NiMotion一體化電機在PLC上應用案例---TCP轉CAN通訊

1．一體化閉環步進電機TCP/IP通信實例介紹

NiMotion一體化閉環步進電機融合了步進電機和伺服電機各自的技術優點，相比標準步進電機運行更安靜，振動更少，同時內部集成14位高解析度編碼器實現位置反饋的閉環控制，不失步，在完成定位後保持穩定的位置，沒有振蕩，根據負載自動調整電流輸出大小降低溫升。在滿足節能平穩及高負載承受性的要求時，能夠去取代傳統步進電機。同時一體化閉環步進電機集成I/O功能，方便用戶的功能擴展，簡化系統複雜程度。

傳統步進電機應用方案

傳統步進電機應用方案

傳統步進電機應用方案的缺點：

1.集成化低，佔用空間大，接線麻煩，安裝麻煩，成本較高；2.開環控制精度通常較低、無自動糾偏能力；3.故障率較高，維修成本高；4.內部不集成I/O，需要用戶增加硬體拓展，增加用戶成本；5.每次開機需要尋找零點，不支持掉電保持；6.不能進行自診斷。

針對以上步進電機應用存在的問題，NiMotion推出了帶有CAN總線功能的一體化步進電機產品，產品覆蓋42系列57系列和86系列，可使用帶有CAN總線模塊的PLC來控制NiMotion的一體化電機。考慮到CANopen總線特殊模塊比較昂貴，NiMotion推出可以替代CANopen模塊的乙太網轉CAN通信協議轉換器，只需用戶PLC自帶乙太網口即可實現對一體化步進電機的CAN總線控制。完美的替換了CANopen總線特殊模塊，降低用戶的使用成本的同時大大簡化了工程設計和工程實施的難度。

NiMotion一體化閉環步進電機應用方案

NiMotion一體化閉環步進電機應用方案

NiMotion一體化步進電機主要功能特點：

1.豐富的運動控制指令：MOVE指令、GOTO指令、GOHOME指令、正轉和反轉指令等等；2.位置模式，原點回歸模式和速度模式可供用戶選擇；3.閉環控制：根據位置反饋調整輸出，實現精準定位和PID糾正系統的響應，執行調節控制4.CANOPEN和Modbus總線連接,分布式控制；5.內部I/O，便於本地控制信號反饋控制；6.集成步進電機驅動器；7.豐富的報警功能；8.獨特高效的原點回歸設置方法；9.在線升級程序。

本實例NiMotion一體化閉環步進電機TCP/IP通信實例介紹工程硬體連接、實例報文、關於乙太網轉CAN通信轉換器、總結。重點介紹PLC TCP/IP通信擴展接口向乙太網轉CAN通信協議轉換器發送4條報文，實現TCP/IP報文轉換為CANopen報文，轉換器向一體化閉環電機發送轉換後的4條CANopen報文，實現一體化閉環步進電機在位置模式下精準運行10step。讓用戶更方便了解乙太網轉CAN通信協議轉換器和NiMotion一體化閉環步進電機的運動控制。

本實例中適用NiMotion STM42系列、STM57系列和STM86系列的一體化步進電機，PLC採用產電（LS）PLC型號為XGB做TCP/IP伺服器。使用乙太網轉CAN通信協議轉換器進行TCP/IP轉CAN通信。NiMotion一體化電機作為CANopen客戶端。CANopen是一個基於CAN串行總線的網絡傳輸系統的應用層協議，遵循ISO/OSI標準模型。

2.硬體連接

硬體目錄：

1.一體化閉環步進電機：STM5776A-CAN-1FH-A2.乙太網轉CAN通信協議轉換器：SCM-ETHCAT3.LS XGB PLC TCP/IP通信接口4.電源線若干5.一體化閉環步進電機CAN通信線一根6.連接端子1個7.網線一根

一體化閉環步進電機與LS PLC硬體連接

3.一體化閉環步進電機CAN總線通信參數設置

一體化閉環步進電機

1.一體化閉環步進電機CAN通信參數設定電機地址：01、波特率:1Mbps；2.電機地址設定範圍：1-127;

註：如需更改一體化閉環步進電機地址、波特率等參數請參閱《一體化閉環步進電機CAN總線用戶手冊》

3.1實例報文

本實例中在位置模式下通過發送4條報文實現一體化閉環步進電機從當前位置相對運行10step。

發送運動命令報文如下：

步驟

CAN-ID

數據

備註

1

0x400 +節點ID

06 00 00 00 00 00 00 00

狀態機轉換準備上電

2

0x400 +節點ID

07 00 00 00 00 00 00 00

狀態機轉換為上電，電機抱死狀態

4

0x400 +節點ID

4F 00 00 00 00 00 00 00

狀態機轉換為運行命令

5

0x400 +節點ID

5F 00 00 01 0A 00 00 00

發送一個新的位置移動(01代表方向，0A 00 00 00位置移動的大小10step)

