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快速入门丨篇八:如何进行运动控制器EtherCAT总线的基础使用?

2020-09-25 09:31

今天,我们来讲解一下正运动技术运动控制器EtherCAT总线的基础使用。

  视频教程地址:《正运动技术视频教程:如何进行运动控制器EtherCAT总线的基础使用?》

   1、材料准备与控制器接线参考

  材料准备:

  1)电脑1台,安装ZDevelop3.01以上版本软件。

  2)控制器1个。

  3)24V直流电源2个(主电源,IO电源)。

  4)总线驱动器+电机(或步进驱动器+电机)若干。

  5)控制器接线端子若干。

  6)网线若干。

  7)连接线若干。

  8)不同类型扩展模块多个(扩展模块接线参考参见下文)。

  

1.png

  

   2、扩展模块的作用

  

  当控制器自身的轴资源、IO资源不够用时,可采用扩展模块来扩展,可以扩展脉冲轴、数字量输入输出、模拟量输入输出这三种类型。只有带脉冲轴接口的扩展模块才支持扩展脉冲轴数,总线轴不可扩展。

  扩展模块按连接方式可分为ZCAN总线扩展模块和EtherCAT扩展模块两类。

  按产品系列划分,可分为ZCAN扩展模块,EtherCAT扩展模块、ZMIO300扩展模块三大类。

  IO数字量扩展:ZMC控制器4系列及以上的型号IO点数可扩展至4096点。

  AIO模拟量扩展:ZMC控制器4系列及以上的型号AIO点数可扩展至520点。

  轴扩展:只能扩展脉冲轴,鉴于成本和使用方面,不建议使用过多轴扩展板,可选用支持脉冲轴数较多的控制器型号。

  控制器可扩展的IO点数可在硬件手册或“命令与输出”窗口输入?*max打印查看。

  

  2.png

  

   3、EtherCAT总线扩展模块

  

  EtherCAT总线扩展模块包含两个系列:可分为EIO扩展模块、ZMIO300-ECAT扩展模块。

  EIO1616MT支持扩展数字量IO,包含16路输入和16路输出。

  EIO24088可扩展数字量IO和脉冲轴,支持扩展8个脉冲轴,包含24路输入和8路输出。

  ZMIO300-ECAT扩展模块为立式组合模块,可扩展数字量IO和模拟量。

  EtherCAT通讯建议采用带屏蔽层的双绞线进行网络数据传输。

  3.png

  4.png

   1)EIO扩展模块

  A、EIO扩展模块使用EtherCAT总线扩展,可选型号如下表:

  

  5.png

  

  EIO1616双电源供电(除了主电源,IO也需要单独供电),EIO24088为单电源供电。

  扩展模块数字量IO接口默认支持NPN型。

  EtherCAT扩展模块接线只需将各个模块的EtherCAT口相互连接即可,EIO扩展板带两个EtherCAT接口,EtherCAT IN口接主控制器,EtherCAT OUT口接下级扩展板或驱动设备,不可混用。

  B、EIO扩展模块使用接线

  EIO扩展接线参考如下:

  

  6.png

  

   2)ZMIO300-ECAT扩展模块

  A、ZMIO300-ECAT扩展模块可搭配子模块如下表:

  

  7.png

  

  模拟量精度为16位,有NPN和PNP两种输入方式可选,数字量输入输出口带信号状态指示灯。

  ZMIO300-16DO/ZMIO300-16DOP数字量输出需要一路电源单独供电。

  B、ZMIO300-ECAT扩展模块使用接线

  

  8.png

  

  ZMIO300-ECAT扩展模块接线参考如下,与EIO扩展模块接线方法相同。

  EtherCAT IN口与EtherCAT OUT口不可混用。

  

   4、EtherCAT总线使用

  

  EtherCAT总线上连接的电机则需要编写一段程序来进行使能。使能之后的应用与脉冲电机一致,运动指令都是相同的。初始化程序参见文章末尾。

  初始化过程主要包含以下几个步骤:

  1、总线扫描SLOT_SCAN (slot)

  2、轴映射AXIS_ADDRESS,扩展模块IO映射NODE_IO

  3、总线开启SLOT_START (slot)

  4、清除驱动器错误DRIVE_CLEAR(0)

  5、轴使能AXIS_ENABLE(单轴使能),WDOG(总使能)

  初始化成功后,便可以使用运动控制指令控制总线轴运转。

  扩展的资源必须映射到控制器本地资源才可使用。

  不同的EtherCAT扩展模块,IO映射、轴映射方法相同。

  IO映射采用NODE_IO指令(数字量)、NODE_AIO指令(模拟量)设置,轴映射采用AXIS_ADDRESS指令映射轴号。

  IO映射时先查看控制器自身的最大IO编号(包括外部IO接口和脉冲轴内的接口),再使用指令设置。

  若扩展的 IO与控制器自身IO编号重合,二者将同时起作用,所以IO映射的映射的编号在整个控制系统中均不得重复。

  

