PMAC多轴运动控制卡学习硬件.docx

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PMAC多轴运动控制卡学习硬件

PMAC控制卡学习（硬件）

第一章PMAC简介

1.1PMAC的含义和特点

1．PMAC的含义：

PMAC是programmultipleaxiscontroller可编程的多轴运动控制卡。

2.PMAC的特点：

PMAC卡是美国DeltaTau公司九十年代推出的多功能运动控制器，能够提供运动轴控制，PLC控制和数据采集等多种功能。

1.2PMAC的分类及区别

1.2.1PMAC的分类

1.PMAC卡按控制电机的来分：

有1型卡和2型卡。

1型卡控制信号为±10V模拟量，主要用速度方式控制伺服电。

2型卡输出PWM数字量信号，可直接变为PULSE+DIR信号，来控制步进电机和位置控制方式的伺服电机。

2.PMAC卡按控制轴数来分：

有2轴卡（MINIPMACPCI），4轴卡（PMACPCILite，PMAC2PCILite，PMAC2A-PC/104及Clipper），8轴卡：

（PMAC-PCI，PMAC2-PCI，PMAC2A-PC/104及Clipper），32轴卡：

（TURBOPMAC和TURBOPMAC2）。

3.PMAC卡按通讯总线形式分：

有ISA总线，PCI总线，PCI04总线，网口和VME总线。

PMAC各种轴数的1型和2型卡，都有上述的计算机总线方式供选择。

　PMAC除上述形式外，还可以提供集成的系统级产品．有：

UMAC，IMAC400，IMAC800，IMACflexADVANTAGE400，ADVANTAGE900等。

1.2.2PMAC1型卡与2型卡的主要区别

PMAC1

PMAC2

CPU时钟（缺省）

20MHZ

40MHZ

控制信号形式

DAC模拟量

PWM数字量

双端口RAM选项

只有8轴卡不在板

在板

在板I/O点数

16IN16OUT

32IN/OUT+8IN8OUT

常用接线板

ACC8DACCP

ACC8FACC8SACC8E

第二章TurboPMACClipper控制器硬件配置

2.1TurboPMACClipper控制器简介

TurboPMACClipper控制器（TurboPMAC2Eth-Lite）是一款具备全部TurboPMAC特征的，用于对成本极端敏感的应用的多轴运动控制器。

这种功能强大的，但是又同时具备结构紧凑和超高性价比优点的多轴运动控制器，标准版本即带有Ethernet以太网和RS232通讯接口以及内置I/O。

Clipper控制器不仅采用了一颗完整的TurboPMAC2-CPU而且提供了一个四轴伺服或步进控制加32个数字I/O点的最小配置，控制轴数和I/O还可以扩展。

2.2TurboPMACClipper硬件配置

2.2.1TurboPMACClipper硬件标准配置为：

●电路板尺寸是110mm×220mm；

●80MHzDSP56303TurboPMACCPU（CPU时钟频率为80MHZ）；

●256kx24用户SRAM（即静态随机存储器,是一种具有静止存取功能的，不需要刷新电路即能保存它内部存储的数据。

存储容量为256K,地址线有24条。

）；

●1Mx8flashmermory用于备份及固件存储；（闪存是一种非易失性，即断电数据也不会丢失。

内存为1M，8条I/O接口。

）；

●RS-232串行接口；（上的之一，通常RS-232接口以9个?

（DB-9）的型态出现，一般个人上会有两组RS-232接口，分别称为COM1和COM2。

）；

●100Mbps以太网接口；（传输速率100Mbps=100/8=12.5MB/s）

●480MbpsUSB2.0接口；

●4通道轴接口电路，每个通道包含：

Ø在板模拟量±10V（12位）输出（输出的量为模拟量即为“模拟量输出”。

最常用的地方是电子技术领域，比如DA转换输出的即为模拟电流/（连续变化的电流/电压），模拟整流电路输出的也是模拟量。

）；

Ø在板脉冲加方向数字输出；

Ø3通道差分/单端编码器信号输入（差分信号：

差分传输在两根线上都传输信号，这两个信号的相等，相反。

差分信号传输的是两根信号之间的电平差。

单端信号是在一跟导线上传输的与地之间的电平差。

）；

Ø5个标志信号输入（限位，回零，报警等），2个标志信号输出；

●UVWTTL-level霍尔传感器输入（霍尔效应是的一种，当垂直于外磁场通过导体时，在导体的平行于和电流方向的两个端面之间会出现，这一现象就是霍尔效应。

这个电势差也被称为霍尔电势差。

霍尔是根据霍尔效应制作的一种磁场，用途有:

