AC Servo Motor & Drive Exemplos de programação PDL

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1 AC Servo Motor & Drive Exemplos de programação PDL

2 Sumário Prefácio : Homing index... 3 Instruções para utilização :... 3 Notas da Aplicação: : Parada forçada por colisão e homing... 5 Instruções para utilização:... 6 Notas da Aplicação: : Pulso na I/O move o motor a uma distância fixa... 8 Instruções para utilização:... 9 Notas da Aplicação: : Conversão de unidades Instruções para utilização: Notas da Aplicação: : Função grava e busca posição Instruções para utilização: Notas da Aplicação: : Movimento continuo (JOG) Instruções para utilização: Notas da Aplicação: HIWIN Mikrosystem Corp. 1

3 Servo motor Prefácio Torque constante em toda faixa de velocidade Baixa inércia do rotor Alta capacidade de sobrecarga Alta rigidez no eixo Precisão no posicionamento e encoder de alta resolução Respostas rápidas no movimento e na aceleração Servo Drive Supressão de ruídos E-gear e emulador de encoder Software de fácil parametrização Tamanho compacto Auto-tuning de ganhos Compensação de backlash em fusos de esferas Monitoração em tempo real Programação PDL PDL(Process Description Language) é uma linguagem de programação simples usada para escrever programas PDL que rodam nos controladores HIWIN. O programa PDL é escrito no host (PC) por qualquer editor de texto padrão (*.txt). Este arquivo é compilado (*.pdl) e enviado para o drive. O processador do software pode manipular todas as variáveis do driver (controle do motor, I/O, comunicação, velocidade, rampas, etc) e também interpretar um PDL compilado armazenado na memória flash. Os principais recursos do PDL são: Multitasking recurso para rodar várias tasks em paralelo. (até 4 tasks) Variáveis de usuário são definidas (nome, tipo, tamanho) dentro do programa. Suporta arrays e pointers. Procedimentos com parâmetros. Loop, while, if, else, till, goto comandos para controlar o nível do programa. Funções matemáticas. Lock, Unlock comandos para realizar sincronização de tasks. Capacidade de memória para o código é de até 128 Kbytes. Capacidade de memória para variáveis de usuário de até long words. HIWIN Mikrosystem Corp. 2

4 1 : Homing index Número do programa : 1 Nome do arquivo : 1.pdl Drive aplicável : Drive série D2 Versão do software : Lightening Firmware do drive : FR Função : Após um pulso de um controlador externo na entrada digital I2 inicia-se a função homing. Quando home estiver OK a saída digital O2 envia um pulso de resposta para o controlador externo. Entrada utilizada : I2 Saída utilizada : O2 Programa : // =============================macros=================================================== #define pulse_width 20 // Define a largura do pulso de saída (ms) // =============================programa principal========================================= #task/1; // estabelece a serie de tarefas como task 1 _input_home_loop: till(~i2); // I2 aguarda em estado OFF setoff O2; // O2 e definida no estado OFF till(i2); // Aguarde ate que o I2 fique ON call _go_home; goto _input_home_loop; // =========== procedimento de homing ============== _go_home: call _X_init_exec; // Chama o recurso homing interno no software do drive sleep 100; // Atraso de 100 ms till(x_i_flag<>1); // Espera a funcao de homing terminar if(x_i_flag<>2) do // Se o flag X_I_flag nao for 2, entao indica falha no homing retprintl/101("falha no processo de homing."); goto _input_home_loop; // após homing OK, pulso de saída para controlador externo seton O2; // O2 esta definido em estado ON sleep pulse_width; // Atraso de uma largura de pulso definida setoff O2; // O2 e definido no estado OFF Instruções para utilização : O programa de exemplo é iniciado por uma entrada digital I2 que executa a função interna homing, e no retorno para posição depois que o programa estiver concluído, o terminal de saída digital O2 emite um pulso para o controlador externo com a largura de pulso que pode ser definida pelo próprio usuário. HIWIN Mikrosystem Corp. 3

