之前正運動技術與大家分享了，運動控制器的固件升級、ZBasic程序開發(fā)、ZPLC程序開發(fā)、與觸摸屏通訊和輸入/輸出IO的應用、運動控制器數據與存儲的應用以及運動控制器ZCAN總線擴展模塊的使用等。

　　今天，我們來講解一下正運動技術運動控制器EtherCAT總線的基礎使用。

　　教學視頻地址：《快速入門丨篇八：如何進行運動控制器EtherCAT總線的基礎使用？》

　　 1、材料準備與控制器接線參考

　　材料準備：

　　1)電腦1臺，安裝ZDevelop3.01以上版本軟件。

　　2)控制器1個。

　　3)24V直流電源2個(主電源，IO電源)。

　　4)總線驅動器+電機(或步進驅動器+電機)若干。

　　5)控制器接線端子若干。

　　6)網線若干。

　　7)連接線若干。

　　8)不同類型擴展模塊多個(擴展模塊接線參考參見下文)。

　　 控制器接線參考

　　 2、擴展模塊的作用

　　當控制器自身的軸資源、IO資源不夠用時，可采用擴展模塊來擴展，可以擴展脈沖軸、數字量輸入輸出、模擬量輸入輸出這三種類型。只有帶脈沖軸接口的擴展模塊才支持擴展脈沖軸數，總線軸不可擴展。

　　擴展模塊按連接方式可分為ZCAN總線擴展模塊和EtherCAT擴展模塊兩類。

　　按產品系列劃分，可分為ZCAN擴展模塊，EtherCAT擴展模塊、ZMIO300擴展模塊三大類。

　　IO數字量擴展：ZMC控制器4系列及以上的型號IO點數可擴展至4096點。

　　AIO模擬量擴展：ZMC控制器4系列及以上的型號AIO點數可擴展至520點。

　　軸擴展：只能擴展脈沖軸，鑒于成本和使用方面，不建議使用過多軸擴展板，可選用支持脈沖軸數較多的控制器型號。

　　控制器可擴展的IO點數可在硬件手冊或“命令與輸出”窗口輸入?*max打印查看。

　　 3、EtherCAT總線擴展模塊

　　EtherCAT總線擴展模塊包含兩個系列：可分為EIO擴展模塊、ZMIO300-ECAT擴展模塊。

　　EIO1616MT支持擴展數字量IO，包含16路輸入和16路輸出。

　　EIO24088可擴展數字量IO和脈沖軸，支持擴展8個脈沖軸，包含24路輸入和8路輸出。

　　ZMIO300-ECAT擴展模塊為立式組合模塊，可擴展數字量IO和模擬量。

　　EtherCAT通訊建議采用帶屏蔽層的雙絞線進行網絡數據傳輸。

　　EIO1616MT

　　EIO24088

　　ZMIO300-ECAT+16DO+16DI+4DA+4AD

　　 1)EIO擴展模塊

　　A、EIO擴展模塊使用EtherCAT總線擴展，可選型號如下表：

　　EIO1616雙電源供電(除了主電源，IO也需要單獨供電)，EIO24088為單電源供電。

　　擴展模塊數字量IO接口默認支持NPN型。

　　EtherCAT擴展模塊接線只需將各個模塊的EtherCAT口相互連接即可，EIO擴展板帶兩個EtherCAT接口，EtherCAT IN口接主控制器，EtherCAT OUT口接下級擴展板或驅動設備，不可混用。

