调试组态画面的编辑。如果需要更深入的 PLC 编程知识，请到 Beckhoff 官方网站下载相关技术文档。本书适合于以下情况：对于运动控制的初学者。他们选择从 TwinCAT NC PTP 开始学起，这是一个很好的选择！TwinCAT NC PTP 不仅容易学易用，而且功能强大。尤其对于大专院校的学生和暂无实际项目需求的工程师，TwinCAT NC 模拟运行调试无需硬件，软件可免费获得，另一方面，TwinCAT NC 完全兼容 PLC Open 国际标准化组织的运动控制指令，因此，选择 TwinCAT NC PTP 来学习运动控制，不仅节约投资，而且适用面极为广泛。对于曾使用其它运动控制系统，但第一次使用 TwinCAT NC 的初学者。运动控制系统开发过程中常用的功能，在此书中均有详尽的说明。本书将带领着您从最基本的 TwinCAT NC 轴的配置、调试界面，循序渐进，直到 TwinCAT NC 控制程序的编写、调试。曾经使用TwinCAT NC及其它运动控制系统的有经验的工程师。软件方面，不仅介绍了基本的运动控制指令，还详细介绍了从文件装载凸轮表、动态修改凸轮表关键点、位置补偿、收放卷及张力控制、位置外部设定值发生器（External set value generation）等某些特定机械设备常用的功能。硬件方面，本书除了通用的 TwinCAT NC 软件和 AX5000 伺服驱动器带 BECKHOFF 电机的操作之外，还详细介绍 AX5000 带第三方同步及异步伺服电机的调试步骤，以及 TwinCAT NC 带 EtherCAT、CanOpen（DS402）、KL2531/2541 步进电机端子、发脉冲控制、模拟量控制等 5 种硬件接口类型的伺服轴的所需要的特别设置和操作步骤。上述软硬件功能，不是每个项目都会全部用到的。因此，即使是有经验的运动控制工程师，针对特定的软件功能或者硬件接口，也可以从此书获得帮助。 0．2 本书主要内容第 1 章，TwinCAT NC PTP 的系统概述。第 2-3 章，TwinCAT System Manager 中独立于硬件的 Axis 配置和调试界面。第 4-5 章，TwinCAT PLC Control 中独立于硬件的单轴及多轴运动控制程序的编写。第 6-7 章，TwinCAT NC 带 AX5000 驱动器的调试步骤，含第三方同步、异步伺服电机。第 8 章，TwinCAT NC 带 BECKHOFF 公司的 KL2531/2541 步进电机端子的调试步骤。第 9-11 章，TwinCAT NC 带第三方伺服驱动器的 3 种接口类型：脉冲、模拟量和现场总线。第 12 章，TwinCAT 基本操作以及集成组态工具 TwinCAT HMI 的使用 0．3 版本说明

本书所提供的操作截图、程序代码都基于 TwinCAT 2.10 和 2.11。本书所述例程基于 TC_MC.Lib，该库兼容于 PLC Open Motion Control Version1.1。截至目前， PLC Open Motion Control Version2.0 已经发布，Beckhoff 也相应推出了 TC_MC2.Lib。由于 BECKHOFF 公司的 TwinCAT 软件仍然会持续升级和更新，我们不排除后续版本的操作界面会发生变化，而例程中的代码也有可能不适用于后续版本。开发及模拟调试 TwinCAT NC PTP 程序至少需要以下软硬件配置： Windows NT/2000/XP/Vista operating system Intel CPU，586 processor or higher At least 512M RAM 0．4 勘误表尽管我们竭尽所能来确保在正文和代码中没有错误，但人无完人，错误难免会发生。如果您在本书中发现了错误（例如拼写错误或者代码错误），我们将非常感谢您的反馈。发送勘误表将节省其它读者的时间，同时也会帮助我们提供更高质量的信息。请发邮件至 TcNcPtp@Beckhoff.com.cn，该邮箱由作者本人查收，我会检查您的反馈信息。如果是正确的，将在本书的后续版本中使用。 0．5 感谢用户的需求是我们成长的动力，在此感谢以下长期给予我们学习动力的客户：程志远先生中国科学院西安光学精密机械研究所哈尔滨工业大学多智能体与机器人研究中心孔民秀老师震德塑料机械有限公司研发中心张贤宝先生深圳中钧科技有限公司范先国先生中国科学院顺德工业与信息技术育成中心陈冰冰老师广东乳源东阳光铝业股份有限公司机械厂腾世国先生本书的编写得到 BECKHOFF 中国运动控制中心及工程应用部门同事的大力支持，在此特别感谢运动控制中心经理王建成，以及倍福德国总部驱动事业部工程师刁岩斌。同时非常感谢倍福广州分公司我的同事万文博和郭禅禅，没有你们的帮助，我不可能完成这本书。本书的出版受到 ETG 中国代表范斌和倍福技术部经理周耀刚的努力推动，文字校对由倍福市场部程玲完成，作者和读者都应感谢各位的尽心尽力。最后，希望有更多工程师，用 TwinCAT 这个强大的工具，开发出更先进的机器，生产更多更优质的产品。科技，让生活更美好！作者 2010-11-24 于广州

TwinCAT NC PTP 实用教程目录 1 TwinCAT NC PTP 系统概述.....................................................................................................6 1.1 TwinCAT NC PTP 与 TwinCAT PLC 的关系........................................................................7 1.2 TwinCAT NC PTP 控制的轴的类型和数量..........................................................................8 1.3 TwinCAT NC PTP 的控制周期 .............................................................................................9 1.4 TwinCAT NC PTP 的配置、编程、调试............................................................................10 2 TwinCAT NC 轴的配置..........................................................................................................11 2.1 添加一个 Axis......................................................................................................................11 2.2 NC 轴的参数设置................................................................................................................13 2.2.1 Enc 编码器设置................................................................................................................13 2.2.2 Drive 驱动器设置.............................................................................................................17 2.2.3 Ctrl 控制参数设置............................................................................................................19 2.2.4 NC 轴参数的 ADS 信息 ..................................................................................................23 2.3 NC 轴与 PLC 程序的对应...................................................................................................24 2.4 NC 轴的导出和导入............................................................................................................25 2.5 编码器轴 Encoder Axis.......................................................................................................25 2.6 时间轴 Time Generator .......................................................................................................26 3 TwinCAT NC 轴的调试..........................................................................................................27 3.1 Axis 调试界面......................................................................................................................27 3.1.1 General ..............................................................................................................................27 3.1.2 Settings..............................................................................................................................28 3.1.3 Parameter...........................................................................................................................29 3.1.4 Dynamic ............................................................................................................................32 3.1.5 Online................................................................................................................................33 3.1.6 Functions ...........................................................................................................................34 3.1.7 Coupling............................................................................................................................34 3.1.8 Compensation....................................................................................................................35 3.2 使能和点动 ..........................................................................................................................36 3.2.1 准备工作...........................................................................................................................36 3.2.2 使能...................................................................................................................................36 3.2.3 