DE102006004872A1

DE102006004872A1 - Alternating current AC server system has master axis drive and slave axis drives calculating interpolation command according to path command send to communication network

Info

Publication number: DE102006004872A1
Application number: DE200610004872
Authority: DE
Inventors: Chung-Chi Chou; Jian-Da Chen; C.S. Tsai
Original assignee: Delta Electronics Inc
Current assignee: Delta Electronics Inc
Priority date: 2006-02-02
Filing date: 2006-02-02
Publication date: 2007-08-16

Abstract

The system comprises a master axis drive on several slave axis drive connected to a communication network. A master axis motor is connected to the master axis drive and several slave axis motors are connected to the slave axis drives. The master axis drive and the slave axis drive set operation parameter for each of the drives to control movement of local-remote motor and input-output signal. The master axis drive sends a path command to the network. The master axis drive and slave axis drives calculates interpolation command according to the path command. An independent claim is included for method for operation AC servo system.

Description

Die Erfindung betrifft ein Wechselstrom-Servosystem und -verfahren mit mehreren Motortreibern, in die eine Bewegungs-Steuerungseinheit für verteilte Bewegungssteuerung eingebaut ist.The The invention relates to an AC servo system and method several motor drivers into which a motion control unit for distributed Motion control is installed.

Die aktuelle Steuerungsarchitektur für mehrere Achsen verfügt über eine zentrale Steuerung mittels einer oberen Steuerungseinrichtung zum Steuern eines Servotreibers für lineare, kreisförmige Bewegung. Die aktuelle Steuerungsarchitektur für mehrere Achsen wird nachfolgend für herkömmliche leitungsgebundene oder Hochgeschwindigkeits-Kommunikation veranschaulicht.The current control architecture for several axes has one central control by means of an upper control device for Controlling a Servo Driver for linear, circular Move. The current control architecture for multiple axes is described below for conventional Wired or high-speed communication is illustrated.

Die 1 zeigt ein schematisches Diagramm eines bekannten zentralisierten Steuerungssystems zur Steuerung für mehrere Achsen. Durch die obere Steuerungseinrichtung 16 erfolgt eine Interpolation für den Servotreiber 12 betreffend die Steuerung für mehrere Achsen durch eine Befehls- und I/O-Einheit 14. Das Signal von jeder Achse wird über herkömmliche Leitungsverbindungen an den Servotreiber 12 geliefert. Jedoch bestehen beim obigen Schema die folgenden Nachteile:

1. Hohe Kosten: Die obere Steuerungseinrichtung 16 muss für mehrere Achsen sehr hohe Leistungsfähigkeit aufweisen. Die CPU (nicht dargestellt) der oberen Steuerungseinrichtung 16 muss ebenfalls höhere Qualität aufweisen.
2. Eingeschränkte Anzahl der Achsen: Die Anzahl der Achsen des Servotreibers 12 ist durch die Qualität der CPU und die Anzahl der Hardwarekanäle eingeschränkt.
3. Komplizierte Leitungsführung: Die Leitungsführung für A/D, D/A, Befehlsimpulse, Rückkopplungsimpulse, digitale I/O-Signale zwischen der oberen Steuerungseinrichtung 16 und dem Servotreiber 12 ist kompliziert.
4. Unzureichende Auflösung: Das Befehlssignal ist durch phy sikalische Signale wie die Auflösung bei der A/D-Wandlung und die Pulsfrequenz begrenzt.
5. Störung durch die Umgebung: Es besteht die Tendenz, dass das analoge Signal in einer Fabrikumgebung gestört wird.
6. Wartungsproblem: Die Leitungen sind komplizierter, wenn die Anzahl der Achsen des Servotreibers 12 groß ist. Die Inspektion und die Wartung sind mühselig.

The 1 shows a schematic diagram of a known centralized control system for multi-axis control. Through the upper control device 16 an interpolation is carried out for the servo driver 12 concerning multi-axis control by a command and I / O unit 14 , The signal from each axis is sent to the servo driver via conventional line connections 12 delivered. However, the above drawbacks are as follows:

1. High cost: the upper control device 16 must have very high performance for several axes. The CPU (not shown) of the upper controller 16 must also have higher quality.
2. Limited number of axes: The number of axes of the servo driver 12 is limited by the quality of the CPU and the number of hardware channels.
3. Complicated routing: The routing for A / D, D / A, command pulses, feedback pulses, digital I / O signals between the upper control device 16 and the servo driver 12 is complicated.
4. Insufficient Resolution: The command signal is limited by physical signals such as the resolution during A / D conversion and the pulse rate.
5. Environmental disturbance: There is a tendency for the analog signal to be disturbed in a factory environment.
6. Maintenance Problem: The lines are more complicated when the number of axes of the servo driver 12 is great. The inspection and maintenance are cumbersome.

Die 2 zeigt ein schematisches Diagramm eines bekannten Steuerungssystems zur Steuerung für mehrere Achsen mit Hochgeschwindigkeits-Kommunikation, wobei die Leitung zwischen der oberen Steuerungseinrichtung 16 und dem Servotreiber 12 in der 1 durch ein Hochgeschwindigkeits-Kommunikationsnetzwerk 18 ersetzt ist. Das Hochgeschwindigkeits-Kommunikationsnetzwerk 18 verfügt über eine einfache Leitungsführung, und es kann Störungen verhindern und die Auflösung verbessern. Der Servotreiber 12 verfügt über keine Interpolationsfähigkeiten für Pfadbefehle, so dass die obere Steuerungseinrichtung 16 intensive Interpolationsbefehle (mehr als 1 kHz) an jede Achse liefern muss, um eine Pfaddichte zu erzielen. Jedoch wird das Netzwerk auch dazu verwendet, die Rückkopplungsposition, den aktuellen und den I/O-Status neben Positions- und Geschwindigkeitsbefehlen zu liefern. Der Datendurchsatz ist hoch, wenn die Anzahl der Achsen hoch ist, und es muss der Zustand jeder Achse überwacht werden. Die Bandbreite des Hochgeschwindigkeits-Kommunikationsnetzwerks 18 muss mindestens 10 MHz betragen, was zu den folgenden Ergebnissen führt:

1. Höhere Kosten: Hochgeschwindigkeits-Kommunikation ist anfälliger für Störsignale, und in einer Fabrikumgebung ist eine Kommunikationshardware hohen Standards, wie optische Fasern erforderlich.
2. Spezielle Spezifikation: Das Hochgeschwindigkeits-Kommunikationsnetzwerk 18 benötigt einen speziellen Industriestandard wie SSC-Net and Sercos. Das System wird im Allge meinen als größere Einheit erworben, und es kann nur schwierig durch Kunden angepasst werden.

