硬件位置比較輸出和編碼器鎖存：EtherCAT超高速實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制卡XPCIE1032H上位機(jī)C#開發(fā)（六）

XPCIE1032H功能簡介

XPCIE1032H是一款基于PCI Express的EtherCAT總線運(yùn)動(dòng)控制卡，可選6-64軸運(yùn)動(dòng)控制，支持多路高速數(shù)字輸入輸出，可輕松實(shí)現(xiàn)多軸同步控制和高速數(shù)據(jù)傳輸。XPCIE1032H集成了強(qiáng)大的運(yùn)動(dòng)控制功能，結(jié)合MotionRT7運(yùn)動(dòng)控制實(shí)時(shí)軟核，解決了高速高精應(yīng)用中，PC Windows開發(fā)的非實(shí)時(shí)痛點(diǎn)，指令交互速度比傳統(tǒng)的PCI/PCIe快10倍。

XPCIE1032H支持PWM，PSO功能，板載16進(jìn)16出通用IO口，其中輸出口全部為高速輸出口，可配置為4路PWM輸出口或者16路高速PSO硬件比較輸出口。輸入口含有8路高速輸入口，可配置為4路高速色標(biāo)鎖存或兩路編碼器輸入。

XPCIE1032H搭配MotionRT7實(shí)時(shí)內(nèi)核，使用本地LOCAL接口連接，通過高速的核內(nèi)交互，可以做到更快速的指令交互，單條指令與多條指令一次性交互時(shí)間可以達(dá)到3-5us左右。

?XPCIE1032H與MotionRT7實(shí)時(shí)內(nèi)核的配合具有以下優(yōu)勢：

1.支持多種上位機(jī)語言開發(fā)，所有系列產(chǎn)品均可調(diào)用同一套API函數(shù)庫；

2.借助核內(nèi)交互，可以快速調(diào)用運(yùn)動(dòng)指令，響應(yīng)時(shí)間快至微秒級(jí)，比傳統(tǒng)PCI/PCIe快10倍；

3.解決傳統(tǒng)PCI/PCIe運(yùn)動(dòng)控制卡在Windows環(huán)境下控制系統(tǒng)的非實(shí)時(shí)性問題；

4.支持一維/二維/三維PSO（高速硬件位置比較輸出），適用于視覺飛拍、精密點(diǎn)膠和激光能量控制等應(yīng)用；

5.提供高速輸入接口，便于實(shí)現(xiàn)位置鎖存；

6.支持EtherCAT總線和脈沖輸出混合聯(lián)動(dòng)、混合插補(bǔ)。

?使用XPCIE1032H和MotionRT7進(jìn)行項(xiàng)目開發(fā)時(shí)，通常需要進(jìn)行以下步驟：

1.安裝驅(qū)動(dòng)程序，識(shí)別XPCIE1032H；

2.打開并執(zhí)行文件“MotionRT710.exe”，配置參數(shù)和運(yùn)行運(yùn)動(dòng)控制實(shí)時(shí)內(nèi)核；

3.使用ZDevelop軟件連接到控制器，進(jìn)行參數(shù)監(jiān)控。連接時(shí)請使用PCI/LOCAL方式，并確保ZDevelop軟件版本在3.10以上；

4.完成控制程序開發(fā)，通過LOCAL鏈接方式連接到運(yùn)動(dòng)控制卡，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制。

?與傳統(tǒng)PCI/PCIe卡和PLC的測試數(shù)據(jù)結(jié)果對比：

我們可以從測試對比結(jié)果看出，XPCIE1032H運(yùn)動(dòng)控制卡配合實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制內(nèi)核MotionRT7，在LOCAL鏈接（核內(nèi)交互）的方式下，指令交互的效率是非常穩(wěn)定，當(dāng)測試數(shù)量從1w增加到10w時(shí)，單條指令交互時(shí)間與多條指令交互時(shí)間波動(dòng)不大，非常適用于高速高精的應(yīng)用。