检测磁场或磁特性,位移测量，力测量，角速度测量，线速度测量等。

TTL（TTL-level）是一种采用规定表示的数据信号，TTL的电源工作电压是5V，所以TTL的电平是根据电源电压5V来定的,+5V等价于逻辑“1”，0V等价于逻辑“0”，这被称做TTL（晶体管-晶体管逻辑电平）信号系统，这是控制的设备内部各部分之间通信的标准技术。

）。

●50针IDC接头的放大器/编码器接口（IDC即InternetDataCenter，即是基于网络，为集中式收集、存储、处理和发送数据的设备提供运行维护的设施基地并提供相关的服务。

IDC提供的主要业务包括域名注册查询主机托管（机位、机架、机房出租）、资源出租（如业务、服务）、系统维护（系统配置、数据备份、故障排除服务）、管理服务（如带宽管理、流量分析、负载均衡、入侵检测、系统漏洞诊断），以及其他支撑、运行服务等。

）

IDC接头

●34针IDC接头的标志位接口；

●4针Molex供电接口（5V,±12V（±12V仅为模拟量输入或输出时使用）,GND）；

Molex接头

●PID/陷波/前馈控制算法（PID控制算法是将偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）通过线性组合构成，对被控对象进行控制。

PID控制器（亦称PID调节器）是应用最为广泛的一种自动控制器。

陷波，是电力电子装置在正常工作情况下，交流输入电流从一相切换到另一相时产生的周期性电压扰动。

陷波器是利用压电效应制成的带阻滤波器,它的作用是阻止或滤掉信号中有害分量对电路的影响。

前馈控制指通过观察情况、收集整理信息、掌握规律、预测趋势，正确预计未来可能出现的问题，提前采取措施，将可能发生的偏差消除在萌芽状态中，为避免在未来不同发展阶段可能出现的问题而事先采取的措施，是在企业生产经营活动开始之前进行的控制，是一种开环控制。

）；

●32个通用TTL电平I/O点（方向可控）:

Ø16位复用端口，支持DeltaTau的I/O附件（系统在复用端口上进行通讯，只对输入的信息进行字符匹配，不对网络数据进行任何拦截、复制类操作，所以对网络数据的传输性能丝毫不受影响。

）；

Ø16位Opto端口，支持Opto-22类型设备（OPTO22是PAC产品之一，由美国opto22公司生产制作，目前全球唯一提供终身保用承诺的工控产品。

）。

●2路手轮端口，每路包含：

Ø正交编码器输入；

Ø脉冲（PFM或PWM）输出（开关电源的控制技术主要有三种：

（1）脉冲宽度调制（PWM）；

（2）脉冲频率调制（PFM）；（3）脉冲宽度频率调制（PWM-PFM）。

脉宽宽度调制式（PWM）开关型稳压电路是在控制电路输出频率不变的情况下，通过电压反馈调整其占空比，从而达到稳定输出电压的目的。

PFM：

（Pulse?

frequency?

modulation）?

脉冲频率调制是一种脉冲调制技术，调制信号的频率随输入信号幅值而变化，其占空比不变。

由于调制信号通常为频率变化的方波信号，因此，PFM也叫做方波FM）。

2.2.2TurboPMACClipper控制器可选附件

轴接口板

●ACC-1P-4通道轴扩展接口板，反馈和I/O扩展接口板；

●ACC-8ES-4通道模拟量输出接口板；

●ACC-8FS-4通道数字PWM输出接口板。

（接口板主要用途：

1.通过并口线与电脑并口连接，输出部分电机驱动器连接，即可用电脑直接控制电机的运动，支持MACH、KCAM等软件2.有功率输出接口，且每个功率输出都可以分别用不同的电压控制，最高控制电压100V。

其中主轴并口为PWM调速控制，可在MACH3软件中实现调速控制，继电器控制并口可接MACH3软件中控制开关；2.有限位和急停接口，简单的连接两根线就可以实现限位和急停功能，并且限位和急停接口都有光耦与并口隔离。

