SMC4四轴控制器入门教程(4)-输出端口

SMC4 四轴脱机控制器支持15个灌流式输出端口,标号为OUT1-OUT15,每个输出端口功能不固定,具体功能需要在系统中配置或在程序中通过程序指令使用。另有一个PWM端口专用于主轴速度信号输出,可连接有PWM输入端口的直流/交流/伺服等电机驱动设备,甚至是舵机(参考http://diy.cdle.net/?p=248)。这个PWM信号可以通过IO转接板转换成0-10V信号,用于连接变频器。

输出端口定义:

下图为主机后面板上两个DB25端口分别为OUT和IN端口,其中图上左边的DB25端口为OUT端口,有8个GND引脚、15个OUT引脚,1个5V电源输出(500mA)。

下图为主机后面板接入IO转接板的引脚定义。OUT输入转接板除了PWM信号 可经过转换电路转换成0-10V信号外,其它脚号功能上仍然于DB25一样,只是更方便于接线。

输出端口的电路形式

OUT1-OUT15输出形式均是灌电流形式,内部电路为达林顿开集,建议负载的电压在24V之内,电流小于200mA。下图为单一个输出端口OUT15连接一个LED的应用示意图。

从上图可以看出,输出端口并不主动输出电流,电流是先经过限流电阻和LED,再流入输出端OUT15,再从电路板内部流入电路地(GND)。简单的理解就是输出端口相当于一个开关连接于GND和负载之间,所以不能在输出端口上直接连入电源或电阻过小的负载,否则会损坏控制器内部电路。

如果所连接的电路需要的是电压开关信号,则可以使用加装上拉电阻的方法。具体电路可以参考下图。

PWM端口为高速光耦上拉输出,输出TTL脉冲,最大输出电流约为1mA,只能做为TTL信号连接其它电路和设备。

PWM和0-10V的选择

PWM信号通过输出转接板后,可以提供PWM和0-10V两种信号选择。PWM和0-10V的切换可以通过设置输出转接板上的跳线。输出转接板默认输出0-10V信号,JP1跳线为12。当JP1路线设置为23时输出为PWM信号。

0-10V跳线

PWM跳线

PWM信号输出的是可变脉宽的信号,输出频率、宽度、相位可以在主轴设置界面中调整。主要用于连接需要用PWM信号控制速度的设备。PWM端口为专用端口,在设置中不需要进行使能设置。

0-10V信号输出的是0-10V连续可变的模拟电压信号。主要用于连接变频器,控制主轴速度。此信号是由PWM经电路转换而成,信号波形是受PWM设置影响。这里给出常用于连接变频器的典型设置。要注意的时,在使用这个信号时输出小板的12V端口需要连接12V电压。

OUT输出端口可以连接如下常见设备:

1-固态继电器

2-小型继电器或小型电磁阀

3-LED指示灯

4-变频器

5-PLC

连接小型继电器或小型电磁阀时,最好使用带光耦的模块,或是增加继流二极管防止感性元件在关断时产生的反向电流损坏端口。

下面给出变频器、继电器模块和固态继电器的实际连接示例和设置。

变频器

变频器连接一般连接三个功能端子,分别为正/反转以及0-10V调速。当然不一定三上功能都连接,具体可以按需求连接。

此示例中正转M03连接到OUT1,Enable使能设置为1,说明这一项功能生效,PinN引脚号为1,H/L电平为0则说明在使用M03正转功能时端口输出为低电平,关闭M03时输出高电平,如果设置为1时则电平输出则正好相反。

同理M04功能也是一样,只是引脚连接到OUT2 。

0-10V端口则直接连接到变频的相应端口,通常标识为AVI/AI/AIN等。要注意的是使用这个端口时,输出小板的12V端口需要连接12V电压,12V可以取自控制器所连接电源,也可以取自变频器的12V输出。

继电器模块

使用带光耦的继电器模块,一来可以提高设备的抗干扰性,二来可以避免直接连接感性元件,最大限度减少了端口损坏的可能性。

下面这个连接实例,连接于OUT1,并且关联到M08功能。要求是执行到M08指令时,继电器吸合后延时1秒再往下执行。

这里使用的继电器模块是12V的,有效输入电平在模块的跳线中设定为低电平。

继电器模块电源端口的DC+和DC-分别连接于控制器的12V和GND端口中,IN端口连接到控制器的OUT1,这产硬件连接就完成了。

要实现上述功能控制器设置如下

使能:该项设置为1时,此项目生效,设置为0时,此项目失效。
脚位:硬件所连接的端口号。
电平:有效电平为高时,设电平为1。
有效电平为低时,设电平为0。
延时:功能执行后延时多久执行下一条指令。(PWM项无效)

在主轴设置菜单中只能设置M03、M04、M07、M08,4个指令的硬件连接。M03\M04为互斥开关,就是说执行一个开启后另一个会关闭,可以用M05关闭它们。M09则同时关闭M07/M08。

