今回の記事ではBeckhoff TwinCAT3上で安川電機のSERVOPACKシリーズSGDXS-2R8AA0AとEtherCAT経由で制御します。

倉庫にあるSERVOPACKで、Motion ライブラリが標準化されたTwinCAT3を試していきましょう。

さ、FAを楽しもう。

Reference Link

Beckhoff#Delta ASDA-A3 サーボを動かしてみよう

Festo#CMMT-ST Servo Drive_Part2_Beckhoff TwinCAT3と連携しよう

Reference Video

Download Tools

下記のLinkでSigmaWin+ツールをDownloadしてください。

https://www.e-mechatronics.com/download/tool/servo/sgmwinplsver7/download.html

Install the Tools

先ほどDownloadしたSigmaWin+セットアップFileを起動します。

Next>で進みます。

ライセンスに同意し、Next>で進みます。

Next>で進みます。

Installを開始します。

少々お待ち下さい…

USB Driverをインストールしましょう。

Done!

先ほどインストールしたツールを起動しましょう。

Done!

最初の一回目の起動は少々時間がかかります。

EtherCAT?

CANopen over EtherCAT通信リファレンスサーボパックには、EtherCAT通信（リアルタイムイーサネット通信）用のCiA 402 CANopenドライブプロファイルが実装されています。

それにより、基本的な位置、速度、トルク制御は、同期位置、速度、トルク制御とともにサポートされています。

また、EtherCAT通信を使用して、ハイレベルなサーボ制御性能、高度な旋回機能、Σ-Xシリーズの多くのアクチュエータを制御することができます。

CANopen over EtherCAT OSI Model?

SERVOPACKが実装するOSIモデルは、アプリケーション層（CANopen）、データリンク層（EtherCAT）、物理層（Ethernet）の3層から構成され、アプリケーション層、データリンク層、物理層以外の4層は使用されていません。データリンク層はEtherCAT通信で実装され、アプリケーション層はDS402 CANopenドライブプロファイルで実装されます。

アプリケーション層のオブジェクト・ディクショナリには、パラメータ、アプリケーション・データ、マスターとスレーブ間のPDOマッピング情報が含まれ、プロセス・データ・オブジェクト（PDO）は、オブジェクト・ディクショナリ内のオブジェクトで構成され、PDOマッピングにマッピングすることができる。PDOマッピングは、プロセス・データの構造と内容を定義します。

Sending and Receiving Data in EtherCAT Communications

オブジェクトはEtherCAT通信でデータの送受信に使用され、オブジェクトデータの読み書きは、サイクリックにデータを転送するプロセスデータ通信（PDOサービス）と、非サイクリックにデータを転送するメールボックス通信（SDOサービス）で行われる。

プロセスデータ通信はPDOの読み書きに使用される。メールボックス通信(SDO)は、オブジェクト・ディクショナリ・データ・エントリを読み書きするために使用されます。

Implementation1

最初はSERVOPACKを立ち上げ、SigmaWin+のツールからエラーなくJOGできるようにしましょう。

Wiring

今回記事で使用する安川電機のServoはSGDXS-2R8AA0Aの単相タイプなので、下図のように配線していきましょう。

Connect to your Drive

先ほどPCにインストールしたSigmaWin+を起動し、Start>Connect the SERVOPACKをクリックします。

今回はUSB経由でServoアンプと繋がりますので、USB Connectionを選び>Search for SERVOPACKをクリックします。

Done!安川電機のSERVOPACKが見つかりましたので、ConnectでツールとServo Driveを接続しましょう。

少々お待ち下さい…

Done!

Parameter Screen

下図の枠で示したICONをクリック、操作画面を開きます。

こちらはSERVOPACKの操作画面になります。

Display Alarm

SERVOPACKのアラームを確認したい場合は、Troubleshooting>Display Alarmをクリックします。

現在SERVOPACKのアラームもしくはアラーム履歴を確認できます。

Reset Absolute Encoder

今回記事で使用する安川電機のServo Motorもそうですが、基本的にはAbsolute Encoderとして稼働もできます。またIncrementalエンコーダとして使用することもできます。

今回はAbsolute Encoderとして使用したいので、Encoder Setting>Reset Absolute Encoderでエンコーダをリセットする必要があります。

Continueで進めば、エンコーダのリセットが完了です。

SigmaLink Settings

次はServoPackのSigmaLink設定を行います。Basic Function>SigmaLink II Settingsをクリックします。

Executeで自動設定し、Save to Flash Memoryをクリックし設定を保存します。

Encoder AllocationにもNode Addressを選択し、Write/Software Resetで設定を書き込みます。

Parameter

次はServoPackのパラメータを変更するには、Basic Functions>Edit Parametersを開きます。

こちらはServoPackのパラメータ設定画面になります。

Reset your Parameters

ServoPackを一旦出荷設定に戻すため、Initializeをクリックしパラメータなどを初期化します。

Upload Parameters

また、Read From Devices>All ParametersをクリックしServoPackのパラメータを読み込むことが可能です。

Change Display Mode

Display SettingにはHierarchyのON/OFF切り替えボタンがあり、その設定をONにするとパラメータの表示を機能に分けて表示することが可能です。

