chapt5专家模块讲解

1、第五章专家模块随着PC应用范围的扩大，各制造厂家在提高PC主机性能的同时，还开发了各种专门用途的I/O模块，即专家模块或智能模块，以满足各种工业控制的需要。这些模块包括：高 速计数器模块、定位控制模块、多处理器模块、I/O处理器模块、PID模块、网络模块、PC与计算机通信模块、中断控制模块、BASIC模块、语音输出模块等。本章就以B&R 2000系列PCC为例来介绍一些专家模块。§ 5-1计数模块一、 概述以NC150为例介绍计数模块(Counter Module )。模块外型图如下图所示。图5-1NC150计数模块主要适用于定位任务。其主要应用领域是单轴或双轴控制器，距离和

2、 位置的计算与测量。其主要特点是： 计数频率最大400KHz 计数宽度32位； 两个模拟量输出通道(10V, 12位转换精度，)提供给伺服控制器。技术参数信号编码连接两个9芯D型母接头编码输入对称或非对称编码电源外部5-30V模块工作范围5V40mA30V120mA输入滤波可由软件设定两种小同的频率输入频率短滤波周期最大100KHZr长滤波周期20KHZ计数器频率最大400KHz （4倍测量）计数通道A和B间的相位差90 ±45技计数器计数宽度32位:操彳乍方式递增（4, 2, 1倍计算）升/降计数模拟量输出2路电压输出输出电压-10V - +10V转换位数12位测量精度20 C&#

3、177;0.5%0-60 C±1.0%功率损耗5W电气隔离:输入与PCC有输入与输入无输出与PCC有输出与输出无输入与输出有1）可由软件设定。三、状态指示灯如图5-2所示。图5-2UPDOWNREFGND OFFSET上升计数下降计数计数器为参考输入模拟量输出的电流偏移量可能会大于15mA四、接口如图5-3所示。图5-3NC150的模块门后面有两个 9针D型（F）接头和一个8芯端子排。编码器1接头为9针D型（F）接头； 编码器2接头为9针D型（F）接头；8芯端子模块用来连接外部编码器电源和两路模拟量输出。L外部编码器电源/模拟量输出针定义1+AO12-AO13屏敝4+AO25-AO2

4、6屏敝7+外部编码器电源8外部编码器电源GND2.输出电路图图5-43.计数器输入微分信号和单调递增信号都可以连接在计数器输入端上。当连接编码器时反向输入信号A , B和Z接在触发电平端（第 9针）。计数器1/计数器29芯D型接头（F）针定义1+编码器电源2计数器输入A3计数器输入B4参考脉冲Z5编码器电源GND6计数器输入A7计数器输入B8参考脉冲Z9触发电平4.输入电路图当编码器输出为集电极开路时，必须要加入上拉电阻（Rp）。通常上拉电阻不用于速度处理。基本计数方向基本计数方向有正向和负向，可由软件设定。计数方向只影响运行模式。 下面是一个定位运行模式的例子：LrLTL_n_rCtltlt

5、ttttATWeCoMi* toinHMHUCourta OKunmngCMuT CojtAtq CTKton图5-6参考脉冲Z的估算独立于计数方向。总是以 Z的下降沿作为参考。六、计数器运行模式1.定位在这种运行模式中，编码器提供两个方波信号( 两个信号相位相差 90°,这可用来确定计数器方向。A和B),两者之间有一定的时间差。卜面是几种可能的定位运行模式：124-Folder Evaluation1-Folder Evaluation, PositiveAflWMi FkHBttCJnn2rrLTLTL“_TLTLTL .TLTLTLHcwam! RouitcwJmrUTL2-F

6、older EvaluationHnurw Haloitan"TLTLTL TLTLTLne e e1-Folder Evaluation, NegativeRnurw HolAlkinTbw第卑等母用 日吕 SS36Tbrei学 等 等1093图5-71 ） +计数上升;计数下降;2）图中指的是正计数方向，对于负的计数方向，颠倒2 .升/降计数1） 2号通道升/降计数器计A通道上升（下降）沿时, 时计数下降。计数上升；计通道 B的上升（下降）_n.中白 白 白感a）. 2通道正沿图5-82） 1号通道升/降计数器计通道 A的上升（下降） （计数方向：1 一上升；0 一下降）沿,而计

