快速入门丨篇八：如何进行运动控制器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。

　　教学视频地址：《快速入门丨篇八：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)。

　　控制器接线参考

　　 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。

　　EIO1616MT

　　EIO24088

　　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，可选型号如下表：

　　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。

　　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

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

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

?"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

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

?"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

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