XPCIE1032H控制卡安裝

關(guān)閉計(jì)算機(jī)電源。

打開計(jì)算機(jī)機(jī)箱，選擇一條空閑的XPCIE卡槽，用螺絲刀卸下相應(yīng)的擋板條。

將運(yùn)動(dòng)控制卡插入該槽，擰緊擋板條上的固定螺絲。

XPCIE1032H驅(qū)動(dòng)安裝與建立連接參考往期文章EtherCAT超高速實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制卡XPCIE1032H上位機(jī)C#開發(fā)（一）：驅(qū)動(dòng)安裝與建立連接。

一、C#語言進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制項(xiàng)目

二、相關(guān)PC函數(shù)指令介紹

相關(guān)PC函數(shù)介紹詳情可參考“ZMotion PC函數(shù)庫編程手冊 V2.1.1”。

1、硬件位置比較輸出函數(shù)介紹

2、鎖存相關(guān)指令介紹

在form設(shè)計(jì)界面找到需要用到的控件拖拽到窗體中進(jìn)行UI界面設(shè)計(jì)，效果如下。

三、相關(guān)程序及功能介紹

1.位置比較功能

（1）位置同步輸出PSO的原理與應(yīng)用

PSO（position synchronized output）即位置同步輸出，本質(zhì)是通過采集實(shí)時(shí)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(hào)，PSO示意圖如下。

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

PSO功能的特點(diǎn)是能高速且穩(wěn)定的輸出信號(hào)，因?yàn)檩敵鼍茸銐蚋撸阅軌蛟谡麄€(gè)運(yùn)動(dòng)軌跡中以固定的距離觸發(fā)輸出信號(hào)而不用考慮總體速度，即在直線部分以很快的速度運(yùn)動(dòng)，而在圓角部分減速的同時(shí)也能保證輸出間距恒定。

通常圓角加工部分在整個(gè)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(shí)，就可以最大限度地提高產(chǎn)能。