　　B、EIO擴展模塊使用接線

　　EIO擴展接線參考如下：

　ZMC432+EIO24088+EIO1616　

　　2)ZMIO300-ECAT擴展模塊

　　A、ZMIO300-ECAT擴展模塊可搭配子模塊如下表：

　　模擬量精度為16位，有NPN和PNP兩種輸入方式可選，數字量輸入輸出口帶信號狀態(tài)指示燈。

　　ZMIO300-16DO/ZMIO300-16DOP數字量輸出需要一路電源單獨供電。

　　B、ZMIO300-ECAT擴展模塊使用接線

　　ZMIO300-ECAT擴展模塊接線參考如下，與EIO擴展模塊接線方法相同。

　　EtherCAT IN口與EtherCAT OUT口不可混用。

　　4、EtherCAT總線使用

　　EtherCAT總線上連接的電機則需要編寫一段程序來進行使能。使能之后的應用與脈沖電機一致，運動指令都是相同的。初始化程序參見文章末尾。

　　初始化過程主要包含以下幾個步驟：

　　1、總線掃描SLOT_SCAN (slot)

　　2、軸映射AXIS_ADDRESS，擴展模塊IO映射NODE_IO

　　3、總線開啟SLOT_START (slot)

　　4、清除驅動器錯誤DRIVE_CLEAR(0)

　　5、軸使能AXIS_ENABLE(單軸使能)，WDOG(總使能)

　　初始化成功后，便可以使用運動控制指令控制總線軸運轉。

　　擴展的資源必須映射到控制器本地資源才可使用。

　　不同的EtherCAT擴展模塊，IO映射、軸映射方法相同。

　　IO映射采用NODE_IO指令(數字量)、NODE_AIO指令(模擬量)設置，軸映射采用AXIS_ADDRESS指令映射軸號。

　　IO映射時先查看控制器自身的最大IO編號(包括外部IO接口和脈沖軸內的接口)，再使用指令設置。

　　若擴展的 IO與控制器自身IO編號重合，二者將同時起作用，所以IO映射的映射的編號在整個控制系統(tǒng)中均不得重復。

　　5、EtherCAT總線相關概念

　　總線相關指令參數會用到如下編號：

　　槽位號(slot)

　　槽位號是指控制器上總線接口的編號，缺省為0。當控制器上有多個總線接口，?*SLOT查看槽位號。

　　運動控制器支持單總線時，槽位號為0。

　　支持雙總線時，EtherCAT總線槽位號為0，RTEX總線槽位號為1。

　　設備號(node)