7、数升或降取决于通道B的状态-rm_rL_rLrLrL_rS '' IA_rLrL_rL_rLrL_rL_rB-I ；TWimeb）. 1通道负沿a）. 1通道正沿图5-9§ 5-2定位模块概述以B&R 2005系列的NC154模块为例来介绍定位模块。模块外型图如下图所示。图 5-10轴控制器NC154是用于坐标定位的模块，其特点是: 增量连接和独立编码 内含变压器提供编码器电源 具有监控功能 每维均有一路伺服输出（10V, 12位） 每维均有5个数字量输入，1个数字量输出NC154在三维传动系统操作中有以下功能：,编码输入 伺服输出（土 10V, 12位） 闭

8、环定位控制器（数字采样控制器）,末端和基准参考开关输入 输入“控制器准备” 输出“使能控制器”另外，在实际定位测量系统中，三种快速触发输入均提供锁存。1 .定位软件在轴控制器内，坐标控制软件固化在FlashPROM上。软件可以上载和下载。因此，在需要时，定位系统软件可以擦除修改。2 .闭环控制器NC154定位模块中包含一个无延迟的PI闭环控制逻辑。这种算法保证路径的精确性和安全性。3 .定位类型NC154为用户提供几种不同类型的定位模式：1）在线定位在任何采样点都可以改变运动的状态（位置、速度和加速度）。2）电气传动设定一个或多个传动坐标与参考坐标有一定的关系。在运动过程中可以改变传动系数和传

9、动轴的夹角。在停止状态时，可能会发生传动链接或两个传动轴之间的耦合（开或关传动轴）。3）电气凸轮盘在两个驱动装置（具有耦合功能）之间实现非线性连接是非常简单的。几个凸轮盘可同时存在，当需要时可以用NC154进行切换。可以在非停止状态打开或关闭与参考轴同步的凸轮盘。所有极限值将考虑在内（速度、加速度）。4 . CNC功能语言：不仅为用户提供标准的DIN 66052句法，而且还提供一种非常有用的扩展语言。那么象IF, ELSE, WHILE , SWITCH这样的语句或者是数学或三角函数运算符（例如：+,-,* , /, sin , cos , arctan）均可使用。插补：沿切向轴的环状（螺旋）

10、水平工具弧度校正。增加“look ahead”功能是为了避免超过坐标极限值。5 .目标定位轴编程使用新型目标定位轴编程，可以多次快速处理任务。为此使用全方位测试和高性能工具。这一新的原则已在自动化技术的主要应用领域成功使用。6 .多模块中的NC154轴耦合当多模块中有轴耦合时，在主CPU的中断程序中，可将主轴的设定位置传送到带有从轴的NC154模块中。中断程序运行时不允许被中断。以下是满足这种要求的CPU模块：- CP152.90-2- CP260- IF260 （当作为主CPU寸）7.同步在一个系统中，如果有多个NC154轴控制器使用时可以用一个叫“ sync”的连接模块把采样值同步连接起来

11、。甚至在不同的NC154模块之间耦合传动，也可以保证有很高的精度。技术参数状态指示灯坐标维数3功率损耗百6W编码输入通过15心D型母接头相连增量编码器信号形式方波测定方式4倍输入频率最大150KHZ计数频率百 600KHZ计数宽度32位输入A, A , B, R,输入电平5V （差分输入）监控开路，佗号干扰SSI独立编码器字宽最大31位波特率230KBaud数据输入电平5V （差分信号）时钟输出电平5V （差分信号）监控信号干扰，奇偶校验，拟真性编码器电源外部输入电压24VDC输出电压5VDC/每轴版 400mA24VDC/每轴:250mA保护过载和短路保护伺服输出输出电压± 10V

12、,有电气隔离取大负载5mA转换位数12位输出滤波1阶低通滤波干扰抑制干扰脉冲补偿数字量输入；点数5 （有电气隔离）输入电压24V输入电流大约10mA数字量输出继电器型开关电压30V开关电流1A短路保护内装1.5A熔断丝如图5-11所示。图 5-11ERROR如果有错误，其闪烁频率为500ms （这时READY灯灭，UP和DN保持）。在硬件复位期间该灯一直亮。READY STATUSUPDOWN初始化成功，该灯亮，表示 NC154准备好开始运行。指示单个初始相位轴n位置增加轴n位直减小四、 连接区域如图5-12所示。图 5-12在模块门的后面有每个轴的连接件，状态指示灯及编码器电源和同步信号的端

