Beckhoff PLC 在ABB伺服上实现探针功能

概  述

探针功能又称位置锁存功能。用于通过外部DI信号实时锁存伺服轴或编码器的值。探针功能在模切、印刷等需要位置同步的场合应用广泛。

ABB Microflex e190是智能伺服驱动器，自身可编程，在驱动器上可通过LATCH指令集实现位置锁存功能(Direct控制模式)。E190的DI1和DI2是两个快速输入通道，可用于LATCH或TouchProbe功能。

Microflex e190伺服驱动器支持基于EtherCAT通讯的RT-EtherNet(CiA-402)控制，比如Beckhoff PLC。在PLC侧可通过MC-TouchProbe功能块实现探针或位置锁存功能。本文介绍如何通过Beckhoff PLC，实现e190的位置锁存功能。



图1：系统配置图

实验介绍

PLC：BeckhoffCX5130-0125

编程软件：TwinCAT 3.1(Build 4024)

运动控制库：TC2_MC2

Drive: Microflexe190 (Firmware: 5902.6)

需要把开关或传感器连接到伺服驱动器的快速输入开关DI1或DI2上，作为探针的输入。BeckhoffPLC也支持把传感器接到PLC的IO上，但直接连接的伺服驱动器上，锁存的实时性更高。

除了连接DI信号以外，需要在Mint Workbench软件中，把Microflexe190伺服驱动器的控制源设置为RT-EtherNet(CiA-402)。

EtherCAT的PDO设置

使用探针功能，除了默认配置的几个PDO以外，在PLC中还需额外配置几个PDO，如下表所示：



表1：PDO配置

如表1所示，0x60B8和0x60B9需分别配置为输出和输入。

0x60BA~0x60BD根据探针的配置选配。如仅需要在DI2的下降沿进行位置锁存，则仅配置0x60BD为输入即可。

Beckhoff PLC支持两个锁存通道。

从PDO的配置可知，探针输入信号，以及数据锁存，都是在伺服驱动器侧执行的。锁存的位置信息通过PDO传给PLC。因此，建议把探针信号直接集成在驱动器侧。

PDO在TwinCAT 3物理轴Drive下的ProcessData标签页进行配置。



图2：TwinCAT3中的PDO配置

MC_TouchProbe功能块

在PLC中通过调用MC_TouchProbe功能块实现探针功能，功能块如图3所示：



图3：MC_TouchProbe功能块

TriggerInput(TRIGGER_REF): 结构体类型的变量。在此结构体中配置探针、上升沿/下降沿触发、锁存的源信号，以及是否连续锁存等。此结构体的配置是实现TouchProbe功能的关键，下节详述。

WindowOnly(BOOL): WindowOnly需与FirstPosition（LREAL）和LastPosition（LREAL）合并起来理解。

FirstPosition和LastPosition组合成一个位置窗口，如果WindowOnly设置为TRUE，则仅在位置窗口内可以实现位置锁存。

窗口触发常用在将伺服轴配置为模态轴的场合，如把伺服轴的modulofactor设置为360°



图4：锁存Window示意图

RecordedPosition(LREAL):锁存到的数值会写入RecordedPosition中。但如果TriggerInput中设置为连续触发时，RecordedPosition是监控不到锁存数据的，需要到RecordedData结构体中读取。

RecordedData(MC_TouchProbeRecordedData):结构体类型的数据



图5：RecordedData结构体

RecordedData中有AbsolutePosition, ModuloPosition,和RecordedPosition。当伺服轴为非模态轴时，这几个数据是相同的。

上图为把轴设为模态轴，且Modulo factor=50时的读数。117=2*50+17…。

AbsolutePosition是32位数据寄存器，不受模态轴设定的影响，其计数视回转方向单边递增或递减。



图6：模态轴及锁存窗口

其它参数为常规参数，不详述!

TriggerInput说明

MC_TouchProbe功能块的TriggerInput输入，是TRIGGER_REF类型的结构体，其定义如下：



图7：TRIGGER_REF结构体

当定义一个实例（试验中为tpTriggerInput）后，各元素都有默认值，可根据需要，仅对需要更改的值进行编程。图8为tpTriggerInput的在线监测值：



图8：trigger_ref实例监控值

EncoderID: 设置锁存的数据源，在TwinCAT System Manager中，与伺服轴对应的Encoder的ID为1



图9：EncoderID

TouchProbe: 枚举类型，如图10所示：



图10：TouchProbe枚举类型

其中TouchProbe1对应伺服轴的DI1，TouchProbe2对应伺服轴的DI2。好像可以通过PlcEvent对应PLC的输入点，未测试！

SignalSource: 保留其默认设置SignalSource_Default即可！

EDGE: 枚举类型，设定TouchProbe中选定的触发信号，上升沿还是下降沿触发。定义如图11：



图11：信号沿枚举类型

MODE: 设定单次触发还是循环触发。触发同时会受到MC_TouchProbe功能块中Window定义的影响。



图12:触发模式Mode枚举变量

PlcEvent: 当TouchProbe设定为PlcEvent时，即当触发信号使用PLC的io信号时，需设定。使用PLC的IO信号锁存数据时，其精度受EtherCAT总线周期的影响。

ModuloPositions(BOOL):设置是否把轴位置进行模态化解读。当其值设置为True,且ModuloFactor设置为50时，会把轴的ActualPosition 117解读为：17。

因此，MC_TouchProbe功能实现的关键，是要对TriggerInput结构体有深入的了解，并进行正确的设置。

测  试

实验例程中有关TriggerInput的编程如图13所示：



图13：对TRIGGER_REF的编程

其中几个IF语句，是为了对触发沿、输入信号以及是否循环触发等，通过按钮进行选择。编写的VISU画面如图14所示：



图14：测试的VISU画面

程序使能后，可以通过MoveVelocity使轴转起来。

TP1：选择伺服驱动器的DI1或DI2作为输入信号。

RiseEdge：选择上升沿或下降沿触发

WindowLatch:是否激活窗口触发，窗口由LowPos和HighPos设定。

CyclicLatch: 是否循环触发

其他为一些显示信息。

画面有点粗糙，但基本测试功能都能满足！

注意事项：测试前，需确保伺服驱动器中没有Mint程序，且与LATCH相关的参数均为默认值。比如若伺服驱动器内的LATCHINHIBITVALUE或LATCHINHIBITTIME被更改，其会对TOUCHPROBE功能产生影响。（别问我怎么知道的！）

总  结

主要讲解如何在Beckhoff PLC中，通过MC_TouchProbe功能块，实现CoE伺服驱动器（对，我说的是Microflex e190, ABB的！）的位置锁存功能。本文未按照操作流程配截图，分步骤详述配置及实现过程，只是侧重于讲解功能，避免文章过于冗长。

是为总结，望对大家有价值！毕竟，看英文文档挺费劲的，且文档中有的姿势点写得还很Implicit！！！