The 2 FIG. 12 shows a schematic diagram of a known control system for multi-axis control with high-speed communication, the line between the upper control device. FIG 16 and the servo driver 12 in the 1 through a high-speed communications network 18 is replaced. The high speed communication network 18 has a simple wiring, and it can prevent interference and improve the resolution. The servo driver 12 has no interpolation capabilities for path commands, so the upper controller 16 must supply intensive interpolation commands (more than 1 kHz) to each axis to achieve a path density. However, the network is also used to provide the feedback position, current and I / O status next to position and velocity commands. The data throughput is high when the number of axes is high, and the state of each axis must be monitored. The bandwidth of the high-speed communications network 18 must be at least 10 MHz, resulting in the following results:

1. Higher Cost: High-speed communication is more prone to spurious signals, and in a factory environment, high-level communication hardware such as optical fibers is required.
2. Special Specification: The high-speed communication network 18 requires a special industry standard like SSC-Net and Sercos. The system is generally purchased as a larger unit and it is difficult to customize by customers.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System und ein Verfahren zum Betreiben eines Wechselstrom-Servosystems mit verteilter Bewegungssteuerung zu schaffen, bei denen die Belastung eines Netzwerks gering ist.Of the Invention is based on the object, a system and a method for operating an AC servo system with distributed motion control to create a network where the load on a network is low.

Diese Aufgabe ist durch die Systeme gemäß den beigefügten unabhängigen Ansprüchen 1 und 4 und das Verfahren gemäß dem Anspruch 9 gelöst. Es sind mehrere Servotreiber vorhanden, um für eine flache Architektur zu sorgen. Für jede Achse kann eine Bewegungsinterpolation ausgeführt werden, um die Belastung des Netzwerks zu verringern. Daher kann ein standardmäßiges Industrienetzwerk verwendet werden, so dass die Kosten verringert sind, wobei gleichzeitig auf einfache Weise weitere Achsen hinzugefügt werden können.These The object is achieved by the systems according to the appended independent claims 1 and 4 and the method according to the claim 9 solved. There are several servo drivers available for a flat architecture to care. For each axis can perform a motion interpolation, to reduce the load on the network. Therefore, a standard industrial network be used so that the costs are reduced, while at the same time In a simple way more axes can be added.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von durch Figuren veranschaulichten Ausführungsformen näher erläutert.The invention will be described below with reference to embodiments illustrated by figures her explained.

1 ist ein schematisches Diagramm eines bekannten zentralisierten Steuerungssystems zur Steuerung für mehrere Achsen. 1 Figure 3 is a schematic diagram of a known centralized control system for multiple axis control.

2 ist ein schematisches Diagramm eines bekannten Steuerungssystems zur Steuerung für mehrere Achsen mit Hochgeschwindigkeits-Kommunikation. 2 Fig. 10 is a schematic diagram of a known control system for multi-axis control with high-speed communication.

3 ist ein schematisches Diagramm eines Wechselstrom-Servosystems mit verteilter Bewegungssteuerung für mehrere Achsen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 3 FIG. 10 is a schematic diagram of a multi-axis distributed motion control AC servo system according to one embodiment of the invention. FIG.

4 zeigt das Blockdiagramm eines Treibers. 4 shows the block diagram of a driver.

Wie es aus der 3 erkennbar ist, ist das dort dargestellte Steuerungssystem 30 für mehrere Achsen mit Folgendem versehen: einem Kommunikationsnetzwerk 32, einem Hauptachsentreiber 36, der mit diesem verbunden ist, einem Hauptachsenmotor 38, der mit dem Hauptachsentreiber 36 verbunden ist, mehreren Nebenachsentreibern 40, die mit dem Kommunikationsnetzwerk 32 verbunden sind, mehreren Nebenachsenmotoren 42, die mit den Nebenachsentreibern 40 verbunden sind, sowie einem PC oder einer Mensch/Maschine-Schnittstelle 34, die mit jedem der Treiber über eine Übertragungsleitung 35 verbunden ist. Das Kommunikationsnetzwerk 32 besteht aus einem CAN-Bus. Der Hauptachsenmotor 38 und die Nebenachsenmotoren 42 sind Wechselstrom-Servomotoren.As it is from the 3 is recognizable, is the control system shown there 30 for several axes with the following: a communication network 32 , a main axle driver 36 Connected to this, a main axis engine 38 that with the main axle driver 36 connected to several secondary axis drivers 40 that communicate with the communication network 32 connected, several minor axis motors 42 that with the secondary axis drivers 40 connected to a PC or a human / machine interface 34 Connected to each of the drivers via a transmission line 35 connected is. The communication network 32 consists of a CAN bus. The main axis engine 38 and the minor axis motors 42 are AC servomotors.

