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實踐與演示使用的直線電機試驗箱

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主要規格：
Servo Shaft 16試驗箱

用　　途：
實踐與演示

一、產品概述英諾伺服Servo Shaft 16系列試驗箱套件是本公司最新推出的面向高校和科研機構的教學及評估工具。該試驗箱將Techsoft公司的智能伺服控制器IDM640-8EIA和本公司16系列直線電機系統相結合，配合對應的I/O擴展套件，使用戶能夠有一個更加簡易和直接的方法來快速實現直線電機運動控制系統的評估。同時配合本實驗箱所帶軟件，能夠輕松實現復雜的運動控制應用。 1.1．控制器簡介 IDM640-8EIA是一款基于最新 DSP 技術的全數字智能伺服驅動器，集多類電機驅動與運動控制功能一體，為客戶提供一個高性能、多功能、低成本的運動控制解決方案。智能伺服驅動器適用于控制驅動直流無刷電機、交流無刷電機（也稱永磁同步）、直流有刷電機、步進電機。可接受正交增量式編碼器作為位置反饋信號接口。 IDM640-8EIA 智能伺服驅動器集運動控制、驅動和 PLC 功能于一個緊湊的單元中，無需外部運動控制器，即可實現復雜的運動控制。驅動器均可執行位置、速度、轉矩控制模式，單軸、多軸或獨立（Standlone）工作模式可選。應用高級運動控制語言（TML），下列操作均可在驅動器上直接完成： □ 設置各種運動模式（T/S 型曲線, PVT, PT, 電子齒輪、凸輪等） □ 在線改變運動模式或運動參數 □ 執行回原點順序 □ 通過以下方式控制程序流程 • 條件跳轉與 TML 功能調用 • 預定義或可編程條件產生的 TML 中斷（如保護觸發、限位開關變換或捕獲輸入等） • 等待可編程事件發生 □ 數字 I/O 處理和模擬量輸入信號 □ 執行算術和邏輯操作 □ 執行多軸之間的數據傳輸 □ 通過發送多軸運動指令從另一個軸控制其中一個軸的運動 □ 發送組（Group）控制指令（多點傳輸），可同時啟動該組所有軸已預存的運動程序 □ 實現多軸同步控制（多達 256 軸）運用 EasyMotion Studio 編程 TML 程序，您能在復雜多軸的運動控制應用中實現主機(Master) 與驅動器之間的分布式智能控制，減少開發時間和通信需求。例如，您能運用 TML 編程驅動器執行復雜的運動任務且在執行過程中與主機（master）交換信息，替代一個軸的每個動作都需要輸入控制指令。因此，主機（Master）將減少每軸控制的工作任務，如：通過 RS232/485/CAN 調用預存于驅動器 EEPROM 中的 TML 功能（如果需要也可以終止執行），等待 TML 觸發信息執行。除 CANopen 主機（Master）外，IDM640-8EIA 驅動器還可以使用 TML_LIB 系列運動函數庫通過 PC或 PLC 對其進行控制。為所有的運動控制器編程，IDM640-8EIA 試運行可運用 EasySetUp 來完成。 1.2. 控制器主要特性 ● 帶內置運動控制器和高級 TML 運動語言，控制驅動直流有刷、直流無刷、交流無刷（永磁同步）、2/3 相步進電機 ● 位置、速度、轉矩控制模式 ● 多類運動編程模式：  帶 T 型或 S 型位置速度曲線  位置、速度、時間(PVT)三階插補  位置、時間(PT)一階插補  電子齒輪和凸輪  外部模擬和數字參考量輸入  33 種回原點模式 ● 增量編碼器和數字霍爾傳感器接口：5V 單端、集電極開路或 RS-422 差分 ● 絕對式編碼器 SSI 接口：RS-422 差分 ● 第二增量編碼器/脈沖+方向接口（5V 或 24V 單端，集電極開路或 RS-422 差分）做為外部主機(Master)數字參考量輸入 ● 數字 I/O：  共 6 個輸入，24V 兼容，光電隔離，2 個為通用，2 個為限位開關，2 個為復位和使能（可做急停用）；2 個為脈沖+方向或第二編碼器差分輸入,24V/5V 可選，最大脈沖頻率可達 1M/s(不用時可編程作為通用輸入)  共 6 個數字輸出，光電隔離，24V 兼容 PNP 