   5、EtherCAT总线相关概念

  

  总线相关指令参数会用到如下编号:

  槽位号(slot)

  槽位号是指控制器上总线接口的编号,缺省为0。当控制器上有多个总线接口,?*SLOT查看槽位号。

  

  9.png

  

  运动控制器支持单总线时,槽位号为0。

  支持双总线时,EtherCAT总线槽位号为0,RTEX总线槽位号为1。

   设备号(node)

  设备号是指一个槽位上连接的所有设备的编号,从0开始,按设备在总线上的连接顺序自动编号,可以通过NODE_COUNT(slot)指令查看。

   驱动器编号

  控制器会自动识别出槽位上的驱动器,编号从0开始,按驱动器在总线上的连接顺序自动编号。

  驱动器编号与设备号不同,只给槽位上的驱动器设备编号,其他设备忽略。

  

   6、IO映射

  

   1)数字量IO

  NODE_IO指令设置设备的数字量IO起始编号,单个设备的输入输出的起始编号一样。必须总线扫描后才能设置。

  语法:

  NODE_IO(slot, node)=iobase

          slot:槽位号,0-缺省

          node:设备编号,编号从0开始

          iobase:映射IO起始编号,设置结果只会是8的倍数

  示例:

  SLOT_SCAN(0)                             '扫描总线

  IF NODE_COUNT(0)>0 THEN     '判断槽位0上是否有设备

      NODE_IO(0,0)=32                     '设置槽位0接口设备0的IO起始编号为32

      ?NODE_IO(0,0)                         '打印出设备0的IO起始编号

  ENDIF

   2)模拟量IO

      NODE_AIO指令设置设备的模拟量IO起始编号,单个设备的输入输出的起始编号一样。必须总线扫描后才能读取。

      NODE_AIO(slot, node[,idir])=Aiobase

              slot:槽位号,0-缺省

              node:设备编号,编号从0开始

              idir:AD/DA选择 。0-缺省,同时设置AIN、AOUT,读取时只读AIN;3-AIN;4-AOUT

  示例:

      SLOT_SCAN(0)             '扫描总线

      IF NODE_COUNT(0)>0 THEN     '判断槽位0上是否有设备

              NODE_AIO(0,0,0)=8     '设置槽位0接口设备0的AIN和AOUT起始编号都为8

              ?NODE_AIO(0,0,0)     '打印出设备0的AIO起始编号

  ENDIF

   7、EtherCAT总线轴映射

  总线轴需要进行轴映射操作,采用AXIS_ADDRESS指令映射,操作方法如下:

  AXIS_ADDRESS(轴号)=(槽位号<<16)+驱动器编号+1

  轴映射写在总线初始化程序中,总线扫描之后,开启总线之前。

  示例:

  AXIS_ADDRESS (0)=(0<<16)+0+1     '第一个ECAT驱动器,驱动器编号0,绑定为轴0

  AXIS_ADDRESS (2)=(0<<16)+1+1     '第二个ECAT驱动器,驱动器编号1,绑定为轴2

  AXIS_ADDRESS (1)=(0<<16)+2+1     '第三个ECAT驱动器,驱动器编号2,绑定为轴1

  ATYPE(0)=65         '设置为ECAT轴类型, 65-位置 66-速度 67-转矩

  ATYPE(1)=65

  ATYPE(2)=65

   8、EtherCAT总线状态

  使用编程软件成功连接到控制器之后,执行总线扫描之后,在线命令栏输入?*EtherCAT打印出每个NODE节点的状态。

  Slot 0 contain 1 nodes:0槽位口共连接了1个设备

  Lostcount 0-0:丢包数

  Node:设备连接NODE编号

  Status:设备连接状态,参考NODE_STATUS

  Mainid:厂商ID

  Productid:设备ID

  Axises:设备总轴数

  Alstate:设备OP状态

  Node_profile:设备Profile设置

  Bindaxis:映射到控制器的轴号,-1表示未映射

  Drive_profile:设备收发PDO配置

  Controlword:控制字

  Drive_status:设备当前状态,参考DRIVE_STATUS

  Drive_mode:设备控制模式

  Target:电机位置

  Encode:编码器位置

  

   9、EtherCAT扩展模块参考配置

  

  控制模块接线完成,使用ZDevelop软件连接上控制器,运行总线初始化程序,打开“控制器”-“控制器状态”窗口,查看槽位0节点信息,可以看到EtherCAT总线连接的全部设备的信息。