13、子排。状态指示灯下载和上载 NC154操作系统的接口4芯端子排（编码器电源，与其它NC154模块连接的同步信号）每个轴的编码器输入用于连接每个轴的数字量输入 /输出的12芯端子排§ 5-3多处理器模块一、 概述多处理器（Multiprocessors ）, MP100 ,用于降低 CPU的负担以及提高 PCC系统的计算 能力。通常，多处理器可以完成下列任务： 数据预处理 数据准备 对开始和停止有监控功能 串口通讯多处理器通过一公共存储区域（双口 RAM）与CPU进行通讯。多处理器模块还带有一个系 统总线接口，通过这个接口，多处理器能主动获得系统总线， 这样可以保证其它的系统模块 也能

14、够与CPU进行正常的数据交换。如果一个具有 “PCC软件”操作系统 的应用存储模块（ME900、ME904、ME910和 ME913）插入多处理器模块的槽中，那么 CPU和多处理器是软件兼容的。也就是说，所有 的CPU程序（如，应用任务）都能在多处理器上运行。 这种情况下，多处理器可以通过 RS232 接口与编程装置相连。二、技术参数MP100模块外型如图5-13所示:图5-13 MP100模块指令循环时间1ms双 口 RAM64K SRAM系统RAM256KSRAM应用内存ME900,ME904,ME910,ME913RAM缓冲区锂电?A ( APM至少1年1）金箔电容器（APM至少5分钟电

15、池监控有系统总线有复位按钮有标准串口接口 IF1RS232最大波特率64Kbaud电气隔离无应用接口 IF3RS485/RS422 2)最大波特率347Kbaud电气隔离有功率损耗百12W1）缓冲时间是指在 APM中的锂电池缓冲时间。由于， RAM同时在APM和MP100中被缓 冲，缓冲时间将降至 6个月。2）此接口可用软件设置。三、状态显示1 .状态指示灯如图5-14所示。图 5-14ERROR当处理器为暂停状态或操作系统非正常运行，则该灯亮。RUNREADY多处理器模块正常运行。BAT 灯亮，表示若PCC电，则在应用存储器模块中的锂电池的电压不足以缓冲RAW的内容。 APM 双口 RAM系

16、统 RAM匀在 RAM!冲区中缓冲。ACCESS灯亮，表示多处理器模块获得 CPU其它系统模块占用系统总线。RxTx1若数据通过IF1 （可编程设备接口）收发，则灯亮。RxTx2 若数据通过IF3 （应用接口）收发，则灯亮。RS485 指示IF3的结构：灯亮：IF3 为 RS485;灯灭：IF3为RS4222 .数字转换开关如图5-15所示。图 5-15数字转换开关用于设定模块地址，以便系统总线能找到多处理器。转换开关设定的地址立即显示在其左边的 7段显示器上。确保不同的系统模块有不同的地址。3 .复位按钮按下这个按钮，引起多处理器的硬件复位（仅仅是多处理器复位）。另外，多处理器也可以通过 C

17、PU的 Global Hardware Reset 复位。4、 连接区域如图5-16所示。图 5-16这个区域包含所有的位于模块门后面的连接（用于应用存储器的接口和槽）。IF1和IF3对用户是开放的。通过应用借口IF1 （RS232）可以与PG2000通讯。5、 应用接口 IF1 （RS232这个接口也适于用光缆连接。光缆通过D型（M）接头的第4脚提供4.8V （4.8V±6%最大电流，200mA）的输入电压保护。接口F苗述愉出脚应用接口 RS232-标准RS232接口 用于连接编程设 备或MODEM 可以用标准的 RS232电缆在线 隹接编程设备。 BR提供这种标准 的RS232电

18、缆。RS23211DCD数据载波检测（用于 MODEM1a帮R - f-« *"1 : 1川-1卜r2RXD接收信号3TXD发送信号4DTR数据终端准备好（+4.8V/150mA）5GND接地6DSR数据准备好7RTS请求发送8CTS清除发送9芯D型接头（M）9RI振铃指示（用于 MODEM6、 应用接口（ IF3）RS485/RS232接口也适于用光缆连接。光缆通过D型（F）接头的第6脚提供5V （5V±5%最大电流，200mA的输入电压保护。输出脚RS485RS4221NCNC2Res.TXD3DATARXD4NCNC5GNDGND6+5V/200mA+5V/

19、200mA7Res.TXD8DAT ARXD9NCNC接口应用接口9芯D型接头（F）描述接口是电气隔离的，切对用户 开放。可以通过应用程序的软 件设定接口的类型。5V电源是电气隔离的并且用于 连接端口电阻（当网络中有多 个RS485接口时）。最大波特率：347KB最大电缆长度：1200m3900 '§ 5-4 I/O处理器模块I/O处理器模块包括可编程I/O处理器模块（Programmable I/O Processors）和智能I/O处理器模块（Intelligent I/O Processors） o一、可编程I/O处理器模块以IP151为例来介绍可编程I/O处理器模块。