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

（2）程序流程圖

（3）相關(guān)代碼示例

private void Button2_Click(object sender, EventArgs e) //運(yùn)動(dòng)按鈕 { //更新界面參數(shù) updata_value(); //判斷是否連接控制器 if (g_handle == (IntPtr)0) { MessageBox.Show("未鏈接到控制器!", "提示"); return; } int iret = 0; AxisNum = 0; //獲取軸個(gè)數(shù) foreach (Control item in this.Controls) if (item is CheckBox) { CheckBox checkBox = (CheckBox)item; if (checkBox.CheckState == CheckState.Checked) AxisNum++; } //判斷是否選擇軸 if (AxisNum == 0) { MessageBox.Show("沒選軸!", "提示"); return; } int[] axislist = new int[AxisNum]; float[] Distancelist = new float[AxisNum]; foreach (int item in axislist) axislist[iret++] = -1; //獲取運(yùn)動(dòng)的軸數(shù)組和運(yùn)動(dòng)距離 foreach (Control item in this.Controls) if (item is CheckBox) { CheckBox checkBox = (CheckBox)item; if (checkBox.CheckState == CheckState.Checked) { int axis = Convert.ToInt32(checkBox.Name.Substring(checkBox.Name.Length - 1, 1)); int index = Array.IndexOf(axislist, -1); axislist[index] = axis; string DistanceName = "Distance" + axis.ToString(); Distancelist[index] = float.Parse(((System.Windows.Forms.TextBox)this.Controls.Find(DistanceName, false)[0]).Text); } } //初始化輸出口 for (int i = 0; i < 3; i++) iret = zmcaux.ZAux_Direct_SetOp(g_handle, i, 0); //選擇運(yùn)動(dòng)的軸 iret = zmcaux.ZAux_Direct_Base(g_handle, AxisNum, axislist); //初始化運(yùn)動(dòng)參數(shù) foreach (int item in axislist) { iret = zmcaux.ZAux_Direct_SetUnits(g_handle, item, 100); iret = zmcaux.ZAux_Direct_SetSpeed(g_handle, item, 100); iret = zmcaux.ZAux_Direct_SetAccel(g_handle, item, 2000); iret = zmcaux.ZAux_Direct_HwPswitch2(g_handle, item, 2, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0); //清除前面的比較輸出指令 } iret = zmcaux.ZAux_Direct_HwTimer(g_handle, 2, 0, 0, 0, 0, 0); //關(guān)閉硬件定時(shí)器 //起點(diǎn)輸出口狀態(tài)設(shè)置 int tempoutstatus = 0; if (ModePara2 == 0) tempoutstatus = 1; else tempoutstatus = 0; //硬件定時(shí)器設(shè)置 if (m_Timer_IfOpen == false) { iret = zmcaux.ZAux_Direct_HwTimer(g_handle, 2, m_Timer_Cycle, m_Timer_Valid, m_Timer_Num, tempoutstatus, ModePara1); if (iret != 0) { string tempstr; tempstr = "HwTimer失敗 返回值：" + iret.ToString(); MessageBox.Show(tempstr, "提示"); return; } } else { iret = zmcaux.ZAux_Direct_HwTimer(g_handle, 0, m_Timer_Cycle, m_Timer_Valid, m_Timer_Num, tempoutstatus, ModePara1); if (iret != 0) { string tempstr; tempstr = "HwTimer失敗 返回值：" + iret.ToString(); MessageBox.Show(tempstr, "提示"); return; } } //HwPswitch設(shè)置 if (m_POS_IfOpen) { //將比較點(diǎn)填入TABLE switch (PsoMode) { case 1: case 3: iret = zmcaux.ZAux_Direct_SetTable(g_handle, ModePara3, ModePara4 - ModePara3 + 1, fPointPos); break; case 25: case 26: iret = zmcaux.ZAux_Direct_SetTable(g_handle, ModePara5, ModePara4 * 2, fPointPos); break; case 35: case 36: iret = zmcaux.ZAux_Direct_SetTable(g_handle, ModePara5, ModePara4 * 3, fPointPos); break; } if (iret != 0) { string tempstr; tempstr = "SetTable失敗 返回值：" + iret.ToString(); MessageBox.Show(tempstr, "提示"); return; } //初始化矢量位置 switch (PsoMode) { case 3: case 4: case 5: case 6: case 7: zmcaux.ZAux_Direct_SetParam(g_handle, "VECTOR_MOVED", 0, 0); break; } //PSO指令設(shè)置 switch (PsoMode) { case 1: case 2: case 3: case 4: case 5: case 6: iret = zmcaux.ZAux_Direct_HwPswitch2(g_handle, axislist[0], PsoMode, ModePara1, ModePara2, ModePara3, ModePara4, ModePara5, ModePara6, ModePara7, ModePara8); break; case 7: case 25: case 26: case 35: case 36: iret = ZAux_Direct_HwPswitch2_2D(); break; } if (iret != 0) { string tempstr; tempstr = "HwPswitch2失敗 返回值：" + iret.ToString(); MessageBox.Show(tempstr, "提示"); return; } } else { iret = 0; iret = zmcaux.ZAux_Direct_HwPswitch2(g_handle, axislist[0], 2, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0); //清除比較輸出指令 if (iret != 0) { string tempstr; tempstr = "HwPswitch2失敗 返回值：" + iret.ToString(); MessageBox.Show(tempstr, "提示"); return; } } //觸發(fā)示波器 zmcaux.ZAux_Trigger(g_handle); //多軸插補(bǔ)運(yùn)動(dòng) iret = zmcaux.ZAux_Direct_Move(g_handle, AxisNum, axislist, Distancelist); }