5 Notas da Aplicação: Antes de entrar no programa principal, declaramos a tarefa numero um como #task/1 com o objetivo de o usuário trabalhar com a função multitarefas. O aplicativo PDL pode executar simultaneamente até quatro tarefas (codificadas de 0 a 3), onde 0 é a tarefa de sistema (sys.pdl) e as restantes (1 a 3) podem ser alteradas livremente pelo usuário. No software do drive, a função _X_init_exec é caracterizada como a função de homing. Ao ser executada, ele realiza o movimento busca de posição home. Os parâmetros referentes a essa função estão definidos na janela HOMING da pagina APPLICATION CENTER, conforme mostrado na figura 1.1. Figura 1.1 Também no programa de exemplo, é usado no homing um flag X_I_flag variável, que indica o status atual do homing, como mostra a Tabela 1-1. Tabela 1-1 de variáveis de estado X_I_flag do homing X_I_flag Flag de estados do homing -1 Falha do homing 0 Homing ainda não executados 1 Homing sendo executado 2 Homing ok Ao utilizar entradas digitais na aplicação PDL desencadeando eventos, o usuário deve defini-las como Not Configured para evitar conflitos com a função. No programa de exemplo, a largura de pulso (pulse width) é definida pelo usuário com a intenção de prolongar o tempo do sinal recebido pelo controlador externo a fim de evitar erros. HIWIN Mikrosystem Corp. 4

6 2 : Parada forçada por colisão e homing Numero do programa : 2 Nome do arquivo : 2.pdl Drive aplicável : Drive série D2 Versão do software : Lightening Firmware do drive : FR Função : O motor se move na direção negativa e quando há uma colisão forçada a corrente de saída atinge o valor limite definido, então o motor ira partir para o sentido positivo e concluir uma função de homing. Entrada utilizada : I2 Saída utilizada : nenhuma Programa : // =============================macros================================================== #define BackDistance // Definir uma distancia da parada forcada #define CurrThreshold 0.05 // Definir limite de corrente #define JogVel // Configuracao da velocidade de busca da parada forcada // =============================programa principal========================================= #task/1; // estabelece a serie de tarefas como task 1 #long OriginalHomeVel; #long HomeVel; _input_home_loop: till(~i2 & X_ready); // Espere I2 em estado OFF e servo pronto till(i2); call _go_home; goto _input_home_loop; // =========== procedimento de homing ============== _go_home: X_index_vel = 10000; // Velocidade de homing definido pelo usuario // programa de procura da parada por colisão printl/101("inicio da busca de parada negativa."); X_jvl = -JogVel; // Deslocamento continuo na direcao negativa till (X_curr_abs > CurrThreshold); // Aguarda atingir o limite de corrente X_stop_m = 1; // Comando de parada do motor if(x_en=0) do printl/101("falha na busca!"); goto _input_home_loop; till (~X_run); printl/101("parada encontrada, voltando."); X_trg = X_ref_pos + BackDistance; // Distancia de retorno apos parada forcada sleep 100; till (~X_run); // Inicia procedimento de homing index printl/101("inicio da busca index."); HIWIN Mikrosystem Corp. 5

7 call _X_init_exec; // Chama o recurso homing interno no software do drive sleep 100; till(x_i_flag<>1); if(x_i_flag<>2) do printl/101("falha no processo de homing!"); else do printl/101("processo de homing ok!."); Instruções para utilização: O programa é iniciado por uma entrada digital I2 que começa um movimento negativo no motor com velocidade definida pelo usuário, que tem sua parada acionada por um sensor de limite onde ocorre um travamento no eixo do motor causando uma sobrecorrente. Após isso, o motor retorna para uma posição definida pelo usuário e inicia-se a função homing index. Na primeira parte do programa, o usuário precisa definir o limite de corrente (CurrThreshold), sendo que os principais fatores que influenciam na definição da corrente são a carga e o atrito. Para que o usuário possa definir o valor limite da corrente, a interface do software possui um osciloscópio gráfico (Scope) para observar a corrente de saída real (real actual). Para definir, siga as seguintes etapas: Passo 1 : Capte as alterações atuais no valor de toda o percurso e clique neste botão para terminar dados de captura. Passo 3: Clique nesse botão para abrir a tabela de estatísticas. Passo 2: Clique nesse botão para abrir a janela Plot view. Passo:4 Registre o valor curr_abs máximo. Figura 2.1 HIWIN Mikrosystem Corp. 6

