Elastyczny układ sterowania CNC maszyn bazujący na PC *

Flexible PC-based CNC machine control system

Author: Marcin Paprocki, Andrzej Wawrzak, Krystian Erwiński, Marek Kłosowiak

Mechanik nr 04/2018 - Obrabiarki

STRESZCZENIE: Przedstawiono układ sterowania numerycznego maszyn oparty na komputerze PC, komunikujący się z serwonapędami oraz pomocniczymi układami wejścia i wyjścia poprzez magistralę komunikacyjną EtherCAT. Komputer wyposażono w system operacyjny czasu rzeczywistego Linux RTAI oraz zmodernizowane oprogramowanie sterujące LinuxCNC. Opracowano programowy moduł komunikacyjny magistrali EtherCAT i zintegrowano go z oprogramowaniem LinuxCNC. Przytoczono wyniki badań, ilustrujące możliwości układu sterowania w zakresie wygładzania trajektorii, a także wyniki badań błędów nadążania, przeprowadzonych na stanowisku z modułem ruchu liniowego z serwonapędem PMSM. Zestawiono podstawowe parametry serwonapędu dotyczące możliwości dynamicznych i precyzyjnego pozycjonowania, osiągnięte na stanowisku ruchu liniowego. Omówiony w artykule układ sterowania numerycznego maszyn został wdrożony w maszynie trzyosiowej.

SŁOWA KLUCZOWE: układ sterowania CNC, otwarty układ sterowania, system operacyjny czasu rzeczywistego, Linux RTAI, LinuxCNC, EtherCAT

ABSTRACT: In the article a PC-based CNC machine control system is presented which communicates with servo drives and auxiliary input/output devices via EtherCAT bus. LinuxRTAI real-time operating system and LinuxCNC control software were implemented in the PC controller. A software module implementing EtherCAT communication with the servo drives was developed and integrated with LinuxCNC. Experimental results were presented which show the trajectory smoothing capabilities of the control system. Experimental results were also presented that show following errors obtained by running an example trajectory on a linear motion module. Basic parameters that show the control systems capabilities obtained during the experimental tests have been presented. The CNC control system presented in this article was implemented on a 3-axis machine.

KEYWORDS: CNC control system, open control system, real time operating system, Linux RTAI, LinuxCNC, EtherCAT

BIBLIOGRAFIA / BIBLIOGRAPHY:

Huang H., Chi G., Wang Z. “Development and application of software for open and soft multi-axis EDM CNC systems”. International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 86, 9 (2016): s. 2689–2700, DOI:10.1007/s00170-016-8353-6.
www.beckhoff.pl (dostęp: 11.03.2017 r.).
www.beckhoff.com/english.asp?highlights/twincat-cnc/default.htm (dostęp: 11.03.2017 r.).
Chen Xin, Li Di, Wan Jiafu et al. “A clock synchronization method for EtherCAT master”. Microprocessors and Microsystems. 46, Part B (2016): s. 211–218, DOI: 10.1016/j.micpro.2016.03.002.
López-López F., Gomis-Bellmunt O., Teixidó-Casas M., Rafecas-Sabaté J., Muñoz-Gazquez J.P. “A novel educational platform to teach CANopen field bus”. Computer Applications in Engineering Education. 19, 2 (2011): s. 377–384, DOI:10.1002/cae.20319.
Wawrzak A., Erwiński K., Karwowski K., Paprocki M., Kłosowiak M. “PC based CNC control system with EtherCAT fieldbus”. Pomiary Automatyka Robotyka. 20, 2 (2016): s. 29–34, DOI: 10.14313/PAR_220/29.
Erwński K., Paprocki M., Grzesiak L.M., Karwowski K., Wawrzak A. “Application of Ethernet Powerlink for communication in a Linux RTAI open CNC system”. IEEE Transactions on Industrial Electronics. 60, 2 (2013): s. 628–636, DOI: 10.1109/TIE.2012.2206348.
Ferreira J.C.E., Benavente J.C.T., Inoue P.H.S. “A web-based CAD/CAPP/CAM system compliant with the STEP-NC standard to manufacture parts with general surfaces”. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering. 39, 1 (2017): s. 155–176. DOI:10.1007/s40430-016-0528-4.
Mejías A., Herrera R.S., Márquez M.A., Calderón A.J., González I., Andújar J.M. “Easy handling of sensors and actuators over TCP/IP networks by open source hardware/software”. Sensors. 17(1), 94 (2017): s. 1–23, DOI:10.3390/s17010094.
bothhand.info/pdf/spec-8111b(140).pdf (dostęp: 11.03.2017 r.).
www.delta.com.tw/product/em/motion/motion_servo/download/manual/DELTA_IA-ASDA_A2_UM_EN_20141212.pdf (dostęp: 11.03.2017 r.).
https://download.beckhoff.com/download/document/io/ethercat-terminals/ek18xxen.pdf (dostęp: 11.03.2017 r.).
https://download.beckhoff.com/download/document/io/ethercat-terminals/el10xx_el11xxen.pdf (dostęp: 11.03.2017 r.).
https://download.beckhoff.com/download/document/io/ethercat-terminals/EL20xx_EL2124en.pdf (dostęp: 11.03.2017 r.).
https://download.beckhoff.com/download/document/io/ethercat-terminals/el5101en.pdf (dostęp: 11.03.2017 r.).
Aström K.J., Hägglund T. “PID Controllers: Theory, Design, and Tuning”. 2nd ed. Instrument Society of America, 1995.