EtherCAT運動控制器在數(shù)控加工手輪隨動中的應(yīng)用

本文以正運動技術(shù)具備專用手輪接口的運動控制器ZMC408CE為例，介紹手輪、手輪的作用及原理、控制器手輪接口接線以及手輪程序配置。

01 手輪作用及原理

手輪也稱手搖脈沖發(fā)生器，主要用于數(shù)控機(jī)床、立體加工中心、臥式加工中心、龍門加工中心等數(shù)控設(shè)備。當(dāng)手輪旋轉(zhuǎn)時，編碼器產(chǎn)生與手輪運動相對應(yīng)的信號，通過數(shù)控系統(tǒng)選定座標(biāo)并對座標(biāo)進(jìn)行定位。

手動脈沖發(fā)生器它中心有軸的光電碼盤，其上有環(huán)形通、暗的刻線，搖動手輪后，由光電發(fā)射和接收器件讀取，獲得2組正弦波信號HA、HB，每個正弦波相差90度相位差。由于HA、HB兩信號相差90度，可通過A相在前還是B相在前，給出正轉(zhuǎn)脈沖或反轉(zhuǎn)脈沖去控制伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。

02 手輪介紹

1.通過手輪上的“軸選擇旋鈕”選擇需要移動的坐標(biāo)軸；

2.通過“倍率選擇旋鈕”選擇合適的移動倍（×1/×10/×100）；

3.旋轉(zhuǎn)“手輪搖柄”移動坐標(biāo)軸。順時針旋轉(zhuǎn)為正向移動，逆時針旋轉(zhuǎn)為負(fù)向移動，旋轉(zhuǎn)速度快慢可以控制坐標(biāo)軸的運動速度；

4.按鈕“急停”，緊急停止手輪運動；

5.控制器手輪接口為雙排標(biāo)準(zhǔn)DB15母頭，需要手輪接頭為雙排標(biāo)準(zhǔn)DB15公頭。

手輪接口圖示

03 控制器手輪接口接線

1.硬件介紹

案例采用ZMC408CE運動控制器，具備專用的手輪接口。

ZMC408CE是正運動技術(shù)推出的一款高性能EtherCAT總線運動控制器，核心技術(shù)采用了先進(jìn)的FPGA技術(shù)，實現(xiàn)硬件位置比較輸出、精準(zhǔn)輸出功能，保證連續(xù)軌跡加工的出色性能和穩(wěn)定性，以及動態(tài)數(shù)據(jù)捕獲的實時性，從而實現(xiàn)更加精準(zhǔn)控制和提高生產(chǎn)效率和品質(zhì)。

ZMC408CE支持EtherCAT總線軸 + 脈沖軸混合插補(bǔ)，可脫機(jī)或聯(lián)機(jī)運行，可控電機(jī)軸數(shù)8軸，特殊型號提供16或32軸可選，支持ZDevelop + 多種高級上位機(jī)混合編程，可以實現(xiàn)點位運動、電子凸輪、直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、連續(xù)軌跡加工和30+種機(jī)器人模型的控制。

ZMC408CE產(chǎn)品亮點

1.高性能處理器，提升運算速度、響應(yīng)時間和掃描周期等；

2.一維/二維/三維、多通道視覺飛拍，高速高精；

3.位置同步輸出PSO，連續(xù)軌跡加工中對精密點膠膠量控制和激光能量控制等；

4.多軸同步控制，多坐標(biāo)系獨立控制等；

5.EtherCAT同步周期可快至125us；

6.EtherCAT總線和脈沖軸混合插補(bǔ)；

7.直線插補(bǔ)、任意空間圓弧插補(bǔ)、螺旋插補(bǔ)、樣條插補(bǔ)等；

8.應(yīng)用靈活，可PC上位機(jī)開發(fā)，也可脫機(jī)獨立運行；

2.控制器手輪接口MPG定義

接口	引腳號	信號	說明
	1	H-5V	5V電源輸出正極，專為手輪供電
	2	HA-	編碼器A相信號(IN40)
	3	HB-	編碼器B相信號(IN41)
	4	HEMGN	緊急停止信號(IN51)
	5	NC	懸空
	6	HX1	選擇X1倍率(IN42)
	7	HX10	選擇X10倍率(IN43)
	8	HX100	選擇X100倍率(IN44)
	9	HSU	軸選3(IN48)
	10	HSV	軸選4(IN49)
	11	EGND	5V電源輸出負(fù)極，信號公共端
	12	HSW	軸選5(IN50)
	13	HSZ	軸選2(IN47)
	14	HSY	軸選1(IN46)
	15	HSX	軸選0(IN45)
注意： 1.5V電源輸出僅為手輪供電，切勿為其他設(shè)備供電。 2.該接口中的所有信號均為數(shù)字輸入信號，編號為IN（40-51）。

3.手輪接線參考

4.注意事項

手輪編碼器軸接口接線原理如上圖所示，手輪廠家的設(shè)計多種多樣，請先查看手輪內(nèi)部的設(shè)計圖后與運動控制器確認(rèn)正確后謹(jǐn)慎接線；請使用雙絞屏蔽線，尤其是環(huán)境惡劣的場合，務(wù)必使屏蔽層充分接地。