　　設備號是指一個槽位上連接的所有設備的編號，從0開始，按設備在總線上的連接順序自動編號，可以通過NODE_COUNT(slot)指令查看。

　　驅動器編號

　　控制器會自動識別出槽位上的驅動器，編號從0開始，按驅動器在總線上的連接順序自動編號。

　　驅動器編號與設備號不同，只給槽位上的驅動器設備編號，其他設備忽略。

　　6、IO映射

　　1)數字量IO

　　NODE_IO指令設置設備的數字量IO起始編號，單個設備的輸入輸出的起始編號一樣。必須總線掃描后才能設置。

        語法：

        NODE_IO(slot, node)=iobase

           slot：槽位號，0-缺省

           node：設備編號，編號從0開始

           iobase：映射IO起始編號，設置結果只會是8的倍數

        示例：

        SLOT_SCAN(0)         '掃描總線

        IF NODE_COUNT(0)>0 THEN '判斷槽位0上是否有設備

           NODE_IO(0,0)=32   '設置槽位0接口設備0的IO起始編號為32

           ?NODE_IO(0,0)       '打印出設備0的IO起始編號

        ENDIF

　　2)模擬量IO

　　NODE_AIO指令設置設備的模擬量IO起始編號，單個設備的輸入輸出的起始編號一樣。必須總線掃描后才能讀取。

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

　        　slot：槽位號，0-缺省

　            node：設備編號，編號從0開始

　        　idir：AD/DA選擇 。0-缺省，同時設置AIN、AOUT，讀取時只讀AIN;3-AIN;4-AOUT

　    　示例：

　    　SLOT_SCAN(0) '掃描總線

　    　IF NODE_COUNT(0)>0 THEN '判斷槽位0上是否有設備

　        　NODE_AIO(0,0,0)=8 '設置槽位0接口設備0的AIN和AOUT起始編號都為8

　        　?NODE_AIO(0,0,0) '打印出設備0的AIO起始編號

　    　ENDIF

　　7、EtherCAT總線軸映射

　　總線軸需要進行軸映射操作，采用AXIS_ADDRESS指令映射，操作方法如下：

　　AXIS_ADDRESS(軸號)=(槽位號<<16)+驅動器編號+1

　　軸映射寫在總線初始化程序中，總線掃描之后，開啟總線之前。

　　示例：

　　AXIS_ADDRESS (0)=(0<<16)+0+1 '第一個ECAT驅動器，驅動器編號0，綁定為軸0

　　AXIS_ADDRESS (2)=(0<<16)+1+1 '第二個ECAT驅動器，驅動器編號1，綁定為軸2

　　AXIS_ADDRESS (1)=(0<<16)+2+1 '第三個ECAT驅動器，驅動器編號2，綁定為軸1

　　ATYPE(0)=65 '設置為ECAT軸類型， 65-位置 66-速度 67-轉矩

　　ATYPE(1)=65

　　ATYPE(2)=65

　　8、EtherCAT總線狀態(tài)

　　使用編程軟件成功連接到控制器之后，執(zhí)行總線掃描之后，在線命令欄輸入?*EtherCAT打印出每個NODE節(jié)點的狀態(tài)。

　　Slot 0 contain 1 nodes：0槽位口共連接了1個設備

　　Lostcount 0-0：丟包數

　　Node：設備連接NODE編號

　　Status：設備連接狀態(tài)，參考NODE_STATUS

　　Mainid：廠商ID

　　Productid：設備ID

　　Axises：設備總軸數

　　Alstate：設備OP狀態(tài)

　　Node_profile：設備Profile設置

　　Bindaxis：映射到控制器的軸號，-1表示未映射

　　Drive_profile：設備收發(fā)PDO配置

　　Controlword：控制字

　　Drive_status：設備當前狀態(tài)，參考DRIVE_STATUS

　　Drive_mode：設備控制模式

　　Target：電機位置

　　Encode：編碼器位置

　　9、EtherCAT擴展模塊參考配置

　　控制模塊接線完成，使用ZDevelop軟件連接上控制器，運行總線初始化程序，打開“控制器”-“控制器狀態(tài)”窗口，查看槽位0節(jié)點信息，可以看到EtherCAT總線連接的全部設備的信息。

　　1)EIO擴展模塊

　　控制模塊配置：

　　1個ZMC432+1個EIO1616MT。

　　EIO1616MT的節(jié)點號為0，擴展的數字量輸入IO編號為1024-1039共16個，擴展的數字量輸出IO編號為1024-1039共16個。

　　NODE_IO(0,0)=1024

　　2)ZMIO300-ECAT擴展模塊

　　控制模塊配置：

　　1個ZMC432+1個ZMIO300-ECAT通訊模塊+4個ZMIO300-16DI輸入+2個ZMIO300-16DO輸出+1個ZMIO300-4AD+1個ZMIO300-4DA。

　　NODE_IO(0,0)=32 'IO映射，起始編號從32開始，擴展了64個輸入和32個輸出

　　NODE_AIO(0,0,0)=4 'AIO映射，起始編號從4開始，擴展4個輸入和4個輸出

　　10、EtherCAT總線參考配置1

　　控制模塊配置：

　　1個ZMC432+2個總線驅動器。

　　使用ZDevelop軟件連接上控制器，執(zhí)行完總線初始化程序后，打開“控制器”-“控制器狀態(tài)”窗口，可查看槽位0節(jié)點信息，或在線命令欄輸入?*EtherCAT打印出每個NODE節(jié)點的狀態(tài)。

　　此時總線上可以掃描到兩個節(jié)點，這兩個節(jié)點均為總線驅動器，每個驅動器各帶一個電機，將節(jié)點0的軸映射到軸6，將節(jié)點1的軸映射到軸7。