8 Passo 2.1. Complete a transferência do programa e fique online no software. Passo 2.2. Abra o Osciloscópio gráfico para observar o valor de corrente atual. Passo 2.3. Use a parada forçada a fim de parar o movimento (JogVel) após o curso completo. Passo 2.4. Observar as alterações reais, e gravar o seu valor máximo. Passo 2.5. O valor máximo de corrente é definido como ligeiramente maior que o valor máximo curr_abs, como mostrado no gráfico da figura 2.1. O valor de corrente não pode ser definido muito alto, caso contrário, a colisão da parada forçada pode danificar o equipamento. Notas da Aplicação: Caso o usuário necessite usar um fim de curso para dar um pulso, poderá fazer uma pequena alteração no programa e nas configurações das entradas digitais. 1. Configuração no software: No I/O center defina Limit Switch nas configurações das entradas digitais, como mostrado na figura abaixo: Figura Configuração no programa: Uma vez configurada a entrada I6 como Left Limit Switch, seguem as modificações a serem feitas: till (X_curr_abs > CurrThreshold); modificado para till (I6); Ou a entrada I9, caso o motor estiver girando para o outro lado. Lembrando que essas funções podem ser configuradas em qualquer entrada, não necessariamente I6 e I9, e não é necessário definir o limite atual. Além disso, o programa usa as funções X_stop, para parada do motor e X_index_vel, para definir a velocidade e a direção da função homing. No exemplo, o código X_stop=1 é o comando que para o motor, e a instrução X_index_vel é o valor do campo de velocidade slower speed, mostrado na figura 1.1. HIWIN Mikrosystem Corp. 7

9 3 : Pulso na I/O move o motor a uma distância fixa Numero do programa : 3 Nome do arquivo : 3.pdl Drive aplicável : Drive série D2 Versão do software : Lightening Firmware do drive : FR Função : I1 e I1 são acionadas através de um pulso na entrada digital para que o motor se move para uma distância fixa, onde I1 movera no sentido positivo e I2 no negativo. Entrada utilizada : I1, I2 Saída utilizada : nenhuma Programa : // =============================macros================================================== #define distance //Define a distancia a ser percorrida (count) // =============================programa principal========================================= #task/1; // Estabelece a serie de tarefas como task 1 _trigger_loop: till (X_en = 1); // Aguarda o motor estar habilitado if (I1) do // Com entrada I2 ativada executa sentido positivo X_trg = X_ref_pos + distance; // Se move no sentido positivo numa distancia fixa sleep 50; // Espera um tempo de 50 ms till (~X_run); // Aguarda ate que o motor para o movimento printl/101("movimento positivo feito."); till (~I1); if (I2) do // Com entrada I1 ativada executa sentido negativo X_trg = X_ref_pos - distance; // Se move no sentido negativo numa distancia fixa sleep 50; till (~X_run); printl/101("movimento negativo feito."); till (~I2); goto _trigger_loop; HIWIN Mikrosystem Corp. 8

