運(yùn)動控制器PSO視覺飛拍與精準(zhǔn)輸出的C++開發(fā)（二）：多軸PSO等距/周期輸出

本文主要介紹正運(yùn)動技術(shù)EtherCAT控制器在VS平臺采用C++語言實現(xiàn)的各種PSO功能。

正運(yùn)動提供多種PSO模式供用戶搭配不同的場景使用。上節(jié)講解了采用TABLE寄存器存儲的數(shù)據(jù)表觸發(fā)比較http://ttokpm.com/d/2017007.html，本節(jié)主要講解矢量比較兩種模式：等距周期比較輸出，固定時間周期比較輸出。

更多周期比較模式、二維三維比較模式參見下一節(jié)說明。

01 硬件介紹

ZMC408CE是正運(yùn)動推出的一款多軸高性能EtherCAT總線運(yùn)動控制器，具有EtherCAT、EtherNET、RS232、CAN和U盤等通訊接口，ZMC系列運(yùn)動控制器可應(yīng)用于各種需要脫機(jī)或聯(lián)機(jī)運(yùn)行的場合。

ZMC408CE支持8軸運(yùn)動控制，最多可擴(kuò)展至32軸，支持直線插補(bǔ)、任意圓弧插補(bǔ)、空間圓弧、螺旋插補(bǔ)、電子凸輪、電子齒輪、同步跟隨等功能。

ZMC408CE支持8軸運(yùn)動控制，可采用脈沖軸（帶編碼器反饋）或EtherCAT總線軸，通用IO包含24個輸入口和16個輸出口，部分IO為高速IO，EtherCAT最快100us的刷新周期。

ZMC408CE支持8個通道的硬件比較輸出、硬件定時器、運(yùn)動中精準(zhǔn)輸出，還支持8通道PWM輸出，對應(yīng)的輸出口為OUT0-7，支持8個通道同時觸發(fā)硬件比較輸出，用于多通道的視覺飛拍場合等。

ZMC408CE支持PLC、Basic、HMI組態(tài)三種編程方式。PC上位機(jī)API編程支持C#、C++、LabVIEW、Matlab、Qt、Linux、VB.Net、Python等接口。

ZMC408CE內(nèi)置高精度PSO位置同步輸出功能，在加工圓角與曲線時即使進(jìn)行有減速調(diào)整，在高速加工的場合中也能控制激光輸出的等間距輸出。

02 PSO技術(shù)介紹

PSO（position synchronized output）即位置同步輸出，本質(zhì)是通過采集實時的編碼器反饋位置(無編碼器可使用輸出的脈沖位置)與比較模式設(shè)定的位置進(jìn)行比較，控制OP高速同步輸出信號，PSO示意圖如下。

PSO一般與激光器(或點膠噴射閥等設(shè)備)同步輸出信號進(jìn)行相位同步，在運(yùn)動軌跡的所有階段以恒定的空間(或恒定時間)間隔觸發(fā)輸出開關(guān)，包括加速、減速和勻速段，從而實現(xiàn)脈沖能量均勻地作用在被加工物體上。

PSO功能的特點是能高速且穩(wěn)定的輸出信號，因為輸出精度足夠高，所以能夠在整個運(yùn)動軌跡中以固定的距離觸發(fā)輸出信號而不用考慮總體速度，即在直線部分以很快的速度運(yùn)動，而在圓角部分減速的同時也能保證輸出間距恒定。

通常圓角加工部分在整個加工過程中占有比較小的部分，這樣在保證加工效果的同時，就可以最大限度地提高產(chǎn)能。

正運(yùn)動的PSO功能調(diào)用ZAux_Direct_HwPswitch2函數(shù)接口實現(xiàn)，該函數(shù)采用硬件實現(xiàn)IO的高速比較輸出，響應(yīng)速度達(dá)到微秒級別，故名硬件比較輸出。

03 C++語言MFC進(jìn)行運(yùn)動控制項目的開發(fā)

（一）新建MFC項目并添加函數(shù)庫

注：本例程在VS2010編譯環(huán)境下，基于.NET Framework 4.0框架創(chuàng)建的MFC窗體應(yīng)用程序。

1.工具欄菜單“文件”→“新建”→“項目”，啟動創(chuàng)建項目向?qū)А?/p>

2.選擇開發(fā)語言為“Visual C++”和.NET Framework 4以及MFC應(yīng)用程序，填寫好程序名以及選擇好程序存放路徑，點擊確定。