　　AXIS_ADDRESS(6)= (0<<16)+0+1 '映射軸號

　　AXIS_ADDRESS(7)=(0<<16)+1+1

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

　　ATYPE(7)=65

　　在線命令欄輸入?*EtherCAT打印信息如下：

　　11、EtherCAT總線參考配置2

　　控制模塊配置：

　　1個ZMC432+1個EIO1616MT+2個總線驅動器。

　　使用ZDevelop軟件連接上控制器，執(zhí)行完總線初始化程序后，打開“控制器”-“控制器狀態(tài)”窗口，可查看槽位0節(jié)點信息，或在線命令欄輸入?*EtherCAT打印出每個NODE節(jié)點的狀態(tài)。

　　此時總線上可以掃描到3個節(jié)點，0節(jié)點為EIO1616MT數字量IO擴展模塊，帶16進16出，IO映射編號范圍為32-47，NODE_IO(0,0)=32

　　節(jié)點1和2均為總線驅動器，每個驅動器各帶一個電機，將這兩個軸的軸號分別映射為軸6、軸7。

　　在線命令欄輸入?*EtherCAT打印信息如下：

　　12、EtherCAT總線初始化程序

　　此初始化程序為通用版本，以上幾種配置均適用，使用時只需更改個別全局定義的參數即可。

　　運動控制模塊根據實際使用情況編寫。

        **********ECAT總線初始化主程序***********

        global CONST PUL_AxisStart   = 0    '本地脈沖軸起始軸號

        global CONST PUL_AxisNum   = 0    '本地脈沖軸軸數量

        global CONST Bus_AxisStart   = 6      '總線軸起始軸號

        global CONST Bus_NodeNum   = 1      '總線配置節(jié)點數量,用于判斷實際檢測到的從站數量是否一致

        global  MAX_AXISNUM        '最大軸數

        MAX_AXISNUM = SYS_ZFEATURE(0)   '自動獲取控制器支持的軸數

        global Bus_InitStatus      '總線初始化完成狀態(tài)

        Bus_InitStatus = -1

        global  Bus_TotalAxisnum    '檢查掃描的總軸數

        delay(3000)        '延時3S等待驅動器上電，不同驅動器自身上電時間不同，具體根據驅動器調整延時

        ?"總線通訊周期：",SERVO_PERIOD,"us"

        Ecat_Init()      '初始化ECAT總線 

        while (Bus_InitStatus = 0)

          Ecat_Init()

        wend

        if Bus_InitStatus  = 1 then     '總線初始化是否完成

          main()    '運動控制模塊 

        endif

        END

        '************ECAT總線初始化**********

        '初始流程:  slot_scan（掃描總線） ->   從站節(jié)點映射軸/io  ->  SLOT_START（啟動總線） -> 初始化成功

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

        global sub Ecat_Init()

          LOCAL  Node_Num          '節(jié)點設備編號

          LOCAL  Temp_Axis           '當前總線軸的軸號

          LOCAL  Drive_Vender        '當前設備廠商編號

          LOCAL  Drive_Device        '設備編號

          LOCAL  Drive_Alias         '設備撥碼ID

          RAPIDSTOP(2)

          for i=0 to MAX_AXISNUM - 1        '初始化還原軸類型          

            AXIS_ENABLE(i) = 0                 '關軸使能

            atype(i)=0                          '設置為虛擬軸

            AXIS_ADDRESS(i) =0

            DELAY(10)              '防止所有驅動器全部同時切換使能導致瞬間電流過大

          next

          Bus_InitStatus = -1

          Bus_TotalAxisnum = 0    '將掃描的總線總軸數置0

          SLOT_STOP(0)        

          delay(200)

          slot_scan(0)                      '掃描總線

          if return then 

            ?"總線掃描成功","連接從站設備數："NODE_COUNT(0)

            if NODE_COUNT(0) <> Bus_NodeNum then    '判斷總線檢測數量是否為實際接線數量

              ?""  