Der Hauptachsentreiber 36 und die Nebenachsentreiber 40 können mit einer Software-Steuerungsprozedur codiert werden, um die Betriebsparameter für die Achsentreiber einzustellen. Der Hauptachsentreiber 36 und die Nebenachsen 40 führen die entsprechenden Prozeduren zum Steuern der Bewegung des Motors für sie selbst oder für andere (wie den Hauptachsenmotor 38 und die Nebenachsenmotoren 42) aus, und zum Steuern von I/O-Signalen. Der Hauptachsentreiber 36 und die Nebenachsentreiber 40 laden ein Bewegungsprogramm und Einstell/Editier-Parameterwerte über den PC oder die Mensch/Maschine-Schnittstelle 34 herunter. Der Hauptachsentreiber 3G führt das Bewegungsprogramm aus, um einen Pfadbefehl über das Kommunikationsnetzwerk 32 zu schicken. Der Hauptachsentreiber 36 berechnet Interpolationsbefehle entsprechend Pfadbefehlen, und die Nebenachsentreiber 40 berechnen Interpolationsbefehle entsprechend Pfadbefehlen, wie sie über das Kommunikationsnetzwerk 32 geschickt werden. Der Hauptachsenmotor 38 und die Nebenachsenmotoren 42 können über die Pfadbefehle und die Einstellparameter des Hauptachsentreibers 36 und der Nebenachsentreiber 40 gesteuert werden. Die Zustandsüberwachung aller Achsen kann durch den PC oder die Mensch/Maschi ne-Schnittstelle 34 über das Kommunikationsnetzwerk 33 ausgeführt werden.The main axis driver 36 and the secondary axis drivers 40 can be coded with a software control procedure to set the operating parameters for the axis drivers. The main axis driver 36 and the minor axes 40 Perform the appropriate procedures to control the movement of the motor for themselves or for others (such as the main axis motor 38 and the minor axis motors 42 ) and for controlling I / O signals. The main axis driver 36 and the secondary axis drivers 40 load a motion program and set / edit parameter values via the PC or the man-machine interface 34 down. The main axis driver 3G Executes the motion program to execute a path command over the communication network 32 to send. The main axis driver 36 calculates interpolation commands according to path commands, and the sub-axis drivers 40 calculate interpolation commands according to path commands as they are sent over the communication network 32 sent. The main axis engine 38 and the minor axis motors 42 can be set via the path commands and the adjustment parameters of the main axis driver 36 and the secondary axis driver 40 to be controlled. The condition monitoring of all axes can be done by the PC or the human / machine interface 34 over the communication network 33 be executed.

In der 3 verfügt betreffend den Hauptachsentreiber 36 und die Nebenachsentreiber 40 jeder über eine Servotreiber-Baugruppe 52. Die 4 zeigt das Blockdiagramm des Treibers. Wie es in dieser Figur dargestellt ist, verfügt die Servotreiber-Baugruppe 52 über eine I/O-Einheit 54, eine Kommunikationseinheit 56, eine Bewegungs-Steuerungseinheit 58, eine Einheit 60 für Systemparameter und Variable sowie eine Treibersteuerschleifeneinheit 62.In the 3 concerning the main axle driver 36 and the secondary axis drivers 40 each via a servo driver assembly 52 , The 4 shows the block diagram of the driver. As shown in this figure, the servo driver assembly has 52 via an I / O unit 54 , a communication unit 56 , a motion control unit 58 , one unity 60 for system parameters and variables as well as a driver control loop unit 62 ,

Die I/O-Einheit 54 verfügt über eine digitale I/O-Einheit und eine analoge I/O-Einheit, und sie wird durch die Bewegungs-Steuerungseinheit 58 eingestellt. Die I/O-Signale werden durch die Bewegungs-Steuerungseinheit 58 verarbeitet, und der Zustand der I/O-Einheit wird zur Bezugnahme durch andere Einheiten in der Einheit 60 für Systemparameter und Variable platziert.The I / O unit 54 has a digital I / O unit and an analog I / O unit, and it is controlled by the motion control unit 58 set. The I / O signals are transmitted by the motion control unit 58 processed, and the state of the I / O unit is for reference by other units in the unit 60 placed for system parameters and variables.

Die Kommunikationseinheit 56 verfügt über drei Busse, nämlich USB/RS-232(485)/CAN (nicht dargestellt). Der USB-Bus und der RS-232(485)-Bus sind über die Übertragungsleitung 35 mit dem PC oder der Mensch/Maschine-Schnittstelle 34 verbunden, um für die Servotreiber-Baugruppe 52 für ein Einstellen/Editieren von Parametern und ein Herunterladen von Programmen zu sorgen. Der USB-Bus und der RS-232(485)-Bus können auch zum Überwachen des Betriebszustands jeder Achse verwendet werden. Der CAN-Bus wird zum Senden von Hauptachse/Nebenachse-Pfadbefehlen und einen Datenaustausch zwischen Achsen verwendet.The communication unit 56 has three buses, namely USB / RS-232 (485) / CAN (not shown). The USB bus and the RS-232 (485) bus are over the transmission line 35 with the PC or the man / machine interface 34 connected to the servo driver assembly 52 to set / edit parameters and download programs. The USB bus and the RS-232 (485) bus can also be used to monitor the operating status of each axis. The CAN bus is used to send main axis / minor axis path commands and data exchange between axes.

Die Stationsnummer hat 8 Bits und sie ist in 16 Gruppen (4 Bits) unterteilt, wobei jede Gruppe über 16 Achsen (4 Bits) verfügt, wobei die Achse mit der Achsennummer=0 die Hauptachse ist und die restlichen Achsen Nebenachsen sind. Jedoch wird diese Beschreibung nur zur Veranschaulichung verwendet, und bei der Erfindung besteht keine Einschränkung für die Anzahl der Achsen auf dieses Beispiel. Die Achsen in derselben Gruppe können eine Bewegung mit einer Interpolation über mehrere Achsen ausführen. Die Nebenachse führt die Interpolation aus, wenn die Hauptachse die Interpolationsbefehle ausgibt. Eine Nebenachse, die keine Interpolation ausführt, kann auch einen Bewegungsbefehl für eine einzelne Achse ausführen. Wenn N Gruppen von mehreren Achsen in einem System eine gleichzeitige Bewegung benötigen, nämlich N Einheiten von XY-Tischen, können die mehreren Achsen N Gruppen zugeordnet werden. Der CAN-Bus für jede Gruppe kann zusammen mit den anderen oder einzeln angeschlossen werden.The Station number has 8 bits and is divided into 16 groups (4 bits) each group over Has 16 axes (4 bits), where the axis with the axis number = 0 is the main axis and the remaining axes are minor axes. However, this description becomes used for illustration only, and consists in the invention no restriction for the Number of axes on this example. The axes in the same group can execute a movement with interpolation over several axes. The Minor axis leads the Interpolation off if the main axis is the interpolation commands outputs. A minor axis that does not interpolate can also a motion command for to execute a single axis. If N groups of multiple axes in a system have a simultaneous Need movement, namely N units of XY tables, can the multiple axes are assigned to N groups. The CAN bus for each group can be connected together with the others or individually.

