EtherCAT運(yùn)動(dòng)控制器在數(shù)控加工手輪隨動(dòng)中的應(yīng)用之C++

本文以正運(yùn)動(dòng)技術(shù)具備專用手輪接口的運(yùn)動(dòng)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。

上節(jié)講解了使用正運(yùn)動(dòng)basic語言進(jìn)行手輪應(yīng)用配置，本節(jié)主要講解C++調(diào)用API函數(shù)庫接口實(shí)現(xiàn)手輪配置。

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(shí)，編碼器產(chǎn)生與手輪運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)的信號(hào)，通過數(shù)控系統(tǒng)選定座標(biāo)并對(duì)座標(biāo)進(jìn)行定位。

手動(dòng)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(dòng)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(hào)HA、HB，每個(gè)正弦波相差90度相位差。由于HA、HB兩信號(hào)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(dòng)的坐標(biāo)軸；

2.通過“倍率選擇旋鈕”選擇合適的移動(dòng)倍（×1/×10/×100）；

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

4.按鈕“急?！保o急停止手輪運(yùn)動(dòng)；

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。

03控制器手輪接口接線

1.硬件介紹

案例采用ZMC408CE運(yùn)動(dòng)控制器，具備專用的手輪接口。

ZMC408CE是正運(yùn)動(dòng)技術(shù)推出的一款高性能EtherCAT總線運(yùn)動(dòng)控制器，核心技術(shù)采用了先進(jìn)的FPGA技術(shù)，實(shí)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(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)捕獲的實(shí)時(shí)性，從而實(shí)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(yùn)行，可控電機(jī)軸數(shù)8軸，特殊型號(hào)提供16或32軸可選，支持ZDevelop + 多種高級(jí)上位機(jī)混合編程，可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)、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(diǎn)

1.高性能處理器，提升運(yùn)算速度、響應(yīng)時(shí)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(duì)精密點(diǎn)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(dú)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(dú)立運(yùn)行；

2.控制器手輪接口MPG定義

3.手輪接線參考

4.注意事項(xiàng)

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(jì)多種多樣，請(qǐng)先查看手輪內(nèi)部的設(shè)計(jì)圖后與運(yùn)動(dòng)控制器確認(rèn)正確后謹(jǐn)慎接線；請(qǐng)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函數(shù)接口指令說明

使用ZAux_Direct_Connect命令，將手輪連接到運(yùn)動(dòng)軸，指令說明如下表。

05 C++程序配置

1.配置步驟

（1）參考以上手輪接線示意圖正確連接手輪和控制器；

（2）掃描文章末尾二維碼，下載例程，使用Visual Studio 2022，打開C++手輪運(yùn)動(dòng)例程，運(yùn)行之后根據(jù)型號(hào)選擇EtherNET、串口、PCI、LOCAL任意一種接口連接控制器。

（3）配置軸號(hào)；不同控制器型號(hào)，手輪軸號(hào)，倍率和軸選擇IN編號(hào)不一樣，詳情請(qǐng)參考控制器用戶手冊(cè)，本例程使用控制器型號(hào)為ZMC408CE，手輪接口軸號(hào)為8，該控制器手輪接口無可用默認(rèn)AXIS軸號(hào)，必須進(jìn)行映射才可以使用，映射避開脈沖軸號(hào)，此例程是將手輪映射到軸10。

（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(hào)本質(zhì)為數(shù)字輸入信號(hào)，有固定的編號(hào)，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(yùn)動(dòng)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。

2.程序運(yùn)行界面

程序運(yùn)行成功后會(huì)顯示以下界面，未連接控制器之前，軸坐標(biāo)和手輪軸坐標(biāo)默認(rèn)為0，手輪狀態(tài)為“未連接”，手輪軸號(hào)為10，鏈接倍率為1，手輪軸脈沖方式為“脈沖+方向”，鏈接軸為“未選擇”。

3.控制器鏈接

選擇IP、串口，鏈接到控制器ZMC408CE，鏈接成功，手輪測試則會(huì)變成“已連接”，若失敗則會(huì)有彈窗“鏈接失敗”點(diǎn)擊確定關(guān)閉彈窗，檢查IP地址或串口地址重新鏈接。

（鏈接失?。?/span>

4.手輪軸操作

程序鏈接上控制器成功之后，會(huì)獲取軸坐標(biāo)和手輪軸位置。通過手輪的“軸選擇”旋轉(zhuǎn)按鈕選擇鏈接軸，如果鏈接成功，手輪鏈接狀態(tài)會(huì)變成“已鏈接”，鏈接軸也會(huì)顯示出所鏈接的軸號(hào)和鏈接倍率。