点动...................................................................................................................................37 3.3 Function 测试 .......................................................................................................................38 3.4 调试动态性能 Dynamics .....................................................................................................39 3.5 齿轮联动 ..............................................................................................................................40 3.6 凸轮联动 ..............................................................................................................................41 3.6.1 Cam Table 示例.................................................................................................................41 3.6.2 安装 Cam Design Tool......................................................................................................41 3.6.3 编辑 Cam Table 表............................................................................................................41 3.6.4 载入 Cam Table 表............................................................................................................46 3.6.5 准备运行 Cam Table 表....................................................................................................47 3.6.6 在 Scope View 中观察 Cam 运行情况.............................................................................48 3.7 位置补偿 ..............................................................................................................................51 - 1 -

TwinCAT NC PTP 实用教程 3.8 飞锯 ......................................................................................................................................53 4 编写 NC 单轴控制的 PLC 程序 ............................................................................................54 4.1 准备工作 ..............................................................................................................................54 4.1.1 引用引用 TcMc.lib............................................................................................................54 4.1.2 声明 PLC_TO_NC 及 NC_TO_PLC 类型的变量...........................................................54 4.1.3 PLC 程序说明...................................................................................................................55 4.2 轴的管理 ..............................................................................................................................56 4.2.1 使能 MC_Power...............................................................................................................56 4.2.2 复位 MC_Reset................................................................................................................57 4.2.3 读取当前位置 MC_ReadActualPosition.........................................................................57 4.2.4 设置当前位置 MC_SetActualPosition ............................................................................57 4.3 轴的动作 ..............................................................................................................................58 4.3.1 匀速运动 MC_MoveVelocity ...........................................................................................58 4.3.2 绝对定位 MC_MoveAbsolute ..........................................................................................59 4.3.3 相对定位 MC_MoveRelative ...........................................................................................59 4.3.4 点动 MC_Jog ....................................................................................................................60 4.3.5 停止 MC_Stop ..................................................................................................................61 4.3.6 模长内定位 MC_MoveModulo........................................................................................61 4.3.7 重置目标位置和速度 MC_NewPosAndVelo ..................................................................63 4.3.8 重置目标位置 MC_NewPos.............................................................................................64 4.4 寻参 MC_Home ..................................................................................................................64 4.4.1 可选的寻参方式...............................................................................................................64 4.4.2 寻参过程...........................................................................................................................65 4.4.3 几种寻参方式的比较.......................................................................................................66 4.4.4 寻参功能块 MC_Home ....................................................................................................68 4.4.5 寻参的速度.......................................................................................................................69 4.4.6 参考点的位置...................................................................................................................69 4.5 位置外部设定值发生器（External set value generation） ................................................70 4.5.1 MC_ExtSetPointGenEnable..............................................................................................70 4.5.2 MC_ExtSetPointGenDisable.............................................................................................71 4.5.3 MC_ExtSetPointGenFeed .................................................................................................71 4.6 位置补偿 ..............................................................................................................................73 4.6.1 MC_MoveSuperImposedExt.............................................................................................73 4.6.2 适用位置补偿的场合.......................................................................................................74 4.7 TwinCAT NC 全闭环控制. ..................................................................................................78 4.8 从 PLC 程序修改 NC 