パラメータはよりわかりやすく表示されます。

Position(Pn2xx-)

最初に設定するのはPosition関連のパラメータです。

Pn21D-１

今回使用するSERVOPACKは26Bitのエンコーダなので、Pn21D-1のEncoder ResolutionをA(26 Bit)に設定しましょう。

Function Selection(Pn0xx-)

次は本体の機能設定を行います。

Pn000-0

こちらはSERVOPACKが正回転する、もしくは逆回転するときがForwardになる設定になります。

Pn000-3

こちらはSERVOPACKが実際に接続する機構がRotaryかLinearかを設定するパラメータです。

Pn001-2

SGDXS-2R8AA0Aは単相・三相にも対応できますが、自分が自宅でテストするので基本は単相しかありません。SGDXS-2R8AA0Aを単相で使用する場合、Pn001-2の設定を1に設定する必要があります。

Download Parameters

すべてのパラメータを設定完了したら、Write to Servo>All ParametersでパラメータをSERVOPACKに書き込みましょう。

Jog

SERVOPACKがPOWER ONやFieldbusと繋ぐ前の試運転はOperation>JogをクリックしJog操作することができます。

OKで進みます。

Servo ONでSERVOPACKの電源をONやし、Forward・Reverseボタンでモーターを回してみてください。

Tuning

最後はSigmaWin+ツールでSERVOPACKのAuto-Tuningを行います。

Tuning>Tuningをクリックします。

Executeで進みます。

OKで進みます。

こちらはSERVOPACKのTuning画面です。

Ratio identification

最初にAutoTuningかける前Ratio Identificationを行います。

それらの設定でSERVOを動かすときに機構に影響ないのかを確認し、Next>で進みます。

Startで作業を開始します。

Next>で進みます。

Servo ONでSERVOPACKの電源をONにします。

ForwardでSERVOPACKを前進させます。

BackwardでSERVOPACKを後退させます。そのあとNext>で進みます。

ServoをOFFにします。

最後はWriting Resultsで結果をSERVO アンプに転送します。

少々お待ち下さい…

Autotuning

今度はAutotuningを行います。

Next>で進みます。

こちらはAutoTuningの作業画面です。

Servo ONボタンをクリックしSERVOPACKを電源ONにします。

Done!SERVOPACKの電源がONになりました。

次は”Start Tuning”ボタンでTuningを開始しましょう。

Yesで進みます。

少々お待ち下さい…

Done!最後は”Finish”ボタンをクリックし作業を完了しましょう。

OKで進みます。

少々お待ち下さい…

Erros

Tuningの作業中にはOverTravelアラームが発生した場合、Pn50A-3とPn50B-0のパラメータを8に設定しOverTravel検知を無効するか、もしくはJogでSERVOを適切な位置に移動してください。

Implementation2

先ほどの章でSERVOPACKをSigmaWin+上で立ち上げたと思いますので、次はBeckhoffのTwinCAT3と連携していきます。

YASKAWA Side

上位のControllerから制御したい場合は、まずSERVO MOTORが制御したい機構に沿ってPositionのパラメータを設定しましょう。

Position Setup

今回の記事はSGDXS-2R8AA0Aの取説に沿って設定にしていきます。では、仮にBall Screwの機構がSERVOPACKと接続してるとしましょう。

Pn20E・Pn210のパラメータは671088と6000に設定します。

67108864に設定するのはSGDXS-2R8AA0Aと接続されているMOTORにあるエンコーダは26Bitなんです。
今回の機構のReference Unitは0.001mmだとします。
Ball Screwは1回転は6mmで設計されています。
なので、シャフト1回転あたりの移動距離6 mm/0.001 mm=6000です。
ここまでわかれば、最後は電子ギア比をアプリケーションに合わせて設定していきます。
今回の記事では１：１００に設定したいので、電子ギア比=67108864 / 100 = 671088になります。
Pn20E・Pn210は(Numerator)671088と(Denominator)6000になります。

EtherCAT

次はEtherCAT側の設定を変更するため、EtherCATカタログを開きます。

Pn806/Pn80Aは10000設定します。つまりEtherCAT経由で交換する位置データと速度データを10000倍にScaling します。

Download ESI File

EtherCATスレーブ情報ファイル (XML) を使用してEtherCATマスタを設定することができます。XMLファイルには、サーボパックの設定に関連するEtherCAT通信設定に関する一般的な情報が含まれています。

下記のLinkでSERVOPACKのESI FileをDownloadしてください。

https://www.e-mechatronics.com/download/files/servo/sgmx_coe/

Explicit Device Identification

IDセレクタ（S1、S2）の設定により、サーボパックを識別することができます。IDセレクタ（S1、S2）によるサーボパックの識別方法については、下図を参考にしてください。