10 Instruções para utilização: Os usuários podem definir a distância do movimento na variável distance, que é acionado por uma entrada digital I2 ou I3, e tem o sentido positivo ou negativo. No início de cada rotina _trigger_loop, pode se usar também o flag X_ready para aguardar o motor habilitado, conforme mostrado na Tabela 3-1. Notas da Aplicação: No programa PDL, a instrução X_trg executa um movimento em coordenada absoluta. Se o feedback do valor atual do encoder for diferente ao do solicitado pelo movimento, o motor move-se para posição X_trg. Além disso, pode-se alterar o valor do deslocamento durante o funcionamento do programa. Quando o usuário necessita a função X_trg para obter movimento em coordenadas relativas, é necessário escrever no programa uma posição de referência. Os dois exemplos a seguir ilustram uma posição de referencia utilizando uma posição de feedback: o X_trg = X_enc_pos + distance; o X_trg = X_ref_pos + distance; No primeiro exemplo, poderá ocorrer um erro acumulado de posicionamento porque entre o tempo de um comando e outro pode haver mudanças nos valores de referencia de posicionamento do encoder, que devido a imperfeições no sistema mecânico ou pequenas variações de posição do eixo do motor acarretam erros cumulativos na leitura do encoder dentro do programa PDL. Portanto, ao trabalhar com a função X_trg no PDL com coordenadas relativas, é recomendado utilizar o segundo exemplo (posição de referência) para evitar esses problemas. HIWIN Mikrosystem Corp. 9

11 4 : Conversão de unidades Numero do programa : 4 Nome do arquivo : 4.pdl Drive aplicável : Drive série D2 Versão do software : Lightening Firmware do drive : FR Função : As unidades mm e graus(deg) serão convertidas para count, afim de facilitar os cálculos para trabalhar com os motore e suas relações. Entrada utilizada : nenhuma Saída utilizada : nenhuma Programa : // =============================macros================================================== #define distance 45 // Defina a distancia percorrida (mm ou deg) // =============================programa principal========================================= // Quando utilizar motor linear, a conversao sera de mm para count // Quando utilizar AC servo motor com fuso de esferas, conversao do passo em mm para count // Quando utilizar Torque motor, conversao de graus (deg) para count // =============================================================== #task/1; // Estabelece a serie de tarefas como task 1 #float LMCntPerMM; #float distemp; if (X_rotaryType=2) do distemp = distance; distemp = distemp / X_pitchScrew; distemp = distemp * X_cntperunit; if (X_rotaryType=1) do distemp = distance; distemp = distemp / 360; distemp = distemp * X_cntperunit; if (X_rotaryType=0) do LMCntPerMM = X_cntperunit / 100; distemp = distance; distemp = distemp * LMCntPerMM; // Determina o tipo AC Servo motor // Conversao de mm para rev // Conversao de rev para count // Determina o tipo Torque motor // Conversao de deg para rev // Conversao de rev para count // Determina o tipo Linear motor // A resolucao do count/100mm convertida em count/mm // Conversao de mm para count HIWIN Mikrosystem Corp. 10

12 Instruções para utilização: Todos os parâmetros de movimento (como velocidade X_vel_max, aceleração X_acc, desaceleração X_dcc, etc...) e parâmetros de posição são calculados, a fim de facilitar o programa PDL. Este exemplo permite que o usuário faça manualmente as conversões de unidades antes de executar outros programas e solucionar problemas complexos. Como exemplo, #define distance 45 é o comando relativo a distancia de 45 mm que um motor linear ira se mover a partir da posição atual e o resultado do calculo estará em distemp. A programação usada sera: X_trg = X_ref_pos + distemp Notas da Aplicação: Neste programa de exemplo, há um registro interno com unidade variável que indica o passo do fuso numa configuração de AC Servo Motor: X_pitchScrew Além disso, o registro X_rotaryType indica a escolha do motor padrão, como mostrado na tabela 4-1: Tabela 4-1 de variáveis de estado X_rotaryType X_rotaryType Motores padrão 0 Linear Motor 1 Torque Motor 2 AC Servo Motor Também nesse exemplo é utilizado o registro interno X_cntperunit, que é a variável da resolução do encoder. A definição dessa variável vai muda segundo os diferentes tipos de motores, como mostrado na Tabela 4-2: Tabela 4-2 de tipos de resolução X_cntperunit Motores padrão Resolução X_cntperunit Linear Motor Count/100mm Torque Motor Count/rev AC Servo Motor Count/rev HIWIN Mikrosystem Corp. 11