              ?"掃描節(jié)點數量與程序配置數量不一致!" ,"配置數量:"Bus_NodeNum,"檢測數量："NODE_COUNT(0)

              Bus_InitStatus = 0    '初始化失敗。報警提示

              'return

            endif   

            '"開始映射軸號"

            for Node_Num=0 to NODE_COUNT(0)-1            '遍歷掃描到的所有從站節(jié)點

              Drive_Vender = NODE_INFO(0,Node_Num,0)        '讀取設備廠商

              Drive_Device = NODE_INFO(0,Node_Num,1)        '讀取設備編號

              Drive_Alias = NODE_INFO(0,Node_Num,3)        '讀取設備撥碼ID

              if NODE_AXIS_COUNT(0,Node_Num) <> 0  then      '判斷當前節(jié)點是否有電機

                for j=0 to NODE_AXIS_COUNT(0,Node_Num)-1      '根據節(jié)點帶的電機數量循環(huán)配置軸參數(針對一拖多驅動器)

                  Temp_Axis = Bus_AxisStart + Bus_TotalAxisnum    '軸號按NODE順序分配，總線開始軸號+總線掃描軸號

                  'Temp_Axis = Drive_Alias              '軸號按驅動器設定的撥碼分配（一拖多需要特殊處理）          

                  base(Temp_Axis)

                  AXIS_ADDRESS(Temp_Axis)= (0<<16)+ Bus_TotalAxisnum + 1  '映射軸號

                  ATYPE=65    '設置控制模式 65-位置 66-速度 67-轉矩   

                  disable_group(Temp_Axis)                      '每軸單獨分組

                  Bus_TotalAxisnum=Bus_TotalAxisnum+1                  '總軸數+1

                next

              else                            'IO擴展模塊

                Sub_SetNodeIo(Node_Num,Drive_Vender,Drive_Device,1024 + 32*Node_Num)    '映射擴展模塊IO

                ?"擴展IO映射完成"  

              endif

            next

            ?"軸號映射完成","連接總軸數："Bus_TotalAxisnum

            wa 200

            SLOT_START(0)        '啟動總線

            if return then 

              wdog=1              '使能總開關

              '?"開始清除驅動器錯誤"

              for i= Bus_AxisStart to Bus_AxisStart + Bus_TotalAxisnum - 1 

                BASE(i)

                DRIVE_CLEAR(0)

                DELAY 50

                '?"驅動器錯誤清除完成"

                datum(0)            '清除控制器軸狀態(tài)錯誤"

                wa 100  

                '"軸使能"

                AXIS_ENABLE=1

              next

              Bus_InitStatus  = 1

              ?"軸使能完成"

              '本地脈沖軸配置

              for i = 0 to PUL_AxisNum - 1

                base(PUL_AxisStart + i)

                AXIS_ADDRESS  = (-1<<16) +  i

                ATYPE = 4

              next

              ?"總線開啟成功"      

            else

              ?"總線開啟失敗"

              Bus_InitStatus = 0

            endif  

          else

            ?"總線掃描失敗"

            Bus_InitStatus = 0

          endif

        end sub

        '********總線IO模塊映射********

        '通過NODE_IO(0,Node_Num)分配模塊IO起始地址，不使用擴展模塊的時候刪掉此段

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

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

          if  iVender = $41B then    '正運動IO擴展模塊

            NODE_IO(0,iNode) = i_IoNum

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

            ?"IO映射成功"

          endif

        end sub

        '**********運動控制模塊********

        '初始化完成后，使用運動控制指令控制ECAT總線軸運動

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

        global sub main()

          RAPIDSTOP(2)

          WAIT IDLE

          BASE(6,7)          '選擇總線軸軸號

          ATYPE=65,65       

          UNITS=100,100      '脈沖當量設置

          SPEED=100,100

          ACCEL=1000,1000

          DECEL=1000,1000

          DPOS=0,0

          MPOS=0,0

          TRIGGER              '自動觸發(fā)示波器

          MOVE(100,100)             '先運動100,100位置

          MOVECIRC(200,0,100,0,1)  '半徑100順時針畫半圓，終點坐標（300,100）

        end sub

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