類型，80/160mA,短路保護：4 個為通用輸出，2 個為伺服準備和伺服報警輸出 ● 2 個+/-10V 差分模擬量輸入，為參考量和反饋量輸入（不用時可作為通用模擬量輸入） ● 緊湊設計：136×95×26 mm ● RS232/485 串行通訊，速率高達 115Kbps ● CAN-bus 2.0A/2.0B 高達 1Mbit/s,光電隔離，帶可選通信協議：兼容 CiA 標準: DS301 和 DSP402 兼容Techsoft所有帶 CAN-bus 接口的驅動器 ● 電機溫度傳感器接口 ● 32K×16 SRAM 為數據存取和 8K×16 EEPROM 為設置數據與預存 TML 程序 ● 典型 PWM 開關頻率：20KHZ ● 典型轉矩環刷新頻率：10 kHz ● 速度/位置環刷新頻率：1-10 kHz ● 輸出連續電流：8ARMS ，峰值電流：16.5A ● 可單一電源供電，邏輯電源與電機電源電壓：12-80 VDC ● 最小負載電感：50μH @12V, 200 μH @ 48 V, 330 μH @80V ● 工作溫度環境：0-40°C （可根據客戶要求，-40-80°C 可選） 1.3．Servo Shaft直線電機簡介管狀直線電機(也稱桿狀直線電機、棒狀直線電機、棒狀線性馬達、桿狀線性馬達、管狀線性馬達)的基本結構是由一個帶內置高能永磁體的不銹鋼軸定子和一個含有精密無鐵芯線圈的滑塊動子組成。由于環形繞組可以實現360的磁力線垂直切割，所以定子的磁通均得到了最高效的利用，實現了在其他直線電機中不可能實現的高推力密度和高效率。得益于其簡單的結構，管狀直線電機能夠輕松實現100nm的高分辨率。 SS（Servo Shaft）系列直線伺服電機采用公司自主知識產權的“正弦磁束縛（SMR）”技術與國際先進的三維電磁場有限元分析技術相結合而開發成功的高性能直線伺服電機系列。此種電機有如下特點： ● 高推力：最大推力可以做到500N； ● 高加速度：最大加速度可以做到10G； ● 寬廣的調速范圍：可以實現0.1mm/s-4000mm/s； ● 零齒槽效應、無渦流損耗、無端部效應、可以輕松實現亞微米的高定位精度； ● 簡單的結構，電磁力直接實現線性運動而不需要凸輪、齒輪、傳送帶或其它機械裝置 ● 極少的安裝組件、無徑向磁作用力、大氣隙、免維護，非接觸驅動，不會產生象滾珠絲桿的間隙而造成的精度誤差，是直線運動的一種高性價比解決方案； ● 高效率、超靜音、360°散熱設計、無需強制冷卻； ● 全磁密封緊湊型設計，可用于水下及真空等苛刻場合，適用于惡劣的工業環境（選配）； ● 低慣量、直驅、高穩定性、調整簡單，可以實現完全可控的運動曲線和行程。 1.4．Servo Shaft直線電機參數　　 1604 1605 1606 1607 1608 1609 1610 峰值推力 N 42.0 52.5 63.0 73.5 84.0 94.5 105.0 額定推力 N 14.0 17.5 21.0 24.5 28.0 31.5 35.0 峰值電流 A 4.2 4.2 4.2 4.2 4.2 4.2 4.2 額定電流 A 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 推力常數 N/Arms 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0 反電勢常數 Vpk/m/s 8.1 10.2 12.2 14.2 16.3 18.3 20.3 最高速度 m/s 4 4 4 4 4 4 4 最高加速度 m/s/s 100 100 100 100 100 100 100 最大行程 mm 1100 1083 1066 1049 1032 1015 998 動子尺寸W*H*L mm 38*38*109 38*38*126 38*38*143 38*38*160 38*38*177 38*38*194 38*38*211 定子直徑 mm 16 16 16 16 16 16 16 內置傳感器 um 5-25 5-25 5-25 5-25 5-25 5-25 5-25 外部傳感器 um 0.01-5 0.01-5 0.01-5 0.01-5 0.01-5 0.01-5 0.01-5 相電感 mH 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 相電阻 omiga 5.6 7 8.4 9.8 11.2 12.6 14 極距 mm 30 30 30 30 30 30 30 二、I/O擴展板介紹 2.1．