）

反馈接口板

●ACC-1P-4通道轴扩展接口板，反馈和I/O扩展接口板；

●ACC-51S-x4096高分辨率正弦编码器细分板；

●ACC-8TS-ACC-28B附件的高分辨率模拟量输入扩展接口板。

2.2.2.3数字I/O接口板

●ACC-1P-4通道轴扩展接口板，反馈和I/O扩展接口板；

第三章TurboPMACClipper设备连接

一般的，用户使用带端接模块的扁平电缆与Clipper进行连接，建议使用下列接线端子：

●34针IDC接头（Phoenix产品编号2281063）DeltaTau产品编号100-FLKM34-000

●50针IDC接头（Phoenix产品编号2281089）DeltaTau产品编号100-FLKM50-000

3.1板卡安装

Clipper一般作为独立板卡控制器使用，在电路板的四个角和板的边缘均有安装孔。

ACC-1P或其他附件卡在Clipper电路板的叠放次序与使用无太大关系。

3.2控制卡供电

3.2.1数字电源供电

Clipper电路板与其他附件卡正常工作状态下均需要1A@5V直流供电，然而Clipper电路板的浪涌电流可能达到3A，所以建议使用6A@5V供电电源。

+5V及参考地应接到TB1端子，使用18AWG标准线缆。

3.2.2DAC（数字/模拟转换）输出电路供电

0.3A@+12到+15V（4.5W）

0.25A@-12到-15V（3.8W）（8通道配置）

DAC的±12V电源以及参考地可以由TB1端子引入，也可以从JMACH1接头引入?

。

3.2.3标志位供电

Clipper每个通道均有5个专用的数字输入点，这些点可以在设备接口上找到，分别名为：

PLIMn,MLIMn（正、负行程限位）,HOMEn（回零标志）,FAULTn（放大器故障）,以及USERn（用户输入）。

这些点对应的输入电路可以使用5～24V电源供电，电源及参考地同样可以引自TB1端子或JMACH1接头。

3.3限位及回零开关

当这些输入点用作其原有的限位及回零功能时，会提供安全的精确硬件触发。

PLIMn和MLIMn是基于方向的限位控制，输入导通时才会允许电机运行。

如果未接入限位开关，要想使电机运行，必须通过设置Ix24变量以禁用限位功能。

3.3.1限位类型

PMAC限位须使用常闭且连接到低电平的连接方式，以免无故处于限位状态。

这样的设置会提供一个故障安全条件，通常会使用一个被动的常闭开关。

如果需使用接近开关，则应使用5到24V对地常闭的NPNsinking型开关。

3.3.2回零开关

与必须是常闭且连接到低电平的限位开关不同，回零开关可以使用常开或常闭开关，极性设定通过设置I7mn2进行选择。

3.4电机信号连接

3.4.1增量式编码器连接

每一个JMACH1接头均会提供2路+5V输出和2个参考地，用于对编码器或其他设备供电。

+5V输出位于第1、2两针，参考地位于第3、4两针。

编码器信号针脚按编码器的顺序分组，例如：

1号信号组（CHA1+，CHA1-，CHB1+，CHC1+等等）隶属于1号编码器。

编码器号码通常与电机号码匹配，但这并非必须将编码器的A、B（正交）信号连接到对应的接头，对于编码器1，CHA1+位于第5针，CHB1+位于第9针。

如果编码器的信号为单端信号，只需将额外的引脚悬空即可—不可接地。

但是如果使用单端信号编码器，需要检查电阻设置，对于差分编码器，将对应负信号接到端子上—CHA1-接到第7脚，CHB1-接到第11脚，第三个通道（索引脉冲）为可选，对于编码器1，CHC1+应接到第13脚，CHC1-接到第15脚。

连接示例：

差分正交编码器接入1号编码器通道：

3.4.2DAC输出信号

如果PMAC不负责电机换相，则仅需要输出一路模拟量指令来控制电机。

该路模拟量可以是单端或差分信号，这取决于所用的驱动器。

如果1通道使用单端指令，需将DAC1+（第29脚）接到驱动器的指令输入端口，将电机的指令信号返回线接到PMAC的GND（第48脚），在这样的设置中，DAC1-保持悬空，不要接地。

如果1通道使用差分指令，须将DAC1+（第29脚）接到驱动器指令输入的正端，将DAC1-（第31脚）接到指令输入的负端，PMAC的GND仍然接到驱动器的公共端。

模拟量输出在不使用其原有伺服功能时，均可作为通用模拟量输出使用，只需使M变量指向输出寄存器，并向对应的M变量中写入数值，PMAC即会输出对应的模拟量。

模拟量输出只能驱动一个高输入阻抗且无显着电流损耗（最高10mA）的电路，因为虽然220?