Die Bewegungs-Steuerungseinheit 58 wird zum Ausführen eines Bewegungsprogramms zum Erzeugen eines Programmpfads für die Befehlseingabe der Treibersteuerschleifeneinheit 62 verwendet. Das Bewegungsprogramm wird über die Kommunikationseinheit 56 in den RAM 64 der Bewegungs-Steuerungseinheit 58 heruntergeladen. Das Bewegungsprogramm enthält Code und Daten. Die CPU 66 in der Bewegungs-Steuerungseinheit 58 liefert, neben Operationsbefehlen, Befehle einer programmierba ren Steuerungslogik (PLC), wie LD/AND/OR/OUT. Die Bewegungs-Steuerungseinheit 58 verfügt über Multitask-Eigenschaften, so dass die PLC-Prozedur in einige Tasks geschrieben werden kann. Die Bewegungssteuerung und eine sequenzielle Steuerung können auf Multitask-Weise erfolgen. Der Pfadgenerator 68 in der Bewegungs-Steuerungseinheit 58 berechnet den Interpolationspunkt für jeden Abtastzeitpunkt entsprechend dem Betriebsmodus (Position/Geschwindigkeit/Drehmoment) und dem Bewegungspfad (Geschwindigkeit/Punkt zu Punkt/Linearbewegung/Kreisbewegung), und er speichert den Interpolationspunkt für jeden Abtastzeitpunkt die Bewegungsbefehlszone 70 der Einheit 60 für Systemparameter und Variable. Die Treibersteuerschleifeneinheit 62 verwendet entsprechende Befehle in der Bewegungsbefehlszone 70, wie einen Positionsbefehl P-cmd, einen Geschwindigkeitsbefehl V-cmd und einen Strombefehl I-cmd zum Steuern der tatsächlichen Bewegung eines Servomotors 72. Für die Hauptachse wird der Befehlspfadgenerator 68 dem Pfadbefehl im Hauptachsentreiber 36 zugewiesen, und die Nebenachsen erhalten den Befehl vom Hauptachsentreiber 36 über den CAN-Bus geschickt.The motion control unit 58 is for executing a motion program for generating a program path for the command input of the driver control loop unit 62 used. The movement program is via the communication unit 56 in the RAM 64 the motion control unit 58 downloaded. The motion program contains code and data. The CPU 66 in the motion control unit 58 provides, in addition to operational commands, programmable control logic (PLC) instructions, such as LD / AND / OR / OUT. The motion control unit 58 has multitask properties so that the PLC procedure can be written into some tasks. Motion control and sequential control can be done in a multitask manner. The path generator 68 in the motion control unit 58 calculates the interpolation point for each sampling time corresponding to the operation mode (position / velocity / torque) and the movement path (velocity / point-to-point / linear motion / circular motion), and stores the interpolation point for every sampling time point of the movement command zone 70 the unit 60 for system parameters and variables. The driver control loop unit 62 uses appropriate commands in the motion command zone 70 such as a position command P-cmd, a velocity command V-cmd and a current command I-cmd for controlling the actual movement of a servomotor 72 , The main axis becomes the command path generator 68 the path command in the main axis driver 36 and the minor axes receive the command from the main axis driver 36 sent via the CAN bus.

Die Einheit 60 für Systemparameter und Variable speichert öffentliche Information im System, und sie überbrückt zu anderen Einheiten. Zur öffentlichen Information gehören der Betriebsmodus (Position/Geschwindigkeit/Drehmoment), Achsenparameter (Codiererauflösung), Achsenzustand (aktuelle Position/Drehzahl), Pfadparameter (Beschleunigungszeit/Sollgeschwindigkeit), Bewegungsbefehl (Position/Geschwindigkeit/Drehmoment), DI/O-Modus (AB-Kontakt im Relais/der lokalen Maschine/der Fernsteuerung), Kommunikationsparameter (Baud-Rate/Stationsnummer). Der PC 34 kann über die Kommunikationseinheit 56 und die Übertragungsleitung 35 auf die öffentliche Information zugreifen.The unit 60 for system parameters and variables stores public information in the system, and it bridges to other units. Public information includes the operating mode (position / speed / torque), axis parameter (encoder resolution), axis state (current position / speed), path parameter (acceleration time / set speed), motion command (position / speed / torque), DI / O mode (AB Contact in relay / local machine / remote control), communication parameter (baud rate / station number). The computer 34 can via the communication unit 56 and the transmission line 35 access the public information.

Dem Fachmann ist es bekannt, dass die Treibersteuerschlei feneinheit 62 tatsächlich die Funktion des Servomotors 72 steuert. Sie verfügt über eine Position/Geschwindigkeit-/Drehmoment(Strom)-Schaltung, ein Befehlsglättungsfilter, eine Stoßunterdrückungseinrichtung, ein PWM-Ausgangssignal, und in der Einheit 60 für Systemparameter und Variable ist der Verstärkungsparameter für jede Schaltung definiert.The skilled person it is known that the Treibersteuerschlei feneinheit 62 actually the function of the servomotor 72 controls. It has a position / speed / torque (current) circuit, a command smoothing filter, a surge suppressor, a PWM output, and in the unit 60 for system parameters and variables, the gain parameter is defined for each circuit.