如果想要切換連接軸和鏈接倍率，只需要旋轉(zhuǎn)手輪“軸選擇”按鈕和“倍率選擇”按鈕即可。點(diǎn)擊停止按鈕之后，會(huì)自動(dòng)斷開鏈接，此時(shí)手輪的“軸選擇”和“倍率選擇”按鈕處于無效狀態(tài)，只有點(diǎn)擊繼續(xù)后才會(huì)重新鏈接，建議在鏈接軸之前先選好鏈接倍率，否則可能會(huì)出撞機(jī)的危險(xiǎn)，點(diǎn)擊坐標(biāo)清零則會(huì)將X、Y、Z、手輪的坐標(biāo)全部清零。

5.手輪軸軸號(hào)修改

此例程的手輪軸軸號(hào)綁定到軸10，如果要進(jìn)行修改，可以在手輪設(shè)置中的手輪軸號(hào)，直接進(jìn)行更改，手輪脈沖方式也是在此處進(jìn)行修改。

6.手輪軸號(hào)映射

不同控制器的默認(rèn)手輪軸接口不同，具體需要參考控制器手冊(cè)，相同點(diǎn)是不管使用哪個(gè)型號(hào)的控制器都需要重新進(jìn)行軸映射將手輪軸映射到其他軸號(hào)去。

在控制器手冊(cè)中找到默認(rèn)手輪接口軸號(hào)，使用ZAux_Direct_SetAtype（handle，重映射的軸號(hào)，0）將重映射的軸類型設(shè)置為0，還原軸設(shè)置， ZAux_Direct_SetAtype（handle，要修改的本地脈沖軸號(hào),0）將要修改的本地脈沖軸號(hào)軸類型也設(shè)置為0，低版本不設(shè)置會(huì)報(bào)錯(cuò)。

使用本地軸映射指令ZAux_Direct_SetAxisAddress{ handle，重映射的軸號(hào)，(-1<<16) +要修改的本地脈沖軸號(hào) }。

7.手輪軸參數(shù)配置

軸號(hào)映射參數(shù)修改完后，接著使用ZAux_Direct_SetAtype（handle，手輪軸軸號(hào)，3/6）進(jìn)行修改手輪軸的類型，ATYPE=3正交編碼器，ATYPE=6脈沖方向方式的編碼器，設(shè)置好之后可在運(yùn)行主界面進(jìn)行切換。

使用ZAux_Direct_SetUnits（g_handle，手輪軸號(hào)，脈沖當(dāng)量）根據(jù)實(shí)際需求修改手輪軸的脈沖當(dāng)量。

8.建立手輪鏈接

查詢控制器手冊(cè)，找到手輪對(duì)應(yīng)軸輸入信號(hào)、倍率信號(hào)、急停信號(hào)，使用ZAux_Direct_GetIn（g_handle，輸入口編號(hào)，&獲取輸入口的狀態(tài)值）進(jìn)行IO信號(hào)讀取，這里運(yùn)動(dòng)軸是X、Y、Z對(duì)應(yīng)控制器的0、1、2軸。

通過IO信號(hào)的判斷使用同步運(yùn)動(dòng)指令ZAux_Direct_Connect（g_handle，鏈接比率，手輪軸，運(yùn)動(dòng)軸），進(jìn)行軸的鏈接、綁定，使用單軸運(yùn)動(dòng)停止指令ZAux_Direct_Single_Cancel（g_handle，運(yùn)動(dòng)軸，停止模式），斷開軸鏈接。

9.手輪軸位置獲取、清零

建立鏈接之后，需要使用ZAux_Direct_GetMpos（g_handle，手輪軸號(hào)，&showpos[手輪軸號(hào)]）來獲取，手輪軸的當(dāng)前位置，并顯示在界面上。

使用ZAux_Direct_SetMpos（g_handle，手輪軸號(hào)，0）進(jìn)行手輪坐標(biāo)清零。

本次，正運(yùn)動(dòng)技術(shù)EtherCAT運(yùn)動(dòng)控制器在數(shù)控加工手輪隨動(dòng)中的應(yīng)用之C++，就分享到這里。更多精彩內(nèi)容請(qǐng)關(guān)注“正運(yùn)動(dòng)小助手”公眾號(hào)。

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審核編輯黃宇