下面是测试上面连接的继电器模块的小段程序。

执行M08后,继电器模块吸合导通,并延时一秒后再执行第二行的G04P2000(这行为G04延时2秒),出就是OUT1共导通了3秒,然后M09让继电器模块关闭。

固态继电器

固态继电器接法原理和继电器模块相当。下面是把固态继电器接在OUT2,并绑定在M07功能上。连接时只需要把电源连接到固态继电器输入+(图上是连的5V,也可以连12V,视乎固态继电器的输入电压要求),其它的设置用法和上面的继电器模块相当,这里不再说明。

RESET跟随

跟随RESET功能也是一个输出功能,作用就是在所绑定的输出口上反映当前的RESET状态,也就是用高低电平来说明是不是处出于急停状态。设置方式和上文说的M指令一样,不过需要调用。在应用中可以连接一个状态LED来查看RESET状态。

在程序中控制端口输出

在程序中除了用M30x、M40x来进行IO输入的检查,同样也可以用M10x、M20x来控制OUT1-OUT15的导通和关断。M10x输出为虚高,可以看成是内部的电子开关关断,M20x输出为低,可以看成是内部的电子开关导通,电流流入地(GND)。x为1-15。

套用上文的继电器模地测试,因连接的是OUT1,所以程序可以改成下面的代码片断,实际效果是一样的。

M201
G04P3000
M101

特殊功能

本控制器还有一个特殊功能就是可以使用面板上的功能键F1-F5来直接控制OUT1-OUT5这五个输出端口。此功能只能在程序停止时使用,要注意的是使用此功能时要考虑是否要和其它功能共用端口。比如开启了这个功能,而M07也设置在OUT1,那么功能键F1在程序停止时可以控制OUT1端口。

开启和关闭方法 ,在“工厂模式”界面框中输入密码。

开启密码:033501  关闭密码:033500

SMC4四轴控制器入门教程(3)-外接开关及传感器

       SMC4 四轴脱机控制器支持16个输入端口,标号为IN1-IN16,每个输入端口功能不固定,具体功能需要在系统中配置或在程序中通过程序指令使用。

        输入端口定义:

         下图为主机后面板上两个DB25端口分别为OUT和IN端口,其中图上右边的DB25端口为IN端口,有8个GND引脚、16个IN引脚,1个5V电源输出(500mA)。

 

      下图为主机后面板接入IO转接板的引脚定义。IN输入转接板并没有增加功能电路,脚号功能上仍然于DB25一样,只是更方便于接线。

        输入端口可以用做如下功能:

            1-限位输入

            2-机械原点输入

            3-对刀器输入

            4-快捷功能输入

            5-程序等待输入

      不论是机械开关还是传感器都可以用于上面所列的功能。

      连接方法:

      SMC4四轴控制器的输入端口可以支持机械式开关和NPN型的电子传感器。电子传感器的类型必须是NPN型, 可以是常见的光电传感器、接近传感器等等。使用传感器连接时,传感器所用电源不得超出24V,推荐使用12V,也可以和SMC4共用一个电源。每个输入端口只能设置一个功能,比如IN1设置成限位功能后,不可再把这个端口设置成快捷按钮。(相关资料:《了解一下接近传感器 》/ 《了解一下光电传感器》)

       连接机械式开关时,方法最简单,只需要把开关的公共端(C)接入到SCM4脱机控制器的任一个GND端口,以及把常开触点(NO)或常闭触点(NC)接入到SM4脱机控制器的IN1-16中的任一个端口上。建议使用时连接到常闭触点上,可以增加抗干扰性。另处普通的对刀器原理类似于机械式开关,接线方式按照机械式开关接法。

       连接NPN型传感器时,需要把传感器电源正端连接到电源正端,可以是独立电源也可以和SMC4四轴控制器共用电源,电压不得高于24V,传感器电源负端连接到电源负端,传感器输出端连接到SM4脱机控制器的IN1-16中的任一个端口上。NPN型传感器输出类型可以是常开也可以是常闭的。

        测试方法

        SMC4四轴控制器内置输入端口测试界面。可从菜单“机台配置”-“测试”中打开。进入测试界面后,可以利用界面中的显示图形来测试开关、线路以及端口的好坏。图形为红色时表示输出端口INx与GND呈开路状态,图形为黑色时表示输出端口INx与GND呈闭合状态。测试方法可以看下面的视频。

        测试界面的使用方法视频

      下面以假设接入一个急停(常闭)IN1、 一个X轴+限位(常闭)IN2、一个Y原点(常闭)IN3以及一个对刀器(常开)IN4 ,来看看应如何设置。
急停(常闭)IN1


