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          通用測試培訓平臺

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          產品描述
            伴隨著科技的發展,測控測量技術越來越廣泛地應用于航空航天、汽車、加工制造等行業產品的設計、研發和生產等場合。Beckhoff采用現代測控技術新理念,以PC為載體,搭載基于EtherCAT高速以太網通訊協議和功能的IO模塊,實現信號的高速采集和控制。該方法具有采樣速度快,精度高,安裝布線簡單靈活,并具有更好的開放性和系統擴展性能。其中由Beckhoff所研發并主推的EtherCAT協議,是開放的實時以太網通訊協議,它不僅為系統的實時性能和拓撲的靈活性樹立了新的標準,更重要的是降低了系統的應用成本。EtherCAT協議還包括高精度設備同步,可選電纜冗余和功能性安全協議,其開放源代碼、高性能等特點使其在工業測控行業的應用越來越成熟。Beckhoff基于EtherCAT的開放式測控系統由TwinCAT軟件、PC、EtherCAT IO組成。
            根據用戶項目需求,需要建立一套基于Beckhoff PC控制及自動化新技術的學習平臺,該平臺涵蓋Beckhoff主要硬件和軟件產品,可用于通訊、數采、軸控、插補等多項功能。該平臺可以測試BECKHOFF 的EL系列模塊,KL系列模塊,EP系列模塊,EtherCAT伺服,也可以在運行BECKHOFF的CNC功能。除此之外,該測試平臺作為培訓平臺,方便用戶學習和使用BECKHOFF的相關產品,驗證多項功能及生產用備件儲備。
           
            1.1測試培訓平臺框架
            測試培訓平臺系統框架如下圖1.1所示,主要包含以下部分:多觸點面板、Beckhoff控制器、以太網交換機和被測模塊(EL模塊、KL模塊、EP模塊)、PLIZ控制器及其模塊、力士樂伺服驅動及電機組成。
            1)Beckhoff主控制器采用C6920-0030工控機,其硬件配置如下:
            a)主控參數:Inter Celeron 1.9G,雙核CPU,320G硬盤。
            b)軟件:TwinCAT 2版本,涵蓋PLC邏輯控制、NC運動控制、NCI插補、CNC 多通道插補功能。
            2)IO模塊:EL模塊、KL模塊、EP模塊。
            3)PLIZ控制器:3000系列PLC和4000系列PLC;
            4)力士樂伺服驅動器:HCS01.1+MSK伺服電機。
           
          產品
          圖1.1測試平臺測試架構圖
           
            1.2測試培訓平臺功能框架
            測試培訓平臺安裝完畢之后如圖1.2所示,。該測試平臺的測試功能主要分為以下四個部分:EL模塊測試、KL測試、EP模塊測試、通訊測試和伺服測試。其中,EL模塊與EP模塊控制器之間采用e-Bus總線通訊,KL模塊和控制器之間采用k-Bus通訊;PLIZ控制器和Beckhoff控制器通過DP協議交換數據;力士樂伺服為EtherCAT伺服,通過Bechoff主控制器進行控制。
           
          產品
          圖1.2試驗平臺實物圖
           
            2詳細測試方法
            2.1EL模塊測試方法
            EL模塊與Beckhoff主控制器C6920之間走e-Bus通訊協議,通過EtherCAT耦合器EK1100銜接。該系列模塊主要包括EL1008(數字量輸入模塊)、EL2008(數字量輸出模塊)、EL3162(模擬量輸入模塊)、EL4004(模擬量輸出模塊)。模塊主要特性如下:
            a)EL1008:8通道DI,24V電壓接入,3ms輸入濾波頻率。
            b)EL2008:8通道DO,24V電壓輸出,輸出電流最大5A。
            c)EL3162:2通道AI,0-10V單端信號源輸入,采樣速率5kHz,分辨率16位。
            d)EL4004:4通道AO,0-10V電壓信號輸出,分辨率12位。
           
            2.1.1數字量輸入
            如圖2.1所示,首先確認面板上的黃色區域接線口引線良好接到EL模塊端子接線盒上。將需要測試的DI傳感器開關兩線分別接入黃色區域的Ix(x為1-8)和相應COM接線口上。按下開關,可以觀測到對應EL1008模塊上的指示燈點亮,同時界面HMI上相應的指示燈點亮,DI數據能夠正常被控制器接收。
           
          產品
          圖2.1DI測試接口區域
           
            2.1.2數字量輸出
            如圖2.2所示,首先確認面板上的黃色區域接線口引線良好接到EL模塊端子接線盒上。將需要測試的DO硬件(24V指示燈,閥繼電器等)兩線分別接入黃色區域的Qx(x為1-8)和相應COM接線口上。按下面板顯示器HMI上的按鍵控制開關,可以觀測到對應EL2008模塊上的指示燈點亮,DO設備有相應的動作,同時界面HMI上相應的指示燈點亮,DO數據能夠正常輸出。
           