20、可编程I/O处理器的应用程序可通过PG2000来生成。IP151模块有一个CPU,两个接口以及数字量、模拟量的输入 /输出。IP151有两个特 点，一是它可以中断其数字量输入； 二是它可作为可编程I/O处理器也可用作 CPU。但，IP151 通常用作I/O处理器来减轻 CPU的负担。所有的可编程I/O处理器自身都有一个由RISC （精简指令设置处理器）构成的处理器、系统RAM和操作系统。DPR （双口 RAM ）用作PCC的CPU和可编程I/O处理器的通讯接 口。PCC的CPU能够读或写可编程I/O处理器的global internal变量。要交换的过程变量必 须在GDM数据分支（PG2000

21、）中定义。若数据类型为 WORD , PCC的CPU和I/O处理器 可以交换数据。整个系统可以通过I/O处理器的CAN接口联入CAN总线。必须通过 RS232接口与编 程设备（PG2000）相连。1) 技术参数模块外型图如图5-17所示。图 5-17功率损耗数字量部分ItX 5W模拟量部分最大8W+3 . 5W的电位计电压（外部使用）指令循环时间0. 6 科 sSRAM用户 RAM / DPR850KB系统RAM174 KBFlash PROM用户PROM512KB系统PROM512KBRAM缓冲区2005主机板的缓冲电池至少4年用电池模块AC240至少2年电池监控有（当作为CPU时）复位按钮

22、有标准通讯接口应用接口 1RS232连接9针D型接头（M）波特率115.2KBaud电气隔离无应用接口 2CAN连接9针D型接头（M）最大波特率总线长度10-60m500K Bit/sec总线长度100-200m250K Bit/sec总线长度800-1000m50K Bit/sec站号用两个节点数字拨码盘设定电气隔离有2) 操作和连接元件 如图5-18所示。图 5-18模块门的后面有三组I/O ,复位按钮，状态指示灯，两个HEX数字拨码盘（用于设置CAN总线站号)和RS232和CAN总线接口的连接插座。1)复位按钮对于不同的运行模式，复位后有不同的结果。运行模式结果可编程I/O处理器本地复位

23、- 所有的IP151应用程序停止运行- 所有的IP151输出为0CPU本地和全局总线复位-所有的应用程序停止运行-所有的输出置为02)状态指示灯指示灯描述READY若为停止和诊断模式时灯亮RUN若为运行，停止和诊断模式时灯亮ERROR有错误时灯亮MODE当对Flash PROM编程时灯亮RXD1, TXD1通过RS232接口进行数据交换期间灯亮RXD2, TXD2通过CAN口进行数据交换期间灯亮当复位按钮按下时，状态灯 READY RUN ERROR口 MOD度。3) CAN节点拨码盘HEX拨码盘用于设定 CANm点号。拨码盘的值可由应用程序计算。若在运行时转动拨码 盘，系统会发出警告信息。操

24、作系统只在开始运行阶段确认拨码盘的值。00和FF两个值有特殊含义：00系统快速编程FF诊断模式4) CANgn接口描述针定义应用接口 CAN09芯D型接头(M)82527控制器用作CAN®制器。接口是电气隔离的。用 T型接头(7AC911.9)连接。当数据通过CANg 口进行交换时,RXD环口 RXD2旨示灯亮。最大波特率：500K Bit/sec总线长：60m250K Bit/sec总线长：200m1 50K Bit/sec 总线长：1000m1CAN2CAN L3GND4567CAN H895) RS232接口B&R提供RS232电缆用来连接可编程 I/O处理器和PG (

25、PQ。接口描述针定义应用接口 RS232RS232接口对用户是开放的，它 无电气隔离。当数据通过RS232接口进行交换 时，RXD1和TXD1指示灯亮。最大波特率：115.2K Baud 电缆最长为：15m1RS23202RXD3TXD45GND67RTS8CTS9芯D型接头（M）93 .数据实时时钟缓冲1）缓冲区域 用户RAM 系统RAM 实时时钟缓冲电1可由B&R2005主机板提供，也可由电池模块AC240提供。2）缓冲监控当IP151模块用作CPU时，接口模块循环监控电池电压。循环监控不会明显降低电池寿命，相反，它会提前给出电压不足的警告信号。电池状态信息“ Battery OK”可以从 B&R TRAP的函数SYS_BATTERY 得到。3）缓冲时间当有多块处理器，如IP151、XP152、IF152或IF260 ,运行在