Zusammengefasst gesagt, verfügt eine erfindungsgemäße Bewegungssteuerung über die folgenden Merkmale:

(a) Programmierbar: Der erfindungsgemäße Bewegungstreiber verfügt über eine Bewegungs- und Logik-Steuerungsprozedur, da die obere Steuerungseinrichtung eingespart ist. (1) Das Bewegungsprogramm wird in einem außerhalb des Bewegungstreibers vorhandenen PC editiert und kompiliert und durch die Kommunikationseinheit 56 des Bewegungstreibers an den RAM 64 der Bewegungs-Steuerungseinheit 58 heruntergeladen. (2) Das Ausführen und Stoppen des Bewegungsprogramms wird durch Systemparameter und Variable eingestellt, die über eine Anzeigetafel oder den PC oder die Mensch/Maschine-Schnittstelle 34 eingestellt werden können. (3) Das Bewegungsprogramm wird für selbständigen Betrieb nach dem Test im EEPROM der Bewegungs-Steuerungseinheit 58 aufgezeichnet. (4) Der Bewegungszustand kann über die Kommunikationseinheit 56 zur Zerstörungsbeseitigung an den externen PC geliefert werden.
(b) Interpolation für mehrere Achsen: Eine Gruppe enthält eine Hauptachse und mehrere Nebenachsen. Die Achsen in derselben Gruppe können eine Interpolation wie eine lineare/Kreisinterpolation ausführen. Die Achsen erzielen über das Kommunikationsnetzwerk ein gleichzeitiges Timing. Die Interpolation für mehrere Achsen verfügt über die folgende Proze dur: (1) Einstellen von Interpolationsparametern: Das Bewegungsprogramm der Hauptachse führt ein Interpolationsprogramm zum Ausführen der Interpolation für eine Achse/Einstellung, der Geschwindigkeit/Beschleunigung als Interpolationsziel und der Verzögerungszeit aus, um Information über die Kommunikationseinheit 56 an die Nebenachsen zu liefern. (2) Einstellen von Interpolationsbefehlen: Das Bewegungsprogramm der Hauptachse führt einen Linearbefehl (Position mehrerer Achsen) oder einen Kreisbefehl (Radius/Winkel) aus, um Information über die Kommunikationseinheit 56 an die Nebenachsen zu schicken. (3) Interpolation für jede Achse: Jede Achse (Hauptachse oder Nebenachse erhält ihren eigenen Interpolationsbefehl, und sie nimmt auf den Parameter gemäß (1) Bezug. Der Pfadgenerator berechnet den Interpolationsbefehl für jeden Abtastzeitpunkt, und er führt eine Abspeicherung im Bewegungsbefehlsbereich der Einheit für Systemparameter und Variable aus. (4) Die Steuerschleifeneinheit 62 jeder Achse liest den Befehl der Bewegungsbefehlszone 70 und steuert den tatsächlichen Zustand des Servomotors.
(c) Flussdiagramm zum I/O-Betrieb der lokalen Achse und anderer Achsen. (1) Die Quelle der DO(digitale Ausgangs)-Signale in der Einheit für Systemparameter und Variable wählt das digitale DO-Signal der lokalen Achse als Ausgangssignal für diese aus. Andere DO-Signale der lokalen Achse bilden Fern-Ausgangssignale für andere Achsen. Das DI(digitales Eingangs)-Signal der lokalen Achse kann durch die lokale Achse oder durch eine andere Achse aus der Ferne gelesen werden. (2) Die Fernausgabeachse für andere DO-Information zur lokalen Achse wird durch eine DO-Positionsauswahl in der Einheit 60 für Systemparameter und Variable ausgewählt. (3) DO-Ausgabeprozedur für die lokale Achse und andere Achsen: Das Bewegungsprogramm wird aktiviert (PLC-Prozedur), und der lokale DO-Zustand wird in die Einheit 60 für Systemparameter und Variable geschrieben. (4) DO-Ausgabeprozedur für andere Achsen: Die lokale Achse liest DO-Meldungen aus der Kommunikationseinheit 56, und der DO-Fernzustand wird in die Einheit 60 für Systemparameter und Variable geschrieben. (5) Abschließende DO-Ausgabeprozedur für die lokale Achse: Die I/O-Einheit 54 der lokalen Achse blendet das unerwünschte DO-Signal in (3), (4) entsprechend der DO-Quellenauswahl aus, und sie führt eine Vereinigung mit anderen DO-Signalen in (3), (4) aus, um das abschließende DO-Ausgangssignal zu erhalten. (6) DO-Fernausgabeprozedur: Die I/O-Einheit 57 der lokalen Achse liest den DO-Zustand der Einheit 60 für Systemparameter und Variable entsprechend der DO-Position, und sie findet die an die anderen Achsen zu schickenden DO-Signale der totalen Achse auf und schickt den DO-Zustand über die Kommunikationseinheit.

In summary, a motion control according to the invention has the following features:

(a) Programmable: The motion driver of the present invention has a motion and logic control procedure because the upper controller is saved. (1) The motion program is edited and compiled in a PC existing outside the motion driver and by the communication unit 56 of the motion driver to the RAM 64 the motion control unit 58 downloaded. (2) The execution and stopping of the motion program is set by system parameters and variables that are displayed on a display panel or the PC or the man-machine interface 34 can be adjusted. (3) The movement program becomes for self-operation after the test in the EEPROM of the motion control unit 58 recorded. (4) The state of motion can be transmitted through the communication unit 56 for destruction removal to the external PC.
(b) Interpolation for multiple axes: A group contains one major axis and several minor axes. The axes in the same group can perform interpolation like a linear / circular interpolation. The axes achieve simultaneous timing via the communications network. The multi-axis interpolation has the following procedure: (1) Setting of interpolation parameters: The main axis motion program carries out an interpolation program for performing the interpolation for an axis / attitude, the velocity / acceleration as the interpolation target, and the delay time for information about the communication unit 56 to deliver to the minor axes. (2) Setting interpolation commands: The main axis motion program executes a linear command (multi-axis position) or a circular command (radius / angle) for information about the communication unit 56 to send to the minor axis. (3) Interpolation for Each Axis: Each Axis (Main Axis or Auxiliary Axis Receives Its Own Interpolation Command and Refers to the Parameter According to (1) The Path Generator calculates the interpolation command for each sampling time point and stores it in the motion command area of the unit for System parameters and variables off (4) The control loop unit 62 each axis reads the command of the motion command zone 70 and controls the actual state of the servomotor.
(c) Flow chart for I / O operation of the local axis and other axes. (1) The source of the DO (digital output) signals in the system parameter and variable unit selects the local axis digital DO signal as the output thereof. Other local axis DO signals form remote output signals for other axes. The DI (digital input) signal of the local axis can be remotely read by the local axis or by another axis. (2) The remote output axis for other local axis DO information is represented by a DO position selection in the unit 60 selected for system parameters and variables. (3) DO output procedure for the local axis and other axes: The motion program is activated (PLC procedure), and the local DO state is entered into the unit 60 written for system parameters and variables. (4) DO output procedure for other axes: The local axis reads DO messages from the communication unit 56 , and the DO remote state becomes the unit 60 written for system parameters and variables. (5) Final DO output procedure for the local axis: the I / O unit 54 the local axis fades out the unwanted DO signal in (3), (4) according to the DO source selection, and performs an association with other DO signals in (3), (4) to the final DO output signal to obtain. (6) DO Remote Output Procedure: The I / O unit 57 The local axis reads the DO state of the unit 60 for system parameters and variables according to the DO position, and it finds the total axis DO signals to be sent to the other axes and sends the DO state through the communication unit.