3.點擊下一步。

4.選擇類型為“基于對話框”，點擊下一步或者完成即可。

（二）找到廠家提供的C++函數(shù)庫文件

1.進(jìn)入廠商提供的光盤資料，找到“8.PC函數(shù)”文件夾，并點擊進(jìn)入，找到C++函數(shù)庫，路徑如下（64位庫為例）。

2.選擇“函數(shù)庫2.1”文件夾。

3.選擇“Windows平臺”文件夾。

4.根據(jù)需要選擇對應(yīng)的函數(shù)庫，這里選擇“64位庫”。

5.解壓C++壓縮包，里面有C++對應(yīng)的函數(shù)庫。

6.函數(shù)庫具體路徑如下。

7.將廠商提供的C++庫文件以及相關(guān)文件復(fù)制到新建的項目中。

（三）在項目中添加靜態(tài)庫和相關(guān)頭文件

靜態(tài)庫：zauxdll.lib, zmotion.lib相關(guān)頭文件：zauxdll2.h, zmotion.h

1.先右擊頭文件，接著依次選擇:“添加”→“現(xiàn)有項”。

2.在彈出的窗口中依次添加靜態(tài)庫和相關(guān)頭文件。

3.聲明用到的頭文件和定義控制器連接句柄。

至此，項目新建完成。

（四）查看PC函數(shù)手冊

用戶需要從PC函數(shù)手冊中獲取運(yùn)動控制開發(fā)使用的函數(shù)接口，對照手冊說明使用，PC函數(shù)手冊在光盤資料查看，具體路徑如下：“光盤資料8.PC函數(shù)函數(shù)庫2.1ZMotion函數(shù)庫編程手冊V2.1.pdf”。

（五）控制器網(wǎng)口連接函數(shù)接口

PC編程一般使用網(wǎng)口對控制器和工控機(jī)進(jìn)行鏈接。

ZAux_FastOpen（）；如果鏈接成功，該接口會返回一個鏈接句柄。通過操作這個鏈接句柄可以實現(xiàn)對控制器的控制。

ZAux_OpenEth()接口說明：

項目應(yīng)用截圖：

（六）硬件比較輸出函數(shù)接口

使用對下位機(jī)寄存器操作的指令操作鏈接句柄“g_handle”，對控制器進(jìn)行寄存器內(nèi)容取值，實時控制下位機(jī)相關(guān)的指令如下。

實時全局變量指令：ZAux_Direct_HwPswitch2硬件比較輸出指令到位置后硬件自動觸發(fā)op輸出信號。

（七）硬件定時器函數(shù)接口

ZAux_Direct_HwTimer硬件定時器硬件比較輸出后一段時間還原電平。

04 MFC程序的運(yùn)行和讀寫控制開發(fā)

（一）Demo交互界面如下

（二）例程功能介紹

1.矢量比較，周期距離脈沖（模式5）

ZAux_Direct_HwPswitch2（ZMC_HANDLEhandle，intAxisnum，intMode，intOpnum，intOpstate，floatModePara1， floatModePara2，floatModePara3，floatModePara4）

（1）handle：控制器連接句柄

（2）Axisnum：比較軸號

（3）Mode：5-啟動比較器

（4）Opnum：對應(yīng)的輸出口

（5）Opstate：第一個比較點的輸出狀態(tài)，認(rèn)為是有效狀態(tài)，反之認(rèn)為無效狀態(tài)

（6）Vectstart:比較點VECTOR_MOVED當(dāng)前運(yùn)動距離

（7）Repes：重復(fù)周期，一個周期內(nèi)比較兩次，先輸出有效狀態(tài)，再輸出無效狀態(tài)

（8）Cycledis：周期距離，每隔這個距離輸出opstate,ondis后還原為無效狀態(tài)

（9）Ondis：輸出有效狀態(tài)的距離，Cycledis-Ondis為無效狀態(tài)距離

（10）ModePara1：矢量距離比較點坐標(biāo)（當(dāng)前運(yùn)動距離）

（11）ModePara2：重復(fù)周期，即有效狀態(tài)個數(shù)