轴的参数设置..................................................................................82 4.9 轴的状态函数 ......................................................................................................................84 5 编写 NC 多轴联动程序 .........................................................................................................86 5.1 电子齿轮 ..............................................................................................................................86 5.1.1 齿轮耦合...........................................................................................................................86 5.1.2 齿轮解耦...........................................................................................................................87 5.2 电子凸轮 ..............................................................................................................................89 5.2.1 凸轮表 Cam Table............................................................................................................89 5.2.2 凸轮表的耦合与解耦.......................................................................................................89 - 2 -

TwinCAT NC PTP 实用教程 5.2.3 扩展凸轮耦合...................................................................................................................90 5.2.4 凸轮缩放...........................................................................................................................92 5.2.5 凸轮在线修改的激活模式 ...............................................................................................92 5.2.6 凸轮缩放的模式...............................................................................................................94 5.2.7 从文件装载凸轮表...........................................................................................................96 5.2.8 修改凸轮表的关键点.......................................................................................................97 5.3 收放卷及张力控制 ..............................................................................................................98 5.3.1 功能块...............................................................................................................................98 5.3.2 张力控制的原理框图.......................................................................................................99 5.4 万能飞锯 ............................................................................................................................101 5.4.1. Interfaces 接口 ...............................................................................................................102 5.4.2. 速度同步.........................................................................................................................102 5.4.3. 位置同步.........................................................................................................................103 5.4.4. 在 PLC 程序中实现飞锯功能........................................................................................103 5.4.5. 同步模式.........................................................................................................................106 5.4.6. 飞锯同步特征值 FlyingSawCharacValues.....................................................................107 6 TwinCAT NC 控制 AX5000.................................................................................................110 6.1 AX5000 功能介绍..............................................................................................................110 6.2 AX5000 接线说明..............................................................................................................110 6.3 在 System Manager 中配置和调试 AX5000.....................................................................111 6.3.1 安装 AX5000 配置工具 .................................................................................................111 6.3.2 更新 Firmware ................................................................................................................111 6.3.3 Drive Manager 界面介绍................................................................................................111 6.3.4 扫描 AX5000 ..................................................................................................................113 6.3.5 配置 AX5000， ..............................................................................................................116 6.3.6 配置 TwinCAT NC 轴。.................................................................................................117 6.3.7 AX5000 的工作模式 OP Mode ......................................................................................120 6.3.8 AX5000 的 Process Data.................................................................................................122 6.4 从 PLC 程序中访问 AX5000 的参数 ...............................................................................122 6.5 从 PLC 程序控制 AX5000 硬件动作。............................................................................122 6.6 AX5000 的 PID 参数调整。 .............................................................................................123 6.6.1 准备工作.........................................................................................................................123 6.6.2 在 Scope View 中设置监视的变量................................................................................127 6.6.3 AX5000 速度环调节 ......................................................................................................128 6.6.4 AX5000 位置环调节 ......................................................................................................133 6.6.5 保存调试结果.................................................................................................................139 7 AX5000 带第三方电机 .........................................................................................................140 7.1 第三方同步电机 ................................................................................................................140 7.1.1 准备电机文件.................................................................................................................140 7.1.2 扫描 AX5000 驱动器 .....................................................................................................141 7.1.3 选择电机类型.................................................................................................................142 7.1.4 校正磁偏角.....................................................................................................................145 7.1.5 将磁偏角的校正结果手动输入 Startup List..................................................................146 7.1.6 检查磁偏角设置值与实际值的偏差 .............................................................................149 - 3 -