2.鎖存功能

（1）鎖存的原理和應(yīng)用

鎖存的原理是通過高速輸入口的感應(yīng)來記錄當(dāng)前編碼器的位置。當(dāng)鎖存信號(hào)被觸發(fā)時(shí)，當(dāng)前位置信息立即被捕獲到位置鎖存器中，并將前一次鎖存的位置坐標(biāo) 清除。讀取鎖存位置信息時(shí)，讀取的是最后一次鎖存信號(hào)觸發(fā)時(shí)鎖存的位置信息。

鎖存一般應(yīng)用于包裝，印刷，點(diǎn)膠，視覺飛拍等。

（2）程序流程圖

（3）相關(guān)代碼示例

private void Button1_Click(object sender, EventArgs e) //啟動(dòng)鎖存 { if (g_handle == (IntPtr)0) { MessageBox.Show("未鏈接到控制器!", "提示"); return; } int iret = 0; if (m_Regist_IfOpen == false) { m_RegistCount = 0; iret = zmcaux.ZAux_Direct_SetAtype(g_handle, m_RegistAxis, 1); //必須是編碼器軸才可以鎖存 int ReglistListSel = ComboBox1.SelectedIndex; if (ReglistListSel >= 0 && ReglistListSel <= 3) { RegistMode = ReglistListSel + 1; } else if (ReglistListSel == 4 || ReglistListSel == 5) { RegistMode = 10 + ReglistListSel; } else if (ReglistListSel > 5 || ReglistListSel < 9) { RegistMode = 12 + ReglistListSel; } iret = zmcaux.ZAux_Direct_Regist(g_handle, m_RegistAxis, RegistMode); timer2.Start(); //m_Regist_IfOpen 標(biāo)志位變true 表示開啟了鎖存 //反轉(zhuǎn)按鈕的設(shè)置 m_Regist_IfOpen = true; //不允許修改鎖存軸軸號(hào) //將啟動(dòng)鎖存按鈕變成停止鎖存 ComboBox1.Enabled = false; Button1.Text = "停止鎖存"; } else { timer2.Stop(); m_Regist_IfOpen = false; ComboBox1.Enabled = true; Button1.Text = "啟動(dòng)鎖存"; DataGridView2.Rows.Clear(); } }

四、XPCIE1032H的IO接口介紹

1.IO規(guī)格介紹

2.IO端子定義

3.端子定義表

下文內(nèi)容中效果演示就是使用高速輸出口0實(shí)現(xiàn)PSO高速輸出，高速輸入口0實(shí)現(xiàn)鎖存輸入。

4.IO接線圖

五、效果演示

根據(jù)上面的開發(fā)流程操作后，編譯運(yùn)行例程。同時(shí)連接ZDevelop軟件進(jìn)行調(diào)試，對運(yùn)動(dòng)控制的軸參數(shù)和運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行監(jiān)控。

如下圖設(shè)置：LOCAL連接上控制卡后，首先開啟PSO硬件位置比較輸出功能；

第一步：設(shè)置高速比較輸出口0，首個(gè)比較點(diǎn)的輸出狀態(tài)為1，設(shè)置比較軸為0。設(shè)置4個(gè)比較點(diǎn)，比較點(diǎn)坐標(biāo)分別為：100，200，300，400。

第二步：開啟開啟編碼器鎖存功能：設(shè)置鎖存軸號(hào)為0，鎖存模式為3。

第三步：勾選運(yùn)動(dòng)軸號(hào)0并填上運(yùn)動(dòng)距離5000，最后將輸入口0和輸出口0接上。

即當(dāng)軸運(yùn)動(dòng)到100，200，300，400時(shí)，都會(huì)觸發(fā)電平變化，并且會(huì)通過鎖存將鎖存的位置保存下來。

例程接線示意圖 參數(shù)設(shè)置示意圖

效果演示示意圖

示波器波形如下圖所示：

本次，正運(yùn)動(dòng)技術(shù)硬件位置比較輸出和編碼器鎖存：EtherCAT超高速實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制卡XPCIE1032H上位機(jī)C#開發(fā)（