正运动技术运动控制器EtherCAT总线的基础使用

　　之前正运动技术与大家分享了，运动控制器的固件升级、ZBasic程序开发、ZPLC程序开发、与触摸屏通讯和输入/输出IO的应用、运动控制器数据与存储的应用以及运动控制器ZCAN总线扩展模块的使用等。
　　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。
　　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）。
　　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。
　　
　　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。
　　ZMIO300-ECAT+16DO+16DI+4DA+4AD
　　1）EIO扩展模块
　　A、EIO扩展模块使用EtherCAT总线扩展
　　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：
　　
　　ZMC432+EIO24088+EIO1616
　　2）ZMIO300-ECAT扩展模块
　　A、ZMIO300-ECAT扩展模块可搭配子模块如下表：
　　
　　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
　　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。
　　
　　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
　　
　　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
　　
　　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。
　　
　　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：
　　
　　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。
　　
　　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：
　　
　　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