Download Parameters

すべてのパラメータを設定完了したら、Write to Servo>All ParametersでパラメータをSERVOPACKに書き込みましょう。

Beckhoff Side

SERVOPACKの設定が完了したら、今度はTwinCAT側を構築します。

Install ESI File

先ほど安川電機HPからDownloadしたESI Fileを下記のPathに格納してください。

C:\TwinCAT\3.1\Config\Io\EtherCAT

Configure EtherCAT Master

EtherCAT Masterを追加するため、I/O>Devices>Add New Itemします。

EtherCAT>EtherCAT Masterを選び、Okで進みます。

こちらはEtherCAT Maseterとして使用したいEthernet Adapterを設定する画面ですが、一旦Noneを選択し、Okで進みます。

Done!EtherCAT Masterが追加されました。

Configure the PCI Bus/Slot

次はEthernet Adapterを設定するため、Compatible Devicesをクリックします。

もし該当するTwinCAT XAEに下図のような画面が表示されれば、TwinCAT RT-ET Ethernet Adaptersをインストールする必要があります。

EtherCAT Masterとして使用したいEthernet Adapterを選び>Installをクリックします。

Installで進みます。

Done!

次はSearchボタンをクリックします。

先程インストールしたEthernet RT Driverを使えるようになりました！

Done!

Scan Network

TwinCATのAuto Scan機能を使用し、ネットワーク内のEtherCAT Slaveを検索します。

NC- Configurationを選択し、OKで進みましょう。

Done!安川電機のSGDXS-2R8AA0A SERVOPACKが追加されました。

MOTION項目にも軸が追加されました。

Configure NC

安川電機のSGDXS-2R8AA0A SERVOPACKを使用するには、先程SigmaWin+で設定したパラメータと合わせる必要があります。

Enc

Encoder設定を行います。

Pn806/Pn80Aは10000設定したので、EtherCAT経由で交換する位置データと速度データを10000倍にScaling されたんですね。

なので、こちらはEtherCATのデータを10000倍にScaling 戻します。

Reference Systemは”ABSOUTE”に設定します。

Drive

次はDriveの設定を行います。

Reference VeloctyはSigmaWin+に合わせて設定します。

Output Scaling はServoPack側で行いますので、TwinCAT3側1.0のままでよいです。

Add PLC Project

PLC>右クリック>Add New ItemでPLCプロジェクトを追加します。

Standard PLC Projectを選び>Addでプロジェクトを追加しましょう。

Done!PLCプロジェクトが追加されました。

Add Library

次はMotion制御のライブラリTc2_MC2を追加するため、References>Add libraryします。

Tc2_MC2ライブラリを追加します。

Add GVL

Global Variables Listを追加するため、右クリック>Add>Global Variable Listします。

Global Variables List名を設定します。

AXIS＿REF変数をGVL内で定義しましょう。

Add POU

安川電機のSERVOPACKを制御するためのプログラムを作成します。

今回の記事ではFBD言語を使用します。

Add Empty Box

実際プログラムを説明するまえに、簡単にFBDの操作を紹介します。

基本FBDすべての部品がボックスです。なので、NetworkにInsert Empty BoxもしくはInsert Empty BOX EN/ENOで新しい関数をします。

下図のようなボックスが追加されました。

Function Blockを使用する場合、ボックス内に使用したいFunction Block名を入力してください。

Done!

そしてボックス上には入力項目は該当するFunction BlockのInstanceになります。

Local Variables

こちらはプログラム内のローカル変数になります。

PROGRAM p
VAR
_MC_Power:MC_Power;
_MC_Home:MC_Home;
_MC_ReadActualPosition:MC_ReadActualPosition;
_MC_ReadStatus:MC_ReadStatus;
_MC_ReadActualVelocity:MC_ReadActualVelocity;
_MC_MoveRelative:MC_MoveRelative;
_MC_MoveAbsolute:MC_MoveAbsolute;
_MC_Reset:MC_Reset;
_MC_ReadAxisError:MC_ReadAxisError;
_MC_ReadParameter:MC_ReadParameter;
_MC_ReadAxisComponents:MC_ReadAxisComponents;
END_VAR
VAR
bMCDataOK:BOOL;
bReset:BOOL;
bMCEnable:BOOL;
bMCisEnabled:BOOL;
bHome:BOOL;
bRel:BOOL;
rRelDistance:LREAL:=6.0;
rRelVelocity:LREAL:=6.0;
rRelAcc,rRelDec:LREAL:=6.0;
bAbs:BOOL;
rAbsPosition:LREAL:=6.0;
rAbsVelocity:LREAL:=6.0;
rAbsAcc,rAbsDec:LREAL:=6.0;
bReadParameters:BOOL;
AxisComponents:ST_AxisComponents;
bReadComponents:BOOL;
END_VAR