# Servo Drivers # HCFA Integration KUKA # ПОЛНАЯ ИНСТРУКЦИЯ ПО ИНТЕГРАЦИИ HCFA SV-X5 + KUKA KRC4 (EtherCAT) **На основе 3-х технических логов проекта** --- ## СОДЕРЖАНИЕ 1. [Электрическое подключение (Hardware)](#1-%D1%8D%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%BE%D0%B5-%D0%BF%D0%BE%D0%B4%D0%BA%D0%BB%D1%8E%D1%87%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5-hardware) 2. [Настройка драйвера HCFA (Параметры)](#2-%D0%BD%D0%B0%D1%81%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%B9%D0%BA%D0%B0-%D0%B4%D1%80%D0%B0%D0%B9%D0%B2%D0%B5%D1%80%D0%B0-hcfa-%D0%BF%D0%B0%D1%80%D0%B0%D0%BC%D0%B5%D1%82%D1%80%D1%8B) 3. [Распайка кабеля энкодера](#3-%D1%80%D0%B0%D1%81%D0%BF%D0%B0%D0%B9%D0%BA%D0%B0-%D0%BA%D0%B0%D0%B1%D0%B5%D0%BB%D1%8F-%D1%8D%D0%BD%D0%BA%D0%BE%D0%B4%D0%B5%D1%80%D0%B0) 4. [Настройка EtherCAT в WorkVisual](#4-%D0%BD%D0%B0%D1%81%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%B9%D0%BA%D0%B0-ethercat-%D0%B2-workvisual) 5. [Модификация XML (PDO Mapping)](#5-%D0%BC%D0%BE%D0%B4%D0%B8%D1%84%D0%B8%D0%BA%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F-xml-pdo-mapping) 6. [Программирование KRL](#6-%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B3%D1%80%D0%B0%D0%BC%D0%BC%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B5-krl) 7. [Решение типовых проблем](#7-%D1%80%D0%B5%D1%88%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5-%D1%82%D0%B8%D0%BF%D0%BE%D0%B2%D1%8B%D1%85-%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B1%D0%BB%D0%B5%D0%BC) --- ## 1. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОДКЛЮЧЕНИЕ (Hardware) ### 1.1. Организация питания (КРИТИЧНО!) **Раздельное питание силовой и управляющей части:** - **L1C / L2C (Control Power):** - Подключить к **220В** (Фаза + Ноль) **напрямую** от автомата питания (ДО контакторов безопасности) - Обеспечивает работу логики и связи EtherCAT при E-Stop - **L1 / L2 (Main Power):** - Подключить к **220В** через контактор безопасности робота - ⚠️ **ВАЖНО:** Драйвер рассчитан только на 220В, НЕ подключать к 3-фазной сети 400В! ### 1.2. Подключение тормоза ⚠️ **ЗАПРЕЩЕНО** подключать тормоз напрямую в выход DO драйвера (сгорит транзистор, макс. 50мА)! **Правильная схема:**
``` Выход DO1 (CN6: Pin 1 DO+ / Pin 6 DO-) → Катушка реле 24В → Контакты реле → Тормоз ``` **Настройка драйвера:** - **P04.21 = 6** (Функция Brake Release) ### 1.3. STO (Safe Torque Off) На разъеме **CN2** установить перемычки для деактивации аппаратной блокировки (временное решение для пусконаладки). --- ## 2. НАСТРОЙКА ДРАЙВЕРА HCFA (Параметры) ### 2.1. Программное обеспечение **Использовать:** - **HCS-Studio(Cn) V2.13** или - **HCServoWorks 1.2.9** ⚠️ Новые версии (Sysctrl Studio) этот привод НЕ ВИДЯТ! ### 2.2. ОБЯЗАТЕЛЬНЫЕ параметры для EtherCAT **Базовая конфигурация:**