乙太網轉CAN通信協議轉換器

4.SCM-ETHCAT介紹

SCM-ETHCAT是北京立邁勝控制技術有限責任公司開發的一款工業級乙太網CAN總線數據轉換設備，它內部集成了兩路CAN總線接口和一路EtherNet接口以及TCP/IP協議棧，用戶利用它可以輕鬆完成CAN總線網路和EtherNet網絡的互聯互通，進一步拓展CAN總線網絡範圍。

SCM-ETHCAT為工業級產品，可以工作在—25℃~75℃的溫度範圍內。它具有10M/100M自適應乙太網接口，CAN口通信最高波特率1Mbps，具有TCP Sever，TCP Client,UDP等多種工作模式，每個CAN接口支持2個TCP連接或多達3x254個UDP連接，通過配置軟體用戶可以靈活的設定配置參數。

SCM-ETHCAT典型應用圖

SCM-ETHCAT典型應用圖

4.1SCM-ETHCAT通信接口設置

1.電氣接口：標準乙太網2.通訊方式：TCP/IP伺服器3.默認伺服器IP位址：192168.250.1204.默認伺服器端號：4001

4.2 SCM-ETHCAT數據轉換協議

一個乙太網包包含1~50個CAN幀，一個CAN幀有13個字節，下面展示一個CAN幀的數據描述。

幀信息（第0位元組）

Bit

注釋

0~3

表示該CAN幀的數據長度

4

保留

5

保留

6

表示數據幀與遠程幀。1為遠程幀，0為數據幀。默認使用數據幀。

7

表示標準幀與擴展幀。1為擴展幀，0為標準幀。默認使用標準幀。

1.幀ID（第1位元組~第4位元組）

長度為4位元組，高字節在前。標準幀11位有效，擴展幀29位有效。

2.幀數據（第5位元組~第12位元組）

長度為8位元組，有效長度由幀信息（幀信息的Bit0~3）決定。

當有效長度小於8時，則忽略其後面的所有字節。

4.3幀數據舉例

一體化閉環步進電機MOVE指令幀數據舉例：

MOVE命令是從當前的位置移動到相對的目標位置。在控制字Bit6設置為1，bit4產生0->1的觸發，才會執行。

比如節點ID為1，則完整的幀報文（TCP報文）為：

08 00 00 04 01 06 00 00 00 00 00 00 00 狀態機轉換準備上電08 00 00 06 01 02 01 00 00 01 00 00 00 操作模式切換到位置模式08 00 00 04 01 07 00 00 00 00 00 00 00 狀態機轉換為上電，電機抱死狀態08 00 00 04 01 4F 00 00 00 00 00 00 00 狀態機轉換為運行命令

發送運動命令（CAN報文）：

步驟

CAN-ID

數據

備註

1

0x400 +節點ID

06 00 00 00 00 00 00 00

狀態機轉換準備上電

2

0x600 +節點ID

02 01 00 00 01 00 00 00

操作模式切換到位置模式

3

0x400 +節點ID

07 00 00 00 00 00 00 00

狀態機轉換為上電，電機抱死狀態

4

0x400 +節點ID

4F 00 00 00 00 00 00 00

狀態機轉換為運行命令

報文轉換示意圖

5. 總結

通過以上實例可知，NiMotion一體化步進電機，集成度高，比之前傳統的運動方案能大幅減少接線且容易安裝，能充分節省安裝空間，防燒壞等損毀的保護措施，特別適合替代多個電機的設備使用，集成IO和同步功能， CANopen和Modbus總線連接，分布式控制。方便用戶對生產流程的監控、數據採集並進行數據分析，從而形成高度靈活、個性化、網絡化的生產鏈。滿足工業4.0、工業網際網路、物聯網、雲計算的發展需求，在節省用戶成本的同時為用戶的智能製造提供了一種替代傳統步進電機的解決方案。

同時，北京立邁勝控制技術有限責任公司推出的SCM-ETHCAT提供了乙太網轉CAN通信協議的靈活解決方案，不再需要用戶再去特殊定購昂貴的CAN總線通訊模塊，只需用戶上位機支持TCP協議就可以實現TCP/IP轉CAN通信協議，不僅僅限制於PLC，CAN設備上位機還可以是支持TCP/IP的觸控螢幕、筆記本、工控機、單片機等等。