（12）ModePara3：周期距離，每隔一次有效狀態(tài)距離

（13）ModePara4：有效狀態(tài)距離（不能大于周期距離）

該模式主要功能為：ModePara1參數(shù)將比較點設(shè)置好之后，當(dāng)碰到設(shè)置單軸矢量距離比較點，則輸出一段設(shè)置好的周期距離脈沖。該模式使用時需要指定高速輸出口，將首個比較點的輸出狀態(tài)和比較軸設(shè)置好之后，再設(shè)置比較點（矢量距離比較點坐標(biāo)，當(dāng)前運(yùn)動距離），設(shè)置好周期距離，重復(fù)周期，有效狀態(tài)距離等。最后啟動比較。緊接著驅(qū)動軸運(yùn)動即可。

如下圖所示，設(shè)置高速比較輸出口為0，首個比較點的輸出狀態(tài)為1，設(shè)置比較軸為0。比較點為80，重復(fù)周期為5，周期距離為100，有效距離為20，即當(dāng)軸矢量距離運(yùn)動到80之后，每運(yùn)動100的距離，就會輸出設(shè)置好的周期位置脈沖。

示波器波形如圖所示：由圖可得當(dāng)軸0與軸1在進(jìn)行300，400的插補(bǔ)運(yùn)動時，在矢量位置80，180，280，380，480時會輸出設(shè)置好的周期位置脈沖。

2.矢量比較，周期時間脈沖（模式6）

ZAux_Direct_HwPswitch2（ZMC_HANDLEhandle，intAxisnum，intMode，intOpnum，intOpstate，floatModePara1，floatModePara2，floatModePara3，floatModePara4）

（1）handle：控制器連接句柄

（2）Axisnum：比較軸號

（3）Mode：6-啟動比較器

（4）Opnum：對應(yīng)的輸出口

（5）Opstate：第一個比較點的輸出狀態(tài)，認(rèn)為是有效狀態(tài)，反之認(rèn)為無效狀態(tài)

（6）Vectstart:比較點VECTOR_MOVED當(dāng)前運(yùn)動距離

（7）Repes：重復(fù)周期，一個周期內(nèi)比較兩次，先輸出有效狀態(tài)，再輸出無效狀態(tài)

（8）Cycledis：周期距離，每隔這個距離輸出opstate,ondis后還原為無效狀態(tài)

（9）Ondis：輸出有效狀態(tài)的距離，Cycledis-Ondis為無效狀態(tài)距離

（10）ModePara1：矢量距離比較點坐標(biāo)（當(dāng)前運(yùn)動距離）

（11）ModePara2：重復(fù)周期，即有效狀態(tài)個數(shù)

（12）ModePara3：周期距離，每隔一次這個距離輸出一次定時器

（13）ModePara4：模式6里面，該參數(shù)無意義，填0或其他任意值

該模式主要功能為：ModePara1參數(shù)設(shè)置好比較點之后，當(dāng)碰到設(shè)置單軸矢量距離比較點之后，則輸出一段設(shè)置好的定時脈沖。該模式使用時需要指定高速輸出口，設(shè)置好首個比較點的輸出狀態(tài)和比較軸，再設(shè)置比較點（矢量距離比較點坐標(biāo)，當(dāng)前運(yùn)動距離），設(shè)置好周期距離，重復(fù)周期，設(shè)置好硬件定時參數(shù)。最后啟動比較。緊接著驅(qū)動軸運(yùn)動即可。

如下圖所示，設(shè)置高速比較輸出口為0，首個比較點的輸出狀態(tài)為1，設(shè)置比較軸為0。比較點為50，重復(fù)周期為2，周期距離為100，周期時間為40，有效時間為20。即當(dāng)軸矢量距離運(yùn)動到50之后，每運(yùn)動100的距離，就會輸出一段設(shè)置好的定時脈沖。

示波器波形如圖所示：由圖可得輸出口OP(0)在矢量距離50，150時會輸出一段設(shè)置好的定時脈沖。

本次，正運(yùn)動技術(shù)運(yùn)動控制器PSO視覺飛拍與精準(zhǔn)輸出的C++開發(fā)（二）：多軸PSO等距/周期輸出，就分享到這里。更多精彩內(nèi)容請關(guān)注“正運(yùn)動小助手”公眾號。

審核編輯黃宇