          產品
          圖2.2DO測試接口區域
           
            2.1.3模擬量輸入
            a)如圖2.3-a所示,首先確認面板上的黃色區域接線口引線良好接到EL模塊端子接線盒上。將需要測試的AI傳感器開關兩線分別接入黃色區域的AIx(x為1-4)和相應COM接線口上??梢杂^測到顯示器上界面HMI上相應的通道的傳感器數值,AI數據能夠正常被控制器接收。
           
          產品
          圖2.3-a AI測試接口區域
           
            b) 如圖2.3-b所示,如果需要0-10V模擬量信號,可以將K9,或K10撥開,屆時AI測試接口區域被禁掉。相應的H9和H10指示會變亮。此時面板的0-10V或柜體內旋鈕就可以給進0-10V的模擬信號
           
          產品
          圖2.3-b模擬AI區域
           
            2.1.4模擬量輸出
            如圖2.4所示,首先確認面板上的黃色區域接線口引線良好接到EL模塊端子接線盒上。將需要測試的AO硬件(亮度可控燈,伺服閥等)兩線分別接入黃色區域的AOx(x為1-8)和相應COM接線口上。在面板顯示器HMI上輸入相應的數值電壓,可以觀測到AO設備有相應輸出。也可不接AO硬件,在面板顯示器HMI上確定輸出電壓之后,用萬用表測量AOx口和對應Com端電壓值,測試EL4004模塊的通道電壓是否有輸出。
           
          產品
          圖2.4AO測試接口區域
           
            2.1.5 Profibus DP通訊測試
            測試對象是Beckhoff EL6731 DP主站模塊。該模塊作為DP主站,與Pilz-PSS4000控制器進行數據通訊。其配置步驟如下:
            a)打開TwinCAT System Manager軟件,選中圖2.5所示位置,右鍵添加模塊。如圖2.6所示,根據需要選擇添加的輸入和輸出模塊。
           
          產品
          圖2.5從站模塊配置界面位置
           
          產品
          圖2.6Module類型和數量選擇
           
            b)在PilZ控制器軟件中同樣配置相同類型的數據字長并激活運行其控制軟件;
            c)如圖2.7所示,激活TwinCAT TSM文件,手動強制添加的字節數據值,可以觀測Pilz控制器模塊IO的指示燈狀態變化。
           
          產品
          圖2.7 TwinCAT激活和通訊數據值強制
           
            2.1.6 Profinet通訊測試
            測試對象是Beckhoff EL6631Profinet從站模塊。該模塊作為PN從站,與西門子S7 319控制器進行數據通訊。其數據交互配置步驟如下:
            a)打開TwinCAT System Manager軟件,找到如圖2.8所示的位置API,根據需要另外增添圖2.9所示的數據類型和數量;
           
          產品
          圖2.8Profinet從站數據映射配置
           
          產品
          圖2.9增添的字節數(可靈活配置)
           
            b)在西門子控制器軟件中同樣配置相同類型的數據字長并激活運行其控制軟件;
            c)如圖2.10所示,激活TwinCAT TSM文件,手動強制添加的字節數據值,可以觀測西門子控制器模塊IO的指示燈狀態變化。
           
          產品
          圖2.10激活運行TwinCAT軟件及強制輸出值
           
            2.2KL模塊測試方法
            如圖2.2-a模塊區域。KL模塊的測試方法,先要將BK3120(DP耦合器)與EL6731 (DP主站),通訊上。確保電源和DP線接好,且DP地址設置正確,在TwinCAT的Config 模式下,點擊Scan,可以將此時的KL模塊配置信息讀上來。如圖2.2-b
           
          產品
          圖2.2-a模塊區域
           
          產品
          圖2.2-b KL模塊配置信息
           
            2.2.1數字量輸入,將EL模塊硬件信號接入 到KL 模塊,測試方法與EL相同。
            2.2.2數字量輸出,將EL模塊硬件信號接入 到KL 模塊,測試方法與EL相同。
            2.2.3模擬量輸入,將EL模塊硬件信號接入 到KL 模塊,測試方法與EL相同。
            2.2.4模擬量輸出,將EL模塊硬件信號接入 到KL 模塊,測試方法與EL相同。
           
            2.3EP模塊測試方法
            試驗平臺提供的EP1122是倍福EL系列(IP67系列)模塊的耦合器??梢詫⑿枰狤P模塊拓撲到EP1122上,如圖2.3-a。接線針腳定義如圖2.3-b
           