Zu den Merkmalen der Erfindung gehören die folgenden:

(1) Verringern der CPU-Belastung durch verteilte Steuerung: Bei einer Steuerung für mehrere Achsen wird der Interpolationsbefehl für jede Achse berechnet, und das Benutzerprogramm kann in mehrere kleine Programme für jede Achse für eine jeweilige Bewegungsprozedur unterteilt werden. Das Programm ist kompakt und modulmäßig aufgebaut. Es kann an jede Achse verteilt werden, und die CPU-Belastung kann gesenkt werden.
(2) Momentaner Datenaustausch über das Kommunikationsnetzwerk: Der Datenaustausch kann für verschiedene Achsen über das Kommunikationsnetzwerk erfolgen, und es kann eine gleichzeitige Bewegung für mehrere Achsen (lineare/Kreisinterpolation) realisiert werden. Das Netzwerk kann für Priorität sorgen, und momentane Eigenschaften und der Datenaus tausch beeinflussen keine gleichzeitige Bewegung für mehrere Achsen. Das I/O-Signal kann über das Kommunikationsnetzwerk für I/O-Fernprozeduren gelesen werden. Die verfügbare I/O-Nummer wird erhöht, wenn die Anzahl der Achsen erhöht wird, und die vorhandenen Ressourcen können vollständig genutzt werden.
(3) Eingebaute Vollfunktions-Bewegungssteuerung und PLC: Die Bewegungssteuerung ist in den Treiber eingebaut. Es wird keine Leitungsführung für externe Impulse und analoge Befehle benötigt. Es können hohe Genauigkeit und hohe Geschwindigkeit erzielt werden, und die Zusammenbauzeit wird verringert. Bei einem herkömmlichen System sollte die Codiererauflösung für hohe Genauigkeit verfeinert werden (17 bis 23 Bits). Die Befehlsgeschwindigkeit nimmt ab, wenn die Impulsfrequenz nicht hoch ist. Die Klemmgenauigkeit wird beeinträchtigt, wenn das elektronische Rad mehrere Geschwindigkeiten aufweist. Für analoge Befehle weist die übliche A/D-Wandlung im Treiber eine Auflösung von 12 Bits auf. Jedoch zeigt die übliche A/D-Wandlung in einem Treiber Störsignalanfälligkeit und Verschiebungsproblem. Das Problem kann gelöst werden, und die Befehlsauflösung kann auf 32 Bits verbessert werden, wenn die Bewegungssteuerung in den Treiber eingebaut ist.
(4) Vom Kunden einrichtbar/programmierbar: Der Benutzer kann den Betrieb des Treibers entsprechend seinen Erfordernissen definieren. Er verfügt über Flexibilität zum Definieren der Funktion des DI/DO-Signals, der analogen I/O-Funktion, der Betriebsparameter und des Gebrauchs von Impulsbefehlen. Zum Beispiel kann der analoge Eingang 1 (ursprünglich der Geschwindigkeitsbefehl) an die Starrheit der Steuerung angepasst werden, oder das Impulseingangssignal kann an eine Handradeingabe oder die Eingabe eines optischen Messgeräts angepasst werden. Vorhandene Ressourcen können vollständig genutzt werden, und es ist keine zusätzliche Signalwandlungs-Schnittstelle erforderlich.
(5) Netzwerk-Entwicklungsumgebung: Bei einer herkömmlichen Multiplex-Entwicklungsumgebung sollte die Parametereinstellung für die Achsen sowie das Abstimmen der Maschine am Ort ausgeführt werden. Bei der Erfindung ist die Achse im Kommunikationsnetzwerk angeschlossen, und es kann jede Achse durch Parametereinstellung, das Editieren von Programmen, Programmausführung, Störbeseitigung in Programmen und Überwachung behandelt werden, solange sie mit einem Kommunikationsnetzwerk verbunden ist.

The features of the invention include the following:

(1) Reducing CPU Load by Distributed Control: In a multi-axis controller, the interpolation command is calculated for each axis, and the user program can be divided into a plurality of small programs for each axis for each motion procedure. The program is compact and modular. It can be distributed to any axis and the CPU load can be reduced.
(2) Current communication via the communication network: The data exchange can be made for different axes via the communication network, and simultaneous movement for multiple axes (linear / circular interpolation) can be realized. The network can provide priority, and current features and data exchange do not affect simultaneous movement for multiple axes. The I / O signal can be read via the communication network for I / O remote procedures. The available I / O number is increased as the number of axes is increased, and the existing resources can be fully utilized.
(3) Built-in full-function motor control and PLC: The motor control is in the driver built-in. No wiring is required for external pulses and analog commands. High accuracy and high speed can be achieved and the assembly time is reduced. In a conventional system, the encoder resolution should be refined for high accuracy (17 to 23 bits). The command speed decreases when the pulse frequency is not high. The clamping accuracy is compromised when the electronic wheel has multiple speeds. For analog commands, the usual A / D conversion in the driver has a resolution of 12 bits. However, the conventional A / D conversion in a driver exhibits noise susceptibility and displacement problem. The problem can be solved and the command resolution can be improved to 32 bits if the motion control is built into the driver.
(4) Customer configurable / programmable: The user can define the operation of the driver according to his needs. It has the flexibility to define the function of the DI / DO signal, the analog I / O function, the operating parameters and the use of pulse commands. For example, the analog input 1 (originally the speed command) may be adapted to the rigidity of the controller, or the pulse input signal may be adapted to a handwheel input or the input of an optical encoder. Existing resources can be fully utilized and no additional signal conversion interface is required.
(5) Network Development Environment: In a conventional multiplex development environment, the parameter setting for the axes and the tuning of the machine should be done locally. In the invention, the axis is connected in the communication network and each axis can be handled by parameter setting, program editing, program execution, program debugging and monitoring, as long as it is connected to a communication network.