TwinCAT NC PTP 实用教程 7.1.7 导出电机参数文件（可选） .........................................................................................150 7.2 同步电机调试中的其它注意事项（可选）.....................................................................151 7.2.1 接线.................................................................................................................................151 7.2.2 如何确定编码器极数? ...................................................................................................151 7.2.3 如何确定电机极对数? ...................................................................................................151 7.2.4 松开抱闸.........................................................................................................................152 7.2.5 编码器类型与磁偏角的关系 .........................................................................................152 7.2.6 关于几种反馈类型.........................................................................................................152 7.2.7 编码器与电机的方向一致性 .........................................................................................153 7.2.8 Commutation 的原理:.....................................................................................................153 7.2.9 直流母线电压和电压常数 .............................................................................................153 7.3 第三方异步电机 ................................................................................................................154 8 TwinCAT NC 通过 KL2531/KL2541 端子模块控制步进电机 ..........................................162 8.1 KL2531/KL2541 功能介绍................................................................................................162 8.2 使用 TwinCAT NC 控制之前的准备工作 ........................................................................163 8.2.1 KL2531/KL2541 的接线 ................................................................................................163 8.2.2 参数设置.........................................................................................................................164 8.3 脱离 PLC 及 NC 测试硬件................................................................................................168 8.4 在 System Manager 中配置 KL2531/3541 类型的轴 .......................................................169 8.4.1 TwinCAT NC Axis 设置..................................................................................................169 8.5 使用 TwinCAT NC 控制步进电机轴 ................................................................................174 8.6 从 PLC 程序访问 KL2531/3541 的参数...........................................................................174 8.6.1 KL2531/KL2541 的 Process Data...................................................................................174 8.6.2 功能块 FB_RegisterComKL25xx...................................................................................174 8.7 专用功能块 MC_PowerStepper.........................................................................................175 9 第三方驱动：经脉冲输出模块 KL2521..............................................................................177 9.1 KL2521 功能介绍 ..............................................................................................................177 9.2 硬件准备 ............................................................................................................................177 9.3 KL2521 参数设置 ..............................................................................................................178 9.4 驱动器参数设置 ................................................................................................................179 9.5 调节驱动器的速度环 PID .................................................................................................179 9.6 在 System Manager 中配置 KL2521 类型的轴 ................................................................180 9.6.1 编码器设置.....................................................................................................................180 9.6.2 驱动器设置.....................................................................................................................180 9.6.3 NC 轴参数设置 ..............................................................................................................181 9.7 使用 TwinCAT NC 通过脉冲输出模块控制第三方伺服.................................................181 9.8 KL2521 的参数化 ..............................................................................................................181 10 第三方驱动：CanOpen（DS402）......................................................................................182 10.1 CanOpen(DS402)介绍........................................................................................................182 10.2 硬件准备 ............................................................................................................................182 10.3 驱动器参数设置 ................................................................................................................182 10.4 在 System Manager 中配置 CanOpen(DS402)类型的轴..................................................183 10.4.1 轴的类型设置.................................................................................................................183 10.4.2 扫描或添加 CanOpen 主站及从站. ...............................................................................184 - 4 -

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