禹衡光學增量總線式23位光柵編碼器在EP3E伺服驅動器的應用

文:王忠杰、張宏學、杜佳星、陳光華 2014年第六期

1│摘要
    本文旨在介紹長春禹衡光學有限公司(以下簡稱禹衡光學)增量總線式23位光柵編碼器在EP3E伺服驅動器的應用,通過實際測試與比較,配備23位增量式光柵編碼器的EP3E伺服能有效降低金屬切削加工的粗糙度。

2│前言
    國內伺服產業已經走過了將近20年的時間,一直都采用復合式或者省線式增量式光柵編碼器。隨著中國制造業產業水平的提升,對光柵編碼器的接口提出了高精度、高分辨力、線纜維護簡潔、配線方便等新要求。

    禹衡光學是中國最具實力的光柵編碼器及光學儀器專業研發及生產商,作為中國機床工具工業協會數顯分會理事長單位、全國量具量儀標準化技術委員會數顯裝置分技術委員會(SAC/TC132/SC3)委員單位、中國光柵編碼器及光學儀器行業的龍頭企業,禹衡光學主持制修訂了《光柵旋轉編碼器》、《光柵角度編碼器》等多項行業標準,其主導產品光柵編碼器的年生產能力已達100萬臺。

    武漢邁信電氣是國內最早開發全數字交流伺服驅動器的廠家,也是國內領先的伺服驅動器生產廠家,專注伺服驅動控制17年,最新研發設計的伺服驅動器EP3E系列為國內首個通過EPSG認證的伺服驅動器。

    禹衡光學與武漢邁信電氣率先合作,將禹衡光學增量總線式光柵編碼器產品應用在EP3E伺服驅動器上,禹衡光學增量總線式光柵編碼器的最高分辨力已達23位,在提高了伺服驅動器控制精度的同時,也將光柵編碼器線纜配線與維護簡單化。

3│禹衡光學增量總線式23位光柵編碼器

ZKD-69型增量總線式光柵編碼器具備以下技術性能:

配線簡潔:采用基于RS485協議接口的通訊線;

高速通訊:通訊速度為2.5Mbit/s,可擴展提速;

高速運轉:6000rpm最大旋轉速度,適合高速電機運轉;

高分辨力:17—23bit;

定位精度:10″~1″;

參數定制:根據用戶需求,可擴展參數范圍;

抗干擾性:可在脈沖群干擾±4.5KV、靜電干擾±8KV環境下,正常工作;

4│EP3E伺服驅動器
    EP3E伺服驅動器是最新一代支持POWERLINK總線的伺服產品,電壓等級涵蓋220V與380V,功率等級涵蓋100w到7.5kw,與禹衡光學增量總線式23位光柵編碼器配套,可適合用于高精度運動控制。

    EP3E伺服驅動器支持邁信MSL/MAL系列的伺服電機,通過配套MSL/MAL低齒槽轉矩的電機,速度環響應可以達到1.6kHz。

    EP3E是國內首家通過EPSG組織的一致性測試的POWERLINK伺服驅動器產品,因此可以很好的與國內各大廠家的具有POWERLINK接口的CNC控制器進行配合;同時,EP3E內置的電流環,速度環,以及位置環的控制周期分別為50us,100us,100us,支持實時以太網總線的抖動同步調整技術,可以充分滿足MC,CNC,robotics對于動態響應和同步性的要求。

    EP3E產品支持的工作模式,ProfilepositionMode,HomingMode,CyclicSynchronousVelocityMode,CyclicSynchronousPositionMode,InterpolatedPositionMode等模式。

5│禹衡光學ZKD-69型增量總線式光柵編碼器通訊協議
5.1位置通訊協議簡介

    伺服驅動器向編碼器發送一個字節的命令幀,在T2時間內,編碼器會發送出一個數據幀,數據幀為6個字節數據。每個字節為一位起始位,8位數據位,一位停止位。通信時序圖如下:

T1=0.5μS,T2≤10μ。例如,命令幀0x32,命令說明:用于獲取編碼器位置數據。

5.2數據存儲簡介

    伺服驅動器向編碼器發送五個字節的命令幀,在T2時間內,編碼器會發送出一個數據幀,數據幀為6個字節數據。每個字節為一位起始位,8位數據位,一位停止位。內部寄存器寬度為16位,寄存器地址為0~63。通信時序圖如下:T1=0.5μS,T2≤10mS。例如,命令0xA2,響應時間是11ms,該命令用于向編碼器用戶存儲區寫入數據。

5.3EP3E伺服驅動器硬件接口設計

    EP3E伺服驅動器,硬件設計上面采用FPGA通過控制RS485收發器來實現編碼器的位置讀取與數據存儲,RS485收發器外圍電路有很完善的保護與濾波電路。實際測試證明,ZKD-69型增量總線式光柵編碼器滿足各種電氣測試要求。

5.4EP3E通訊協議的實現

    在伺服驅動系統使能運行后,在每個50us的電流環控制周期讀取位置通訊協議如下圖所示:

6│禹衡光學ZKD-69型增量總線式光柵編碼器在EP3E應用的參數設置
    對于采用了禹衡光學23位增量總線式光柵編碼器在EP3E參數的配置主要有:

與POWERLINK相關的參數設置:

P300:POWERLINK站號,站號為1-239;

P304:0為普通模式,1為POWERLINK模式,使用POWERLINK設置為1;

P306:2為位置連續插值模式,1為速度連續插值模式,0為加速度連續插值模式,在CNC與機器人應用中設置為2;

P307:0:接收增量位寬,1:接收絕對位置,與CNC設置一般為1;

P027、P028為齒輪比設置,二者乘積為編碼器分辨力時可保證較好的控制精度,對于23位編碼器,可設置P027=8192,P028=16。

7│禹衡光學增量總線式光柵編碼器對系統加工精度的提升

    裝備了禹衡光學ZKD-69型增量總線式光柵編碼器的MS/MA電機,配合高性能的伺服控制算法,伺服響應帶寬提升明顯,速度響應帶寬可以達到1.6kHz,大幅降低金屬加工粗糙度。

8│結束語
    禹衡光學始終致力于為國內外伺服廠商提供高性能高品質的各種光柵編碼器,最新所推出的ZKD-69型增量總線式光柵編碼器配合EP3E伺服驅動器,可以有效提高伺服驅動器的響應帶寬,改善金屬切削的粗糙度,使金屬加工可以達到高光的效果。

   禹衡光學,傳感精誠,助力伺服產業振興。

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