``` P00.01 = 7 // Режим EtherCAT P06.28 = 1 // Отключить концевики P-OT/N-OT (КРИТИЧНО!) P09.13 = H0015 // Единицы: RPM (скорость), ms (ускорение) // или H0005 в зависимости от версии прошивки P00.19 = 0 // Отключить контроль рассогласования (при пусконаладке) ``` **⚠️ КРИТИЧНО - Настройка цифровых входов:** Для работы через EtherCAT **ОБЯЗАТЕЛЬНО** убрать назначение функций концевиков:
``` P04.01 = 0 или другая функция (не 14, не 15) P04.02 = 0 или другая функция (не 14, не 15) P04.03 = 0 или другая функция (не 14, не 15) P04.04 = 0 или другая функция (не 14, не 15) P04.05 = 0 или другая функция (не 14, не 15) P04.06 = 0 или другая функция (не 14, не 15) P04.07 = 0 или другая функция (не 14, не 15) P04.08 = 0 или другая функция (не 14, не 15) Где: 14 = P_OT (положительный концевик) 15 = N_OT (отрицательный концевик) ``` **Причина:** Если оставить функции 14 или 15, драйвер будет ждать сигналы концевиков и останется в состоянии **Switch On Disabled** (StatusWord = 592), игнорируя команды включения. ### 2.3. "Взлом" защиты для стороннего мотора Если используется неродной мотор (например, GSK 150SJTRE): **Строго по порядку:** 1. **P07.21 = 1** (Снятие защиты от записи) 2. **Выключить/Включить питание** 3. **P18.00 = 0000FFFF** (HEX) или **65535** (DEC) — код "Универсальный двигатель" 4. **Выключить/Включить питание** ### 2.4. Параметры мотора (P18 Group) Заполнить с шильдика мотора:
``` P18.05 = 13.00 // Номинальный ток (A) P18.06 = 10.00 // Номинальный момент (Nm) P18.08 = 2000 // Номинальная скорость (rpm) P18.11 = 4 // Количество пар полюсов (КРИТИЧНО!) // Для моторов 150-й серии = 4 (8 полюсов) // При неправильном значении: рывки, Err.047 P18.19 = 0, 1 или 2 // Протокол энкодера (подбирать) ``` **После изменения P18.11 ОБЯЗАТЕЛЬНО:**
``` P20.03 = 5 // Поиск начального электрического угла ``` ### 2.5. Настройка инерции и жесткости **Автоматический замер инерции:**
``` P20.03 = 1 или 2 // Автоопределение инерции нагрузки ``` После замера система установит значение в **P00.04** (обычно 5-15). **Жесткость регулятора:**
``` P00.02 = 2 // Режим автонастройки (рекомендуется) P00.03 = 10-12 // Жесткость (для высокой скорости) // Низкое значение (5) = мягко, отставание // Высокое значение (10-12) = жестко, точно ``` **Скоростное упреждение (если есть отставание):**
``` P01.12 = 30-50 // Feedforward (%) ``` ### 2.6. Обнуление абсолютного энкодера Если нужно установить текущую позицию как "0": 1. Выключить Servo OFF (мотор свободен) 2. Убедиться: **P06.47 = 1** (Абсолютный режим) 3. **P20.06 = 7** (Команда сброса) 4. Перезагрузить питание **Если не работает (Hард-ресет):** 1. Выключить привод 2. Вынуть батарейку на 1 минуту 3. Включить → Получить ошибку **Err.012** 4. В состоянии ошибки: **P20.06 = 7** 5. Перезагрузить питание --- ## 3. РАСПАЙКА КАБЕЛЯ ЭНКОДЕРА ### 3.1. Проблема разъемов - **Мотор:** D-Sub (DB15) - **Драйвер CN7:** IEEE 1394 (FireWire 6-pin) **Решение:** Кастомный кабель с перепайкой. ### 3.2. Правильная распиновка
СигналПин на CN7 (IEEE1394)Пин на моторе (D-Sub)Цвет (проверить!)
**+5V****1****2**Красный
**GND****2****3**Черный
**Data+****5****4**Белый
**Data-****6****5**Желтый
**Экран****Корпус (Shell)****Корпус/9**Оплетка
### 3.3. КРИТИЧЕСКИЕ требования к монтажу **1. НИКАКИХ СКРУТОК!** - Линии данных работают на частоте 2.5 МГц - Скрутка = отражение сигнала + помехи (Err.013) - Только пайка, минимальная разделка **2. Экранирование:** - Экран припаять к металлическому корпусу CN7 **вкруговую** - Или зажать хомутом - "Свиной хвостик" = антенна для помех **3. Диагностика энкодера:** - Замерить ток по линии +5В: норма **30-80 мА** - 0 мА = обрыв - > 200 мА = КЗ ### 3.4. Борьба с помехами (Err.013) Если при включении или вращении вылетает **Err.013**: **Аппаратные меры:** 1. Надеть **ферритовое кольцо** на силовой кабель UVW возле привода 2. Заземлить корпус мотора отдельным проводом на PE привода **Программный фильтр (крайняя мера):**
``` P06.40 = 10-39 // Фильтр помех энкодера // Заводское: 0 // Увеличивать при Err.013 // ⚠️ Высокое значение = задержка = хуже динамика ``` --- ## 4. НАСТРОЙКА ETHERCAT В WORKVISUAL ### 4.1. Топология сети Драйвер подключить в порт **X44** контроллера KRC4:
``` KRC4 (X44) → Beckhoff EK1100 (Coupler) → HCFA SV-X5E ``` Порядок устройств в дереве WorkVisual = физическое подключение. ### 4.2. ESI-файл (XML) Использовать оригинальный XML от производителя:
``` HCFA_X5B_Servo_Driver2.1.27.1.xml ``` ### 4.3. Первичная диагностика Через WorkVisual → Диагностика входов: - Код **0x7305** = Ошибка связи с энкодером (проверить кабель) - После правильной пайки ошибка должна исчезнуть --- ## 5. МОДИФИКАЦИЯ XML (PDO MAPPING) ### 5.1. Проблема В стандартном XML отсутствуют объекты для передачи скорости и ускорения: - **0x6081** (Profile Velocity) - **0x6083** (Profile Acceleration) - **0x6084** (Profile Deceleration) Без них драйвер получает команду на движение со скоростью 0 → мотор стоит. ### 5.2. Решение — Модификация 1st RxPdo **Анализ:** - **1st RxPdo (#x1600)** имеет `rw` - Нет флага `Fixed="true"` - → Драйвер поддерживает динамическую реконфигурацию **Правки в XML:** Найти секцию `` и добавить:
xml
```xml #x6081 0 32 Profile Velocity UDINT #x6083 0 32 Profile Acceleration UDINT #x6084 0 32 Profile Deceleration UDINT ``` Найти секцию `` и добавить соответствующие Entry. После импорта нового XML и компиляции → переменные появятся в WorkVisual. ### 5.3. ⚠️ Что НЕ работает **Попытка 1 (Неудачная) — 5th PDO:** - 5-й набор помечен `Fixed="true"` (жестко зашит) - Изменение размера → потеря связи **Попытка 2 (Неудачная) — Target Velocity:** - Существует в 5-м наборе - Работает только в режиме скорости (Mode 3) - В режиме позиционирования (Mode 1) игнорируется --- ## 6. ПРОГРАММИРОВАНИЕ KRL ### 6.1. Конфигурация ($CONFIG.DAT) Создать `SIGNAL` для объединения битов:
krl
```krl SIGNAL do_HCFA_ControlWord $OUT[1] TO $OUT[16] ; UINT SIGNAL do_HCFA_TargetPos $OUT[17] TO $OUT[48] ; DINT SIGNAL do_HCFA_ProfileVel $OUT[49] TO $OUT[80] ; UDINT SIGNAL do_HCFA_ProfileAcc $OUT[81] TO $OUT[112] ; UDINT SIGNAL di_HCFA_StatusWord $IN[1] TO $IN[16] ; UINT SIGNAL di_HCFA_ActPos $IN[17] TO $IN[48] ; DINT SIGNAL di_HCFA_OpMode $IN[49] TO $IN[56] ; INT ``` ### 6.2. Алгоритм включения (Servo ON) Автомат состояний CiA 402:
krl
```krl DEF HCFA_ServoON() ; Проверка текущего статуса INT status status = di_HCFA_StatusWord ; Если есть ошибка (Bit 3 = 1) IF (status B_AND 'H0008') == 'H0008' THEN ; Fault Reset do_HCFA_ControlWord = 128 ; Бит 7 WAIT SEC 0.2 do_HCFA_ControlWord = 0 WAIT SEC 0.2 ENDIF ; State Machine: Shutdown → Switch On → Enable Operation ; 1. Shutdown (если не в Ready to Switch On) IF (status B_AND 'H006F') <> 'H0021' THEN do_HCFA_ControlWord = 6 WAIT FOR (di_HCFA_StatusWord B_AND 'H006F') == 'H0021' ; Ready to Switch On ENDIF ; 2. Switch On do_HCFA_ControlWord = 7 WAIT FOR (di_HCFA_StatusWord B_AND 'H006F') == 'H0023' ; Switched On ; 3. Enable Operation do_HCFA_ControlWord = 15 WAIT FOR (di_HCFA_StatusWord B_AND 'H006F') == 'H0027' ; Operation Enabled END DEF HCFA_ServoOFF() do_HCFA_ControlWord = 6 ; Shutdown (отключает момент) END ``` ### 6.3. Функция движения (Move) **Режим: Profile Position (Mode 1) — Абсолютное позиционирование**
krl
```krl DEF HCFA_MoveToAngle(angle :REAL) ; Константы INT encoder_resolution = 131072 ; 17-bit энкодер REAL gear_ratio = 100.0 ; Редуктор 1:100 ; Расчет импульсов INT target_pulses target_pulses = (angle / 360.0) * encoder_resolution * gear_ratio ; === SMART CHECK & AUTO RECOVERY === INT status status = di_HCFA_StatusWord ; 1. Проверка на ошибку IF (status B_AND 'H0008') == 'H0008' THEN ; Fault Reset + Включение do_HCFA_ControlWord = 128 WAIT SEC 0.2 do_HCFA_ControlWord = 0 WAIT SEC 0.2 HCFA_ServoON() ENDIF ; 2. Проверка включения IF (status B_AND 'H006F') <> 'H0027' THEN HCFA_ServoON() ENDIF ; 3. Проверка режима (OpMode должен быть 1) IF di_HCFA_OpMode <> 1 THEN do_HCFA_OpMode = 0 ; Сброс WAIT SEC 0.1 do_HCFA_OpMode = 1 ; Установка Profile Position WAIT SEC 0.1 ENDIF ; 4. Сброс зависшего бита подтверждения (Bit 12) IF (status B_AND 'H1000') == 'H1000' THEN do_HCFA_ControlWord = 15 ; Сброс в базовое состояние WAIT SEC 0.1 ENDIF ; === ЗАПИСЬ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ === do_HCFA_ProfileVel = 500 ; Скорость: 500 rpm do_HCFA_ProfileAcc = 100 ; Ускорение: 100 ms do_HCFA_TargetPos = target_pulses ; === HANDSHAKE (Двухступенчатый старт) === ; Шаг 1: Подготовка (Absolute, New Set-point) do_HCFA_ControlWord = 47 ; Биты: 0,1,2,3,4,5 (без Change Immediately) WAIT SEC 0.05 ; Шаг 2: Старт (Rising Edge бита 4) do_HCFA_ControlWord = 63 ; Биты: 0,1,2,3,4,5,6 (с Change Immediately) ; Ждем подтверждения (Bit 12 = Set-point Acknowledge) WAIT FOR (di_HCFA_StatusWord B_AND 'H1000') == 'H1000' TIMEOUT 2 ; Сброс бита New Set-point do_HCFA_ControlWord = 15 ; Ждем начала движения (Bit 10 = Target Reached сбросится) WAIT FOR (di_HCFA_StatusWord B_AND 'H0400') == 'H0000' TIMEOUT 2 ; Ждем завершения (Bit 10 = Target Reached установится) WAIT FOR (di_HCFA_StatusWord B_AND 'H0400') == 'H0400' ; Финиш: Отключение момента do_HCFA_ControlWord = 6 ; Shutdown END ``` ### 6.4. Расшифровка ControlWord
ЗначениеБитыКоманда
**6**0110Shutdown (переход в Ready to Switch On)
**7**0111Switch On
**15**1111Enable Operation (базовое рабочее состояние)
**47**0010 1111Absolute + New Set-point (подготовка)
**63**0011 1111+ Change Immediately (старт по Rising Edge)
**128**1000 0000Fault Reset (сброс ошибки)
### 6.5. Расшифровка StatusWord (ключевые биты)
БитМаскаЗначение
**3**0x0008Fault (есть ошибка)
**5**0x0020Quick Stop (0 = активна блокировка)
**10**0x0400Target Reached
**12**0x1000Set-point Acknowledge
**Состояния (биты 0-6):** - **0x0021 (33):** Ready to Switch On - **0x0023 (35):** Switched On - **0x0027 (39):** Operation Enabled - **0x0250 (592):** Switch On Disabled (блокировка) - **0x0637 (1591):** Operation Enabled + Ready + Target Reached --- ## 7. РЕШЕНИЕ ТИПОВЫХ ПРОБЛЕМ ### 7.1. Драйвер не включается (StatusWord = 592) **Симптомы:** Команды включения игнорируются. **Причины:** 1. Не сняты функции концевиков (P04.01...P04.08 содержат 14 или 15) 2. Не установлен **P06.28 = 1** **Решение:** См. раздел 2.2 (обязательные параметры). ### 7.2. Err.007 (Нет связи с энкодером) **Причины:** 1. Неправильная распайка кабеля 2. Обрыв/КЗ в линиях Data+/Data- 3. Не подключен +5V или GND 4. Неправильный протокол (**P18.19**) **Диагностика:** - Замерить ток по +5V: должен быть 30-80 мА - Проверить распайку по таблице из раздела 3.2 ### 7.3. Err.013 (Помехи энкодера) **Причины:** 1. Скрутки в линиях Data+/Data- 2. Плохое экранирование 3. Помехи от силового кабеля **Решение:** 1. Перепаять кабель (без скруток) 2. Экран припаять к корпусу CN7 вкруговую 3. Ферритовое кольцо на силовой кабель UVW 4. Заземлить корпус мотора 5. Крайняя мера: **P06.40 = 10-39** ### 7.4. Err.043 (Position Deviation Too Large) **Причины:** 1. Низкая жесткость регулятора (P00.03) 2. Неправильная инерция (P00.04) 3. Слишком жесткий допуск (P00.19) **Решение:** 1. Выполнить автозамер инерции: **P20.03 = 1** 2. Увеличить жесткость: **P00.03 = 10-12** 3. На этапе пусконаладки: **P00.19 = 0** 4. При отставании: **P01.12 = 30-50** (Feedforward) ### 7.5. Err.047 (Перегрузка) **Причины:** 1. Неправильное количество пар полюсов (**P18.11**) 2. Неправильный ток/момент мотора 3. Механическая перегрузка **Решение:** 1. Проверить **P18.11 = 4** (для моторов 150-й серии) 2. После изменения: **P20.03 = 5** 3. Проверить параметры мотора (P18.05, P18.06, P18.08) ### 7.6. Мотор стоит на месте (нет движения) **Причины:** 1. Отсутствуют объекты 0x6081/0x6083 в PDO 2. Неправильные единицы измерения (P09.13) 3. Скорость = 0 **Решение:** 1. Модифицировать XML (раздел 5) 2. Установить **P09.13 = H0015** (RPM/ms) 3. В коде задать **ProfileVel > 0** (например, 500) ### 7.7. Зависание на WAIT FOR Bit 12 **Причины:** 1. Бит подтверждения завис с прошлого раза 2. Драйвер не в режиме позиционирования (Mode <> 1) **Решение:** 1. Перед движением: сброс `OpMode = 0` → `OpMode = 1` 2. Если `Bit 12 == 1` перед стартом → сброс `ControlWord = 15` ### 7.8. Очень медленное движение (незаметное глазу) **Причина:** **P09.13 = H1115** (единицы измерения = импульсы/сек) **Решение:** **P09.13 = H0015** (RPM/ms) ### 7.9. Поворот на неправильный угол **Причины:** 1. Не учтен редуктор 2. Неправильное разрешение энкодера **Решение:** 1. Определить передаточное число экспериментально 2. В формуле расчета: `pulses = (angle / 360) * encoder_resolution * gear_ratio` --- ## ФИНАЛЬНЫЙ ЧЕКЛИСТ ПЕРЕД ЗАПУСКОМ - [ ] Раздельное питание L1C/L2C (220В напрямую) и L1/L2 (220В через контактор) - [ ] Кабель энкодера: пайка по таблице, экран к корпусу, без скруток - [ ] Диагностика энкодера: ток 30-80 мА - [ ] **P00.01 = 7** (EtherCAT) - [ ] **P06.28 = 1** (Игнорировать концевики) - [ ] **P04.01...P04.08**: Все значения ≠ 14 и ≠ 15 - [ ] **P09.13 = H0015** (RPM/ms) - [ ] **P18.11 = 4** (Пары полюсов для 150-й серии) - [ ] **P20.03 = 5** (Поиск угла) после изменения полюсов - [ ] **P20.03 = 1** (Автозамер инерции) - [ ] **P00.03 = 10-12** (Жесткость) - [ ] XML модифицирован (объекты 0x6081, 0x6083 добавлены в 1st RxPdo) - [ ] Топология EtherCAT в WorkVisual = физическое подключение - [ ] Код KRL: включение через Shutdown → Switch On → Enable Operation - [ ] Код KRL: движение с ProfileVel > 0 и двухступенчатым стартом (47 → 63) - [ ] Тестовое движение на малой скорости (50-100 rpm) --- **СИСТЕМА ГОТОВА К РАБОТЕ!** Эта инструкция основана на реальном опыте пусконаладки и содержит все критические нюансы для успешной интеграции HCFA + KUKA через EtherCAT.