          產品
            如圖2.3-a  EP1122拓撲連接圖
           
          產品
          如圖2.3-b 接線針腳定義
           
            2.3.1 測試方法:確保待測試的EP模塊已經安圖 2.3-a 已經接好。TwinCAT切回Config模式,在下Scan,將EP模塊信息度上來。
            然后將TwinCAT切到FreeRun 模式,此時就可以在I/O區域看EP模塊得信息,并且進行測試。
           
            3軸控功能配置及調試
            3.1 倍福驅動的配置測試
            倍福驅動的調試分為兩部分:NC軸參數配置,驅動參數配置。完整調試步驟如下所示。
            a)驅動器掃描上來之后,確認電機和編碼器掃描上來,如圖3.1所示。如果標號3位置處電機和編碼器沒有掃描上來,則手動掃描。
           
          產品
          圖3.1驅動器信息確認
           
            b)軸和驅動器連接確認:確認圖3.2所示,當前NC軸是否與驅動硬件IO連接,如果沒有手動進行連接。
           
          產品
          圖3.2NC軸與驅動器IO映射配置
           
            c)激活TwinCAT system Manager軟件配置。
            d)檢查確認驅動器狀態是否正常,如圖3.3所示。
           
          產品
          圖3.3 驅動器狀態檢查
           
            e)如圖3.4所示步驟,選擇NC軸的Online選項進行軸的調試。
           
          產品
          圖3.4NC軸調試功能
           
            3.2第三方伺服的配置測試
            A.以力士樂伺服為例
            1).如圖3.2.1-a將力士樂驅動通過EtherCAT與Beckhoff 連接。
           
          產品
          圖3.2.1-a 力士樂驅動拓撲圖
           
            2).將力士樂驅動XML配置文件如圖3.2-b,放到調試PC的C:\TwinCAT\Io\EtherCA目錄下,如圖3.2-c
           
          產品
          如圖3.2-b  力士樂驅動XML配置文件
           
          產品
          如圖3.2-b  力士樂驅動XML配置文件放置路徑。
            3)TwinCAT切回Config模式產品,在產品下Scan,
            就可以讀到相應的配置,如圖3.2-d,然后按照BECKHOFF驅動的調試方法測試。
           
          產品
          圖3.2-d 力士樂驅動配置
          詳細請查看《力士樂與倍福PDF》
           
            4倍福 CNC多軸插補模塊功能
            倍福CNC系統是建立在倍福的TwinCAT NCI軟件基礎上的一個應用。倍福CNC系統是一套標準的應用系統:G代碼格式遵循德國DIN66025標準,PLC程序遵循IEC61131-3標準,配置界面在C#程序下編寫的。倍福CNC系統是一套完整的CNC應用系統,功能涵蓋了普通的CNC插補功能,到復雜的空間坐標轉換功能,RTCP\TLC\KINEMIC坐標轉換,可以實現多通道、多種類型CNC軸、高速切割、樣條等標準CNC功能等;倍福CNC系統是一個完善的開發平臺,適合用于磨床、鉆床、銑床、車床、特殊機械如等離子、激光機床等。
            該測試平臺涵蓋的該功能主要完成力士樂三根驅動軸之間的軌跡插補,模擬機器人多軸的協同運動。上位軌跡代碼采用G代碼模擬軸的插補運行功能。
            a)圖4.1所示為CNC軸參數配置部分,目前配置好的參數能否保證機器正常良好的運轉,如果需要提升性能,用戶也可以很方便靈活的對功能及性能參數進行修改。
           
          產品
          圖4.1CNC軸參數配置
           
            b)圖4.2為CNC插補通道的參數配置部分,同理對用戶也開放了很多參數接口,可以參考Beckhoff CNC簡明調試手冊的介紹進行修改。
           
          產品
          圖4.2CNC插補通道的參數配置
           
            5人機界面(HMI)
            5.1PLC HMI 簡單測試模塊用
            5.2CNC HMI 簡單介紹模擬
            Beckhoff CNC界面平臺采用C#語言編寫,源代碼開放于用戶,用戶可以在此基礎上進行二次開發或者修改,體現了非常好的靈活性。下面對軟件界面的操作進行說明。軟件啟動之后界面如圖6.1所示,選擇CNC應用:
           
          產品
          圖6.1CNC HMI啟動頁面
           
            a)操作模式:分為自動、手動、半自動和回參。如圖6.2所示。
           
          產品
          圖6.2操作模式選擇
           
            b)依次按照如圖6.3所示操作步驟:操作模式選擇自動,選擇nc軌跡文件,復位,開始運行,軸會按照軌跡規劃的插補文件運行。
           
          產品
          圖6.3軸插補運轉操作步驟
           
            c)如果有紅色報警信息,軸無法運轉,請選擇報警確認和復位。
          未找到相應參數組,請于后臺屬性模板中添加
          暫未實現,敬請期待
          暫未實現,敬請期待
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