这个例子中急停开关为常闭,接于IN1。

使能:该项设置为1时,此项目生效,设置为0时,此项目失效。
脚位:功能开关所连接的端口号。
电平:接成常开,设电平为0。

          接成常闭,设电平为1。

*2023年11月后的固件版本,快捷IO设置中的电平设置有所更改,统一成接成常开,设电平为1。接成常闭,设电平为0。


X轴+限位(常闭)IN2

这个例子中X轴限位+开关为常闭,接于IN2。

使能:该项设置为1时,此项目生效,设置为0时,此项目失效。
脚位:限位开关所连接的端口号。
电平:接成常开,设电平为1。

          接成常闭,设电平为0。


Y原点(常闭)IN3

这个例子中Y轴机械原点开关为常闭,接于IN3。

使能:该项设置为1时,此项目生效,设置为0时,此项目失效。
脚位:机械原点开关所连接的端口号。
电平:接成常开,设电平为1。

          接成常闭,设电平为0。
方向:可设置为0或1,分别表示为运动轴的正反向,按实际情况设定。


对刀器(常开)IN4

这个例子中对刀器开关为常开,接于IN4。

使能:该项设置为1时,此项目生效,设置为0时,此项目失效。
脚位:对刀器开关所连接的端口号。
电平:接成常开,设电平为1。

          接成常闭,设电平为0。
方向:可设置为0或1,分别表示为运动轴的正反向,按实际情况设定。
对刀器的其它设置项可以在“G参数”中设置。
 

       安全高度:暂停/回原点/加参考点时Z轴会按这个设定值抬高。
对刀模式:默认值0,为浮动对刀。值为1时是固定对刀,有第一次对刀和换刀后对刀两种操作。
对刀偏移:对刀后,Z轴坐标会偏置到这个值上。这个值通常会设置成对刀块厚度。
对刀弹回:对刀后,Z轴会按照这个设置值离开对刀器,方便拿走对刀器。

       在程序中也是可以用M指令对输入端口应该侦测的。使用M3xx可以判断端口是否为低电平(常开开关触发时相当于低电平),如果是则向下执行下一行,否侧一直等待。使用M4xx可以判断端口是否为高电平(常闭开关触发时相当于高电平),如果是则向下执行下一行,否侧一直等待。xx则代表01-16号IN端口,比如要判断IN1是否为低电平,就可以在程序中使用M301来判断。实例应用可以参考《SMC4脱机控制器单步运行

​SMC4四轴控制器入门教程(2)- 电机参数设置

在前一章中介绍了控制器与步进电机驱动的基本连接方法。具体回看文章《SMC4四轴控制器入门教程(1)-电机连接及测试》。

从主界面菜单“机台配置”进入到“电机参数”设置界面,可以使用多功能旋钮、上下键、OK键以及数字符号键来进行四个运动轴电机参数的设置或修改。修改完成后记得要按“保存”进入保存。

电机参数设置项目中主要有以下几项:

 脉冲当量:

脉冲当量是指一个单位所需要输出的脉冲数量,允许浮点小数的输入。这里的单位可以是毫米、圈、度等等。单位根据实际需要来定,一般用于雕刻机时使用毫米和度。比如X轴安装一个导程为5mm的丝杆,所连接的步进电机步进角为1.8度,驱动细分值为8,就可以按计算公式(360/1.8)x8/5得出1mm的脉冲当量为320。简单来说就是电机每旋转一圈的所需脉冲数除以所运动的距离就得到脉冲当量。大部分市面的步进驱动会直接标1.8步进角的步进电机一圈的脉冲数,如1600(8细分),这样使用导程为5mm可以直接用这个计算1600/5=320。同理伺服电机也是一样道理。旋转轴也如此,比如A轴上步进驱动设置为1600,算每度的脉冲当量,1600/360=4.44444。如果有安装减速装置的还需要加入减速比进行计算。

最高速度:

最高速度是设定系统所能允许的每分钟所走的单位数。比如脉冲当量是以mm为单位,最高速度设定为1200。这个1200就是指系统可以允许最高速度为每分钟1200mm,按G代码F值就是F1200。同理,如果脉冲当量以度数为单位时,就是指每分钟1200度。因为系统最高脉冲输出速率为50KHz,所以最高速度所能允许输入的数值是有限制的,具体的计算公式这里不做展开讨论。最高速度可以根据步进电机最高转速的70-80%来计算,如果不知道电机参数的,可以实际运行时慢慢把最高速度的值往上加,以带负载不丢步为准。

加速度:

加速度是指电机从静止到匀速,或匀速到静止的速度数值。如果脉冲当量以mm为单位,那么加速度的单位就是mm/平方秒。这个值越大电机从启动到匀速运动或从匀速到停止这个过程会越短,所要求电机反应速度越快。如果加速度值设置过大时,会造成丢步。加速度可以根据步进电机加速度值的70-80%来计算,如果不知道电机参数的,可以实际运行时慢慢把加速度值往上加,以带负载不丢步为准。

脉冲电平:

脉冲电平设置主要是确定脉冲是以下降沿或上升沿为有效。默认设置为1,有些步进驱动则需要设置为0才可正常工作。

方向电平:

方向电平主要确定系统坐标正负值和电机的转向的关系,可以设置为1或0,如果发现电机方向不对可以在此做出修正。

  脉冲时间:

脉冲时间是设置脉冲输出的宽度,默认值为1时,大约脉宽为2us。有些版本的雷X牌步进驱动需要设置脉冲电平为0,脉冲时间为5。