什么是I/O擴展板? I/O擴展板是一個能夠幫組用戶更快的評估本直線電機試驗箱系統的輔助組件。它能夠與Techsoft公司的IDM640及其他驅動器實現無縫匹配。此擴展板組件通過J9接口與IDM640及其他驅動器實現互聯，使用戶能夠有一個更加簡易和直接的方法來快速評估IDM640智能驅動器對應的通用輸入輸出、專門的I/O及模擬量的輸入。此組件能夠以各種方式使用，不但能對智能控制器做快速有效的評估，而且配合對應驅動器可以完成復雜的運動控制應用。 2.2．特點: ● 通過按鍵和調整電位器能夠真實模擬PLC或主機指令，例如(Enable, Limit Switches, I/O or Analogue Reference, …) ● 通過板上的LED輸出能夠實現對控制器可視化的操作。 ● 分布的圓形測試點能夠實現外部示波器或者信號源的互聯。 2.3．參數: 電源： o 可通過IDM640提供 (+12…+48V)電源，通過J2鏈接或者通過J1連接器外部電源供電。測試信號： ● 7個通用的24V兼容數字輸入： IN#2/LSP, IN#24/LSN, IN#16/ENABLE, IN#36, IN#37/DIR, IN#38/PULSE, IN#39 ● 2個通用的TTL電平兼容的數字輸入：IN#37/D5V, IN#38/P5V ● 1個專用的數字輸入：RESET ● 5個通用的數字輸出： OUT#25/READY OUT#28, OUT#29, OUT#30, OUT#31 ● 1個專用的數字輸出： OUT#12/ERROR ● 2個差分模擬量輸入： –10…+10V / 100K: TACHO, REF 2.4．尺寸： 86 x 82 x 22 mm 2.5．連接器: ● J2 – 是實現I/O接口板與IDM640互聯的接口，采用26芯電纜和高密D型接口實現；. ● J1 –外部24V電源供電接口, 是為光電耦合器輸入輸出設計的。所有輸入輸出信號都是通過J2來實現接口板到IDM640的信號傳遞的。下面詳細描述了I/O接口板與IDM640的所有I/O信號 2.6．通用輸入 I/O擴展板為IDM640提供了7個通用輸入信號，每個信號都可以通過各自的按鍵實現信號的上拉。每個I/O都有自己的測試點，在PCB上都有對應的標識：如“IN#2/LSP”, “IN#24/LSN”, “IN#36”, “IN#37/DIR”, “IN#38/PULSE”, “IN#39” 和 “ENABLE” 當按鍵按下去時，此時的狀態是邏輯“1”，其他狀態都是邏輯“0”下面兩種方式中任何一種都會使LED變亮，此時的狀態是邏輯“1”： - 相對應的按鍵被按下 - 外部邏輯”1”的信號被連接到相應引腳的測試點上 PCB板上標有“0VPLC” 的是數字地。有一些通用的輸入用TML指令可以使之做為專用的輸入來使用，比如限位開關（ limit switches），方向和脈沖輸入（ pulse and direction inputs）,，使能（enable）當作為脈沖方向輸入時，要特別注意以下的情況：: - IN#37/DIR 和 IN#38/PULSE 是24VDC 兼容的； - IN#37/D5V 和 IN#38/P5V 是 TTL兼容 (僅5V ). 取決于驅動器的配置，要保證有足夠的輸入。 2.7. 專用輸入 RESET I/O擴展板有一個專用的輸入信號連到IDM640，這個信號能夠通過按鍵拉低，當按鍵按下去時，此時的狀態是邏輯“0”，其他的狀態是邏輯“1”。復位按鍵在PCB上標有 “RESET” 。 2.8. 通用數字輸出 I/O擴展板上有5個通用的數字輸出，信號是從IDM640出來，用戶可以通過每一個LED的邏輯狀態來判斷對應引腳的邏輯值。 (LED8, LED9, LED10, LED11, LED12) 。這些輸出是： OUT#25/READY, OUT#28, OUT#29, OUT#30, OUT#31。