   1)EIO扩展模块

  控制模块配置:

  1个ZMC432+1个EIO1616MT。

  EIO1616MT的节点号为0,扩展的数字量输入IO编号为1024-1039共16个,扩展的数字量输出IO编号为1024-1039共16个。

  NODE_IO(0,0)=1024

  

  11.png

  

  2)ZMIO300-ECAT扩展模块

  控制模块配置:

  1个ZMC432+1个ZMIO300-ECAT通讯模块+4个ZMIO300-16DI输入+2个ZMIO300-16DO输出+1个ZMIO300-4AD+1个ZMIO300-4DA。

  NODE_IO(0,0)=32 'IO映射,起始编号从32开始,扩展了64个输入和32个输出

  NODE_AIO(0,0,0)=4 'AIO映射,起始编号从4开始,扩展4个输入和4个输出

  

  12.png

  

   10、EtherCAT总线参考配置1

  

  控制模块配置:

  1个ZMC432+2个总线驱动器。

  使用ZDevelop软件连接上控制器,执行完总线初始化程序后,打开“控制器”-“控制器状态”窗口,可查看槽位0节点信息,或在线命令栏输入?*EtherCAT打印出每个NODE节点的状态。

  

  13.png

  

  此时总线上可以扫描到两个节点,这两个节点均为总线驱动器,每个驱动器各带一个电机,将节点0的轴映射到轴6,将节点1的轴映射到轴7。

  AXIS_ADDRESS(6)= (0<<16)+0+1 '映射轴号

  AXIS_ADDRESS(7)=(0<<16)+1+1

  ATYPE(6)=65'设置控制模式,65-位置 66-速度 67-转矩

  ATYPE(7)=65

  在线命令栏输入?*EtherCAT打印信息如下:

  

  14.png

  

   11、EtherCAT总线参考配置2

  

  控制模块配置:

  1个ZMC432+1个EIO1616MT+2个总线驱动器。

  使用ZDevelop软件连接上控制器,执行完总线初始化程序后,打开“控制器”-“控制器状态”窗口,可查看槽位0节点信息,或在线命令栏输入?*EtherCAT打印出每个NODE节点的状态。

  

  15.png

  

  此时总线上可以扫描到3个节点,0节点为EIO1616MT数字量IO扩展模块,带16进16出,IO映射编号范围为32-47,NODE_IO(0,0)=32

  节点1和2均为总线驱动器,每个驱动器各带一个电机,将这两个轴的轴号分别映射为轴6、轴7。

  在线命令栏输入?*EtherCAT打印信息如下:

  

  16.png

  

   12、EtherCAT总线初始化程序

  

  此初始化程序为通用版本,以上几种配置均适用,使用时只需更改个别全局定义的参数即可。

  运动控制模块根据实际使用情况编写。

  '**********ECAT总线初始化主程序***********

  global CONST PUL_AxisStart = 0             '本地脉冲轴起始轴号

  global CONST PUL_AxisNum = 0             '本地脉冲轴轴数量

  global CONST Bus_AxisStart = 6             '总线轴起始轴号

  global CONST Bus_NodeNum = 1             '总线配置节点数量,用于判断实际检测到的从站数量是否一致

  global MAX_AXISNUM                             '最大轴数

  MAX_AXISNUM = SYS_ZFEATURE(0)         '自动获取控制器支持的轴数

  global Bus_InitStatus                 '总线初始化完成状态

  Bus_InitStatus = -1

  global Bus_TotalAxisnum                 '检查扫描的总轴数

  delay(3000)                 '延时3S等待驱动器上电,不同驱动器自身上电时间不同,具体根据驱动器调整延时

  ?"总线通讯周期:",SERVO_PERIOD,"us"

  Ecat_Init(            ) '初始化ECAT总线

  while (Bus_InitStatus = 0)

          Ecat_Init()

  wend

  if Bus_InitStatus = 1 then '            总线初始化是否完成

          main()             '运动控制模块

  endif

  END

  '************ECAT总线初始化**********

  '初始流程: slot_scan(扫描总线) -> 从站节点映射轴/io -> SLOT_START(启动总线) -> 初始化成功

  '***********************************

  global sub Ecat_Init()

      LOCAL Node_Num '节点设备编号

      LOCAL Temp_Axis '当前总线轴的轴号

      LOCAL Drive_Vender '当前设备厂商编号

      LOCAL Drive_Device '设备编号

      LOCAL Drive_Alias '设备拨码ID

      RAPIDSTOP(2)

      for i=0 to MAX_AXISNUM - 1 '初始化还原轴类型

          AXIS_ENABLE(i) = 0 '关轴使能

          atype(i)=0 '设置为虚拟轴

          AXIS_ADDRESS(i) =0

          DELAY(10) '防止所有驱动器全部同时切换使能导致瞬间电流过大

      next

      Bus_InitStatus = -1

      Bus_TotalAxisnum = 0 '将扫描的总线总轴数置0

      SLOT_STOP(0)

      delay(200)

      slot_scan(0) '扫描总线

      if return then

          ?"总线扫描成功","连接从站设备数:"NODE_COUNT(0)

          if NODE_COUNT(0) <> Bus_NodeNum then '判断总线检测数量是否为实际接线数量

              ?""