Darüber hinaus zeigt die Erfindung die folgenden Vorteile:

(1) Verteilte Berechnung: Die Pfadberechnung wird auf alle Achsen verteilt, und die Anzahl der Achsen beeinflusst nicht die Belastung der CPU.
(2) Einfaches Hinzufügen von Achsen: In der verteilten Architektur muss nur ein Servotreiber hinzugefügt werden.
(3) Programmierbar: Der Treiber enthält bereits eine Bewegungssteuerung und PLC, und der Benutzer kann die Bewegungsprozedur und die Logiksteuerungsprozedur programmieren.
(4) Vom Kunden anpassbar: Die Schnittstelle kann frei programmiert werden, um Systemintegrationserfordernissen zu genügen.
(5) Modulmäßiger Aufbau: Das Bewegungsprogramm wird für jede Achse ausgeführt, um ein Modul zu erstellen.
(6) Hohe Genauigkeit: Die obere Steuerungseinrichtung kann mit dem Treiber integriert werden, und es ist keine körperliche Leitung erforderlich, um einen Befehl zu schicken. Die Befehlsgenauigkeit und -zuverlässigkeit sind verbessert. Es können Kosten, Mühen, Raum, Leitungen eingespart werden.
(7) Einsparen von Leitungen: Der herkömmliche Aufbau wird der Einfachheit halber durch ein Kommunikationsnetzwerk ersetzt.
(8) Einsparen von I/O-Operationen: Kommunikationssignale (wie SrvOn, Ready, Alarm, PosOK, ClrCnt) zwischen der oberen Steuerungseinrichtung und dem Treiber werden nicht mehr be nötigt, und die freien I/O-Operationen können für eine PLC-Prozedur genutzt werden. Unter Nutzung des Vorteils (7) kann eine Fern-I/O-Operation bereitgestellt werden, wenn die Anzahl der Achsen und I/O-Schnittstellen hoch ist.
(9) Störsignalfestigkeit: Das Kommunikationsnetzwerk (Standard-Industrienetzwerk) zeigt hohe Störsignalfestigkeit, da kein analoger Befehl eine Rolle spielt.
(10) Hohe Zuverlässigkeit: Für Fehlfunktionszustände ist ein Backupsystem vorhanden.
(11) Netzwerk-Entwicklungsumgebung: Für die Systementwicklung ist eine Struktur mit einer auf mehrere Verbindungen günstig.

In addition, the invention exhibits the following advantages:

(1) Distributed Calculation: The path calculation is distributed to all axes, and the number of axes does not affect the load of the CPU.
(2) Easy adding of axes: In the distributed architecture, only one servo driver needs to be added.
(3) Programmable: The driver already contains a motion controller and PLC, and the user can program the motion procedure and the logic control procedure.
(4) Customizable by the customer: The interface can be freely programmed to meet system integration needs.
(5) Modular Structure: The motion program is executed for each axis to create a module.
(6) High accuracy: The upper controller can be integrated with the driver, and no physical line is required to send a command. Command accuracy and reliability are improved. It can be cost, effort, space, lines saved.
(7) Saving Lines: The conventional structure is replaced with a communication network for the sake of convenience.
(8) Saving I / O operations: Communication signals (such as SrvOn, Ready, Alarm, PosOK, ClrCnt) between the upper controller and the driver are no longer needed, and the free I / O operations can be used for a PLC Procedure be used. By taking advantage of (7), a remote I / O operation can be provided if the number of axes and I / O interfaces is high.
(9) Noise immunity: The communication network (standard industrial network) shows high noise immunity because no analog command is involved.
(10) High reliability: There is a backup system for malfunction states.
(11) Network development environment: For the system development, a structure having one on several connections is favorable.

Claims

Distributed motion control AC servo system to provide a multi-axis control for motion operations, comprising: - a communications network ( 32 ); A main axis driver ( 36 ) connected to the communication network; A main axis motor ( 38 ), which is connected to the main axis driver; - several secondary axis drivers ( 40 ) connected to the communication network; - several minor axis motors ( 42 ) associated with the secondary axis drivers; and a PC or a human-machine interface ( 34 ) connected to one of the drivers; Wherein the main axis driver and the sub-axis drivers can program a motion control / logic control procedure and set operating parameters for each of the axis drivers to control the To control movement of a local / remote engine and an I / O signal; - wherein the main axis driver executes the motion control procedure to send a path command to the communication network; and wherein the main axis driver calculates an interpolation command for an axis corresponding to the path command, and the sub-axis drivers calculate an interpolation command for an axis corresponding to the path command sent through the communication network, thereby driving the main axis motor and the sub-axis motors according to the path command and the operating parameters.

System according to claim 1, characterized in that the PC or the human machine interface a motion control procedure and setting / editing operation parameters via a transmission line and the Download communication network and monitors the operating status of each axis motor.