04 程序配置

1.參考以上手輪接線示意圖正確連接手輪和控制器；

2.上電后請選EtherNET、RS232、RS485任一種接口連接ZDevelop；

3.配置軸號：該控制器手輪接口無可用默認(rèn)AXIS軸號（映射需避開脈沖軸號），必須進(jìn)行重映射，操作步驟如下：

BASE(目標(biāo)軸號)     '重映射的軸號
ATYPE(目標(biāo)軸號)=0  '軸類型設(shè)為0
BASE(8)            '手輪接口初始軸號8（無效的）
ATYPE(8)=0         '手輪接口初始軸類型設(shè)為0
AXIS_ADDRESS (目標(biāo)軸號)= (-1<<16)+8      '將初始軸號8綁定到目標(biāo)軸號
ATYPE(目標(biāo)軸號)=3     '設(shè)置手脈軸軸類型為正交編碼器類型

4.配置IO：根據(jù)需要賦予軸選（HSX，HSY，HSZ，HSU）和倍率（HX1，HX10，HX100）以及緊急停止（HEMGN）功能；這些信號本質(zhì)為數(shù)字輸入信號，有固定的編號（參見上節(jié)），但無固定的功能，需要ZDevelop開發(fā)；其名稱為推薦配置的功能，軸選即為CONNECT同步運動的被連接軸，倍率即CONNECT比率。5.完成以上配置即可開始使用手輪。

程序示例如下，運行下方程序后，便可實現(xiàn)手輪的控制。

'不同控制器型號，手輪軸號，倍率和軸選擇IN編號不一樣，參考控制器使用手冊，本例程使用控制器型號為ZMC408CE
'不同手輪控制軸數(shù)不一樣，本例程控制軸數(shù)為6個
'軸號設(shè)置
global const axis_X  = 0    'X軸
global const axis_Y  = 1    'Y軸
global const axis_Z  = 2    'Z軸
global const axis_U  = 3    'U軸
global const axis_V  = 4    'V軸
global const axis_W  = 5    'W軸
global const def_R      = 8    '手輪默認(rèn)軸號
global const axis_R  = 10    '手輪重新映射軸號
'倍率IN編號設(shè)置
const io_Handlow = 42  '1倍率
const io_Handmid = 43  '10倍率
const io_Handhigh = 44  '100倍率
'軸選擇IN編號設(shè)置 
const io_HandX = 45    '手輪X軸
const io_HandY = 46    '手輪Y軸
const io_HandZ = 47     '手輪Z軸
const io_HandU = 48   '手輪U軸
const io_HandV = 49     '手輪V軸
const io_HandW = 50   '手輪W軸
'緊急停止信號IN編號設(shè)置
const io_HandEMGN = 51   '急停
global dim conflag      '手輪連接軸標(biāo)記
conflag = -1
ATYPE(def_R) = 0 '還原軸 8 軸類型
ATYPE(axis_R) = 0 '還原軸 10 軸類型
AXIS_ADDRESS(axis_R) = (-1<<16)+ def_R '將 MPG 手脈軸地址映射到軸 10
ATYPE(axis_R) = 3 '設(shè)置手脈軸軸類型為正交編碼器類型
UNITS(axis_R) = 1 '設(shè)置手脈軸脈沖當(dāng)量脈沖為單位
While 1
 if  in(io_handX) = on  then
   if in(io_handlow) = on then
     connect(1, axis_R) axis(axis_X)  '鏈接到軸X, 倍率 1
   elseif in(io_handmid) = on then
     connect(10, axis_R) axis(axis_X)  '鏈接到軸X, 倍率 10
   elseif in(io_handhigh) = on then
     connect(100, axis_R) axis(axis_X)  '鏈接到軸X, 倍率 100
   endif
   conflag = axis_X
 elseif  in(io_handY) = on  then
   if in(io_handlow) = on then
     connect(1, axis_R) axis(axis_Y)  
   elseif in(io_handmid) = on then
     connect(10, axis_R) axis(axis_Y)  
   elseif in(io_handhigh) = on then
     connect(100, axis_R) axis(axis_Y)  
   endif
   conflag = axis_Y
 elseif  in(io_handZ) = on  then
   if in(io_handlow) = on then
     connect(1, axis_R) axis(axis_Z)
   elseif in(io_handmid) = on then
     connect(10, axis_R) axis(axis_Z)  
   elseif in(io_handhigh) = on then
     connect(100, axis_R) axis(axis_Z)  
   end if
   conflag = axis_Z
 elseif  in(io_handU) = on  then
   if in(io_handlow) = on then
     connect(1, axis_R) axis(axis_U)
   elseif in(io_handmid) = on then
     connect(10, axis_R) axis(axis_U)  
   elseif in(io_handhigh) = on then
     connect(100, axis_R) axis(axis_U)  
   endif
   conflag = axis_U
 elseif  in(io_handV) = on  then
   if in(io_handlow) = on then
     connect(1, axis_R) axis(axis_V)
   elseif in(io_handmid) = on then
     connect(10, axis_R) axis(axis_V)  
   elseif in(io_handhigh) = on then
     connect(100, axis_R) axis(axis_V)  
   endif
   conflag = axis_V
 elseif  in(io_handW) = on  then
   if in(io_handlow) = on then
     connect(1, axis_R) axis(axis_W)
   elseif in(io_handmid) = on then
     connect(10, axis_R) axis(axis_W)  
   elseif in(io_handhigh) = on then
     connect(100, axis_R) axis(axis_W)  
   endif
   conflag = axis_W
 elseif conflag <> -1 then    '取消連接
   cancel(2) axis(conflag)
   conflag = -1
 elseif   in(io_HandEMGN) = off  then
     RAPIDSTOP(2)
 endif 
Wend

本次，正運動技術(shù)EtherCAT運動控制器在數(shù)控加工手輪隨動中的應(yīng)用，就分享到這里。

審核編輯：湯梓紅