13 5 : Função grava e busca posição Numero do programa : 5 Nome do arquivo : 5.pdl Drive aplicável : Drive série D2 Versão do software : Lightening Firmware do drive : FR Função : Com esse programa o usuário pode, através de um pulso numa entrada digital, gravar valores de posições e, por uma combinação de outras entradas, pode carregar esses valores posteriormente. Entrada utilizada : I2, I3, I4, I6 Saída utilizada : nenhuma Programa : // =============================macros================================================== #define BufferSize 4 // Define o tamanha do registro de gravacao // =============================variáveis globais=========================================== #short BufferNum; // Valor do indice do registro de busca #long PosBuff[BufferSize]; // Registro de Localizacao, utilizado para armazenar as posicoes // =============================programa principal========================================= #task/1; // Estabelece a serie de tarefas como task 1 BufferNum=0; // Posicao inicial do registrador de indice _trigger_loop: if (I2) do // Quando I2 em estado on, a posicao atual e gravada call _PosMem; // Chama a sub-rotina que grava posicao de memoria till (~I2); if (I6) do if (X_en=0) do // Motor nao habilitado printl/101("motor nao habilitado!"); // Imprime mensagem de aviso till (~I6); goto _trigger_loop; // Espera I6=0 para voltar ao inicio call _Move2Tar; // Chama sub-rotina que move para posicao gravada till (~I6); goto _trigger_loop; // ==============Programa PosMem====================== // Descrição: grava a posição nos registros específicos _PosMem: #long postemp; postemp=x_enc_pos; PosBuff[BufferNum]= postemp; // A posicao de feedback do encoder e armazenada printl/103("ponto %ld, Posicao=%ld ",BufferNum, postemp); // Imprime o numero da posicao e seu valor HIWIN Mikrosystem Corp. 12

14 BufferNum+=1; if (BufferNum=BufferSize) do BufferNum=0; // Move para o proximo registro de armazenamento // Quantidade de registros nao pode exceder o tamanho maximo // Volta para o primeiro registro // ==============Programa Move2Tar====================== // Descrição: Com a configuração de I4 e I3, seleciona uma posição para movimento _Move2Tar: #short index; if (~I4 & ~I3) do //(I4,I3) = (0,0) index =0; if (~I4 & I3) do //(I4,I3) = (0,1) index=1; if (I4 & ~I3) do //(I4,I3) = (1,0) index=2; if (I4 & I3) do //(I4,I3) = (1,1) index=3; X_trg=PosBuff[index]; // Move motor para posicao requerida till (~X_run); // Ok quando chega na posicao printl/103("move para ponto %ld ended.",index); // Imprime mensagem da posicao escolhida printl/103("posicao=%ld",posbuff[index]); // Imprime mensagem do valor do deslocamento sleep 100; Instruções para utilização: Nesse programa as entradas digitais têm algumas funções especificas, como mostrado na tabela 5-1: Entrada digital I2 I3 I4 I6 Tabela 5-1 das entradas digitais e suas características Função Grava posição, registrando o valor de feedback Seleciona o ponto gravado que se deseja mover o motor Move o motor até a posição desejada A entrada I2 grava a posição dependendo da quantidade de vezes que for acionada, como mostrado na tabela 5-2. Tabela 5-2 Valor do índice Grava a posição 0 Grava o valor do feedback de posição no ponto 0 1 Grava o valor do feedback de posição no ponto 1 2 Grava o valor do feedback de posição no ponto 2 3 Grava o valor do feedback de posição no ponto 3 HIWIN Mikrosystem Corp. 13