输出电阻会使电流损耗小于50mA，以避免对输出电路造成损害，但超过10mA的电流损耗仍会导致信号失真。

例如：

3.4.3脉冲&方向（步进）驱动

Clipper或Acc-1P电路板可输出脉冲&方向信号，可以控制步进驱动器或混合式驱动器，脉冲信号为TTL电平。

3.4.4放大器使能信号（AENAn/DIRn）

大多数驱动器具有使能/禁用信号输入接口，允许控制器在需要时完全禁止驱动器输出，PMAC的AENA引脚便对应此功能。

AENA1位于第33脚，信号为OC门输出，可使用3.3k?

外部上拉电阻。

3.4.5放大器错误信号（FAULT-）

PMAC可以接收驱动器的错误报警信号以便知晓驱动器工作是否正常，是否需要切断输入及使能。

报警信号极性可以通过Ixx24变量进行设置。

FAULT-位于第35脚，默认设置下，该信号在错误状态下将会下拉以报错，这样的设置下，如果没有连接错误信号，PMAC会认为电机未处于报警状态。

3.4.6可选模拟量输入

可选的模拟量输入可以通过在基板上增加Option12或在Acc-1P上增加Option2来实现，每个选项可提供两路12位模拟量输入（范围-10V~+10V）和1路12位滤波PWM模拟量输出。

3.4.7位置比较输出

位置比较（EQU）输出可在编码器到达预定位置时产生一个信号沿，这在搜索和测量应用时非常有效，具体使用方法在PMAC2用户手册中有详细介绍。

3.4.8串行接口（JRS232）

如果要使用串行通讯，需要将当前Clipper的J2串行通讯口与PC的COM口使用线缆连接。

DeltaTau提供了Acc-3L线缆可以连接PMAC和DB-9接口的串口。

在特定的应用中，可能需要标准的DB-9转DB-25或DB-25转DB-9转接器。

3.5设备连接示例

1.设备连接示例：

使用±10V模拟量放大器

2.设备连接示例：

使用脉冲&方向驱动器

3.6接口及指示灯定义

●J2-串行接口（JRS232）

该接口可以使PMAC与上位机通过RS-232端口进行通讯，DeltaTau提供了Acc-3L电缆将PMAC接口转为DB-9端子。

1.10针母头扁平电缆接口T&BAnsleyP/N609-1041。

2.标准10线扁平电缆T&BAnsleyP/N171-10。

●J3-设备接口（JMACH1）

JMACH1为主要的设备接口，在PMAC上标志为J3。

JMACH1包含了四个通道的设备I/O：

模拟量输出、增量式编码器输入、放大器错误及使能信号以及供电接口。

1.50针母头扁平电缆接口T&BAnsleyP/N609-5041

2.标准50线扁平电缆T&BAnsleyP/N171-50

3.Phoenix端子型号FLKM50（公头）P/N2281089

●J4-设备接口（JMACH2）

该设备接口在PMAC上的标识为JMACH2或J4。

包含4个通道的设备I/O：

限位输入标志、回零标志、脉冲加方向输出信号，另外B_WDO输出允许显示看门狗的状态。

1.34针母头扁平电缆连接T&BAnsleyP/N609-3441

2.标准34线扁平电缆T&BAnsleyP/N171-34

3.Phoenix端子型号FLKM34（malepins）P/N2281063

●J7-设备接口（JMACH3）

该设备接口在PMAC上的标号为JMACH3或J7，包含了4个通道用于霍尔器件换相的U,V,W标志。

1.14针母头扁平电缆连接DeltaTauP/N014-R00F14-0K0,T&BAnsleyP/N

609-1441

2.标准14线扁平电缆171-14T&BAnsley

3.Phoenix端子型号FLKM14（malepins）P/N2281021

●J8-多功能复用端口（JTHW）

位于JTHW接口的复用端口含有8个输入线及8个输出线，输出线可用于扩展大量的输入和输出点，DeltaTau提供了附件板卡及软件设置（特殊的M变量定义）以实现此特性。