這些輸出的負載是通過一個4.7K的電阻連接到0VPLC 的LED。所以當對應的引腳邏輯狀態是1時，相應的LED會點亮。系統重新啟動以后，OUT#25/READY 被系統軟件配置成邏輯“1”。用戶也可以通過TML指令直接修改此狀態。 2.9. 專用數字輸出 ERROR IDM640檢測到短路等輸出錯誤時，會將OUT#12/ERROR 電平拉高，這時會點亮相應的LED。用戶也可以直接通過TML指令來修改此輸出狀態。 2.10. 使用光耦隔離的數字I/O 當使用外部24V電源供電時，幾乎所有的數字I/O都要工作在光耦隔離模式。插針SW2在PCB上有詳細的標識。SW2插針的位置決定了是否使用隔離模式。 - SW2插針位置在2、4時，此時是普通的供電方式，邏輯電源通過IDM640進行供電的 - SW2插針位置在1、3時，此時通過J1實現數字I/O的光耦隔離輸入，PCB上有詳細的標識。 2.11. 模擬量輸入本I/O擴展板可以提供兩路模擬輸入信號給IDM640，模擬信號是由板上對應的電位器產生的，其范圍是差分-10V到+10V.對應的信號名字分別是TACHO和 REF。用戶也可以使用外部模擬信號，將其連接到相應的測試點上，在板上標有“IN+” 和“IN-“ 但是信號必須是差分信號，且范圍在-10V到+10V。REF外部信號是通過低通濾波器5KHz@-3dB濾波后輸入的。輸入信號的選擇是通過板上的SW1實現切換的，具體方式如下： - 如果JP1位置在“+10V,-10V”，此信號由I/O擴展板本身產生； - 如果JP1位置在“IN+,IN-” 此時由用戶提供的模擬信號將作為IDM640的輸入信號。 2.12. J2 連接器引腳接線圖 J2 連接器引腳說明引腳 IDM640引腳名 I/O接口板引腳名類型 TML名稱 1 24VPLC 24VPLC - 2 IN#16/EN IN#16/EN I IN#16/ENABLE 3 IN#36 IN#36 I IN#36 4 IN#37/D IN#37/D I IN#37/DIR 5 IN#38/P IN#38/P I IN#38/PULSE 6 IN#39 IN#39 I IN#39 7 IN#2/LSP IN#2/LSP I IN#2/LSP 8 IN#24/LSN IN#24/LSN I IN#24/LSN 9 0VPLC 0VPLC - 10 SUPPLY SUPPLY - 11 RESET RESET I - 12 IN#37/D5V IN#37/D5V I IN#37/DIR 13 IN#38/P5V IN#38/P5V I IN#38/PULSE 14 REF+ REF+ I AD5 15 REF- REF- I 16 TACHO+ TACHO+ I AD2 17 TACHO- TACHO- I 18 GND GND - 19 24VPLC 24VPLC - 20 OUT#12/ERR OUT#12/ERR O OUT#12/ERROR 21 OUT#25/RDY OUT#25/RDY O OUT#25/READY 22 OUT#28 OUT#28 O OUT#28 23 OUT#29 OUT#29 O OUT#29 24 OUT#30 OUT#30 O OUT#30 25 OUT#31 OUT#31 O OUT#31 26 0VPLC 0VPLC - 備注 1: 引腳輸入輸出類型適用于IDM640及其他智能控制器： I – 輸入； O – 輸出； I/O – 雙向輸入輸出；備注 2: N.C. – 未連接 2.13. 連接I/O組件到IDM640或其它伺服驅動器上為了安全可靠的使用此組件實現與IDM640的互聯，請按照如下步驟進行： 1、關閉IDM640的電源； 2、將26針高密連接線與I/O板的26針接口相連，然后另一個接頭連接到IDM640的26針接口上； 3、打開IDM640的電源, 這時 LED2 (OUT#25/READY) 燈亮。

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李巍

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