15 Esse programa pode gravar até quatro posições. Se I2 for disparada mais de quatro vezes, a partir do primeiro será gravada a nova posição sobre outra, reiniciando as gravações. O drive quando reiniciado, as posições necessitam ser gravadas novamente. As combinações das entradas I4 e I3 carregam a posição definida e um pulso na entrada I6 realiza o movimento. Essa logica é mostrada na tabela 5-3. Tabela 5-3 Status da entrada I4 I3 I6 Ação OFF OFF Pulso na borda de subida Move para o ponto 0 OFF ON Move para o ponto 1 ON OFF Move para o ponto 2 ON ON Move para o ponto 3 Notas da Aplicação: Quando trabalhar com entradas digitais na programação PDL, não esquecer de deixar as entradas como Not Configured para evitar conflitos com a função. HIWIN Mikrosystem Corp. 14

16 6 : Movimento continuo (JOG) Numero do programa : 6 Nome do arquivo : 6.pdl Drive aplicável : Drive série D2 Versão do software : Lightening Firmware do drive : FR Função : Permite ao usuário acionar a função de movimento continuo (JOG) através de uma entrada digital. Entrada utilizada : I2, I3 Saída utilizada : nenhuma Programa : // =============================macros================================================== #define CW_JOG I2 // I2 e definido como um botao de movimento continuo de avanco #define CCW_JOG I3 // I3 e definido como um botao de inversão do movimento de avanco // ===========================programa principal=============================== #task/1; // Estabelece a série de tarefas como task 1 _loop: if (X_en=1) do // Aguarda o motor estar habilitado if (CW_JOG) do // Aguarda acionar a entrada continuamente X_jvl=X_vel_max; // Acelera o motor no sentido de avanco com vel max till(~cw_jog); // Aguarda desacionar a entrada X_stop_m=1; // Para o movimento do motor if (CCW_JOG) do // Aguarda acionar a entrada continuamente X_jvl=-X_vel_max; // Acelera o motor no sentido de recuo com vel max till(~ccw_jog); // Aguarda desacionar a entrada X_stop_m=1; else do printl/101("motor nao habilitado!. "); // Exibe mensagem descrita printl/103("favor soltar o botao de Jog para habilitar o motor"); // Exibe mensagem descrita till(x_en=1 & ~CW_JOG & ~CCW_JOG); // Reinicia se motor ok e botoes desacionados goto _loop; Instruções para utilização: Ao executar o programa, utilizando uma das entradas acionadas, a função de movimento continuo (JOG) será acionada movimentando o motor para o sentido especificado, como mostra a tabela 6-1. Tabela 6-1 Entrada digital Função I2 JOG sentido positivo I3 JOG sentido negativo HIWIN Mikrosystem Corp. 15

17 A função JOG baseia-se nos parâmetros de movimento no Lightening, na parte Motion Protection, como mostrado na tabela 6-2. Tabela 6-2 de parâmetros de movimento do Motion Protection Parâmetros de movimento Velocidade Aceleração Desaceleração Parâmetros correspondentes ao Motion Protection Speed Acc. Dec. Kill. Antes de executar a função JOG, primeiro configurar os parâmetros descritos. Notas da Aplicação: No começo do programa usamos a macro #define CW_JOG I2. Dessa forma CW_JOG no programa corresponde diretamente à entrada digital I2. Esse método é uma forma mais flexível para definir uma variável, por exemplo, caso o usuário necessite alterar a entrada de I2 para I9, basta modificar a macro para #define CW_JOG I9. No programa também são utilizadas três variáveis internas mostradas na tabela 6-3. Variável interna X_jvl X_vel_max X_stop_m Tabela 7-3 Função Habilita a função JOG definindo a velocidade do motor (count/s) Valor de velocidade máxima definida pelo usuário (count/s) Definir 1 para parada do motor A função X_trg (como descrita no exemplo 3) e a função X_jvl não atuam ao mesmo tempo, existindo as seguintes condições: Quando definir um valor para X_trg e acionar a função, com o motor em movimento ao atuar X_jvl, a função JOG não atuara no motor. Quando definir um valor para X_jvl e acionar a função, com o motor em movimento ao atuar X_trg, a função se iniciara assim que a função X_jvl terminar de movimentar o motor. Revisão: HP HIWIN Mikrosystem Corp. 16