可通过级联接法扩展多达32块复用I/O板。

1.26针母头扁平电缆连接T&BAnsleyP/N609-2641

2.标准26线扁平电缆T&BAnsleyP/N171.26

3.Phoenix端子型号FLKM26（公头）P/N2281050

●J9-通用数字输入输出端口（JOPT）

Acc-1P的JOPT端口提供了8个通用数字输入和8个通用数字输出。

每个输入和输出有其对应的参考地，34针接头支持OPTO-22或等效的光隔I/O模块。

1.34针母头扁平电缆连接T&BAnsleyP/N609-3441

2.标准34线扁平电缆T&BAnsleyP/N171-34

3.Phoenix端子型号FLKM34（malepins）P/N2281063

●J10-手轮及脉冲&方向接口（JHW/PD）

该端口在PMAC上的标号为JHW/PD或J10，提供了来自DSPGate2的2路正交编码器输入及脉冲输出（PFM或PWM）对。

1.26针母头扁平电缆连接T&BAnsleyP/N609-2641

2.标准26线扁平电缆T&BAnsleyP/N171.26

3.Phoenix端子型号FLKM26（公头）P/N2281050

●J13-USB通讯接口

该端口提供了USB通讯接口，详情参考设备连接章节。

●J14-以太网通讯接口

该端口提供了以太网接口，详情参考设备连接章节。

●TB1-供电接口（JPWR）

该端口为供电接口

●LED指示灯

D3：

双色LED，当LED为绿色时表示电源供应正常，当LED为红色时，表示触发了看门狗定时器。

3.7跳线定义

注：

跳线是用于上两需求点的金属设备，用于。

对于电路板设计中提及到的跳线，指短距离的连接线，类似于。

在PCB设计时，无法通过PCB布线使得需要连通的两点通过PCB铜箔连接，或PCB铜箔连接无法达到电气参数要求，或PCB已生产出来后上的缺陷需要弥补而采用含有绝缘层的导线。

●E0：

强制复位控制—在正常使用中应去掉E0，跳上E0会使PMAC处于强制复位状态，该操作仅用于恢复出厂设置时使用，E0跳上时PMAC处于不可操作状态。

●E1和E2：

串口选择（仅适用于102或更低版本）—这些跳线会为串行接口选择CPU，可选主PMACCPU或是以太网CPU（更改IP地址）。

E1和E2必须使用相同的设置。

Ø1-2选择主CPU

Ø2-3选择以太网CPU

●E3：

硬件复位控制—如果E3处移除状态（默认），PMAC会执行正常复位，将最近保存在flash存储中的数据加载到随机存储器中，如果E3处于跳上状态，PMAC会在复位时执行初始化，将出厂设置加载到随机存储器中。

●E4：

禁用看门狗定时器—在正常使用中，E4必须处于断开状态，以保证看门狗定时器执行，这是一个重要的安全特性。

可以在需要时短接E4来禁用看门狗，以针对性的解决问题。

●E5：

仅用于厂家设置：

Ø102或更高版本—在正常使用时必须移除E5。

Ø101或更低版本—在正常使用时应将E5的1，2针跳上。

●E6：

ADC使能—跳上E6可以使能Option12的模数转换电路，去掉跳线会禁用此功能，这在同时有带电流反馈的数字驱动器和Option12时是必要的。

●E8：

USB/以太网写保护—跳上E8才可以更改IP地址。

●E10-E12：

上电状态—E10必须为OFF，E11、E12必须为ON，这样上电或复位时CPU才会从FLSAH中读取固件。

在正常操作中这样的设置是必须的（其他设置仅供厂家使用）。

●E13：

固件加载—如果在上电/复位时E13是跳上的，Clipper会以引导模式启动，将固件加载到Flash存储芯片中。

当PMAC上位机程序以此模式建立与板的通讯，他会自动检测到Clipper处于引导模式并让用户选择作为新固件下载的文件。

E13在正常上电和复位时必须是关闭的。

●E14-E17：

端口方向控制—这些跳线可选择JTHW和JOPT端口的I/O点方向。

可以使用这些跳线将这些点都设为输入，或输出，也可以设为一半输入，一半输出。

具体见下图：

注：

如果将E14移除，或将E15跳上，那么在JTHW的复用功能将不再可用。

3.8TurboPMACClipper端口布置及控制结构图

TurboPMACClipper各端口3D布置图

TurboPMACClipper各端口平面布置图

3PSS/S样机控制系统结构图

附件

1.接口各针脚定义

2.电路板尺寸及孔位置

图示为REV-103与REV-I04