A system according to claim 1, characterized in that the main axis driver and the slave axis drivers have a servo driver assembly comprising: - one with the communication network and the PC or the human machine interface ( 34 ) connected communication unit ( 56 ); - one unity ( 60 ) for system parameters and variables associated with each unit in the servo driver assembly to store the operating parameters; the PC or the man-machine interface in the system parameter and variable unit adjusting / editing operating parameters stored via the transmission line and the communication unit; An I / O unit for setting the I / O state according to the logic control procedure, and storing the I / O state in the system parameter and variable unit; A motion control unit for executing the logic control procedure for setting I / O signals of the I / O unit, executing the motion control procedure for controlling a local / remote motor, said motion control unit downloading, via the communication network and the communication unit, a motion program that is executed to generate a path command, the motion control unit calculates an interpolation point for each sampling instant in accordance with the operating parameters and stores it in a motion command area of the system parameter and variable unit; and a driver control loop unit for driving the motor for each axis in accordance with the interpolation point and the operating parameters as stored in the system parameter and variable unit.

Distributed motion control AC servo system to provide a multi-axis control for motion operations, comprising: - a communications network ( 32 ); A main axis driver ( 36 ) connected to the communication network; A main axis motor ( 38 ), which is connected to the main axis driver; - several secondary axis drivers ( 40 ) connected to the communication network; - several minor axis motors ( 42 ) associated with the secondary axis drivers; and a PC or a human-machine interface ( 34 ) connected to one of the drivers; - wherein the main axis driver and the sub-axis drivers have a servo driver module comprising: - one with the communication network and the PC or the human-machine interface ( 34 ) connected communication unit ( 56 ); - one unity ( 60 ) for system parameters and variables associated with each unit in the servo driver assembly to store the operating parameters; the PC or the man-machine interface in the system parameter and variable unit adjusting / editing operating parameters stored via the transmission line and the communication unit; An I / O unit for setting the I / O state according to the logic control procedure, and storing the I / O state in the system parameter and variable unit; A motion control unit for executing the logic control procedure for setting I / O signals of the I / O unit, executing the motion control procedure for controlling a local / remote motor, said motion control unit downloading, via the communication network and the communication unit, a motion program that is executed to generate a path command, wherein the motion control unit calculates an interpolation point for each sampling time in accordance with the operating parameters and stores it in a motion command area of the system parameter and variable unit; and a driver control loop unit for driving the motor for each axis in accordance with the interpolation point and the operating parameters as stored in the system parameter and variable unit are.

System according to one of claims 1 to 4, characterized in that to those in the unit ( 60 ) for system parameters and variable stored operating parameters include the operating mode, axis parameters, axis state, path parameters, digital I / O mode and communication parameters.

A system according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the motion control unit comprises a RAM, an EEPROM, a CPU and a path generator, wherein the RAM stores the downloaded motion program, the CPU provides a set of PLC commands to perform the logic control procedure and it executes the motion program to generate a command for use as the input command to the path generator, and the path generator calculates the interpolation point for each sampling time and places it in the motion command area of the unit ( 60 ) for system parameters and variables.

System according to one of claims 1 to 6, characterized in that the communication network ( 32 ) has a USB bus, an RS232 (485) bus and a CAN bus.

System according to one of claims 1 to 7, characterized in that the main axis motor ( 38 ) and the minor axis motors ( 42 ) AC servomotors are.

Method for operating an AC servo system with distributed motion control and one control for several Axes containing: - Programming a motion control procedure for one Main axis drivers and several secondary axis drivers; - To adjust of operating parameters for every axis driver; - in which the main axis driver executes the motion control procedure to to provide a path command to the communication network; - To calculate a command for each axis driver according to the path command; - Drive a main axis motor and several minor axis motors accordingly the command and the operating parameters; and - Execute the motion control procedure for controlling the axis of a local or a remote engine as well as I / O signals.

The method of claim 9, further comprising: - Download the motion control procedure for the main axis driver and the secondary axis drivers by means of a PC or a human / machine interface, and setting / editing the operating parameters via a communication network; - Monitor the operating state of each axis motor through the PC or the man-machine interface via the Communication network and a transmission line, with a connection to any axis driver.

The method of claim 9, characterized in that the main axis driver and the slave axis driver comprise a servo driver assembly, and the method further includes: providing a system parameter unit and variables for storing the operating parameters and communication for units in the servo driver assembly; Setting / editing the operating parameters in the system parameter and local axis variable by means of the PC or a man-machine interface via the transmission line and the communication unit, or setting / editing the operating parameters in the system parameter unit and remote axis variable via the communication unit; Performing a logic control procedure by a motion control unit to set the I / O state of an I / O unit and to store it in the system parameter and variable unit; Performing the motion control procedure by the main axis motion control unit to generate a command for a motion path and to calculate an interpolation point for each sampling time in accordance with the operating parameters, and storing the interpolation point in a motion command area of the system parameter and variable unit; Performing the motion control procedure by the motion control unit to control a local / remote motor and an I / O signal; and - driving the motor of each axis through a driver control loop unit corresponding to the interpolation point and the operating parameters as stored in the system parameter and variable unit are.

Method according to claim 11, characterized by: - Save the downloaded motion control procedure in a RAM; - Provide a group of PLC commands by a CPU for programming the Logic control procedure; - Executive Motion control procedure in RAM by the main axis CPU, to generate a command for generating a motion path, the as input command for a path generator is used; and - Calculate an interpolation point for each Sampling time by the path generator according to the operating parameters, and storing the interpolation point in the motion command area the unit for system parameters and variable.

Method according to claim 9, characterized in that that the step of setting I / O signals for each Axis driver further includes the following: a) Select one Part of a digital output signal (DO) for a local axis as an output signal the same, providing another local-axis DO signal to others Axes, and setting all digital input signals (DI) the local axis in such a way that it passes through the local axis or remotely readable by other axes; b) Setting a from other axes to output other DO signals for the local Axis; c) Run the motion control procedure for recording DO signals for the local axis in the system parameters; d) reading a DO message for the local axis from the communication network, with the DO remote status in the system parameter is written; e) filtering unwanted Bits in (c) and (d) based on (a), and uniting others Bits in (c) and in (d) to get the final DO output receive; and f) reading the DO state of the system parameter corresponding to the DO location, and finding the DO signal for the local Axis to be sent to another axis and sending the DO-state.