              ?"扫描节点数量与程序配置数量不一致!" ,"配置数量:"Bus_NodeNum,"检测数量:"NODE_COUNT(0)

              Bus_InitStatus = 0 '初始化失败。报警提示

              'return

  endif

  '"开始映射轴号"

  for Node_Num=0 to NODE_COUNT(0)-1 '遍历扫描到的所有从站节点

      Drive_Vender = NODE_INFO(0,Node_Num,0) '读取设备厂商

      Drive_Device = NODE_INFO(0,Node_Num,1) '读取设备编号

      Drive_Alias = NODE_INFO(0,Node_Num,3) '读取设备拨码ID

      if NODE_AXIS_COUNT(0,Node_Num) <> 0 then '判断当前节点是否有电机

          for j=0 to NODE_AXIS_COUNT(0,Node_Num)-1 '根据节点带的电机数量循环配置轴参数(针对一拖多驱动器)

              Temp_Axis = Bus_AxisStart + Bus_TotalAxisnum '轴号按NODE顺序分配,总线开始轴号+总线扫描轴号

              'Temp_Axis = Drive_Alias '轴号按驱动器设定的拨码分配(一拖多需要特殊处理)

              base(Temp_Axis)

              AXIS_ADDRESS(Temp_Axis)= (0<<16)+ Bus_TotalAxisnum + 1 '映射轴号

              ATYPE=65 '设置控制模式 65-位置 66-速度 67-转矩

              disable_group(Temp_Axis) '每轴单独分组

              Bus_TotalAxisnum=Bus_TotalAxisnum+1 '总轴数+1

          next

  else 'IO扩展模块

          Sub_SetNodeIo(Node_Num,Drive_Vender,Drive_Device,1024 + 32*Node_Num) '映射扩展模块IO

          ?"扩展IO映射完成"

      endif

  next

  ?"轴号映射完成","连接总轴数:"Bus_TotalAxisnum

  wa 200

  SLOT_START(0) '启动总线

  if return then

      wdog=1 '使能总开关

      '?"开始清除驱动器错误"

      for i= Bus_AxisStart to Bus_AxisStart + Bus_TotalAxisnum - 1

          BASE(i)

          DRIVE_CLEAR(0)

          DELAY 50

          '?"驱动器错误清除完成"

          datum(0) '清除控制器轴状态错误"

          wa 100

          '"轴使能"

          AXIS_ENABLE=1

      next

      Bus_InitStatus = 1

      ?"轴使能完成"

      '本地脉冲轴配置

      for i = 0 to PUL_AxisNum - 1

          base(PUL_AxisStart + i)

          AXIS_ADDRESS = (-1<<16) + i

          ATYPE = 4

      next

      ?"总线开启成功"

  else

      ?"总线开启失败"

      Bus_InitStatus = 0

  endif

  else

      ?"总线扫描失败"

      Bus_InitStatus = 0

  endif

  end sub

  '********总线IO模块映射********

  '通过NODE_IO(0,Node_Num)分配模块IO起始地址,不使用扩展模块的时候删掉此段

  '*****************************

  global sub Sub_SetNodeIo(iNode,iVender,iDevice,i_IoNum)

      if iVender = $41B then '正运动IO扩展模块

          NODE_IO(0,iNode) = i_IoNum

          'NODE_AIO(0,iNode) = 4*(iNode+1)

          ?"IO映射成功"

      endif

  end sub

  '**********运动控制模块********

  '初始化完成后,使用运动控制指令控制ECAT总线轴运动

  '*****************************

  global sub main()

      RAPIDSTOP(2)

      WAIT IDLE

      BASE(6,7) '选择总线轴轴号

      ATYPE=65,65

      UNITS=100,100 '脉冲当量设置

      SPEED=100,100

      ACCEL=1000,1000

      DECEL=1000,1000

      DPOS=0,0

      MPOS=0,0

      TRIGGER '自动触发示波器

      MOVE(100,100) '先运动100,100位置

      MOVECIRC(200,0,100,0,1) '半径100顺时针画半圆,终点坐标(300,100)

  end sub

      正运动技术运动控制器EtherCAT总线的基础使用就分享到这里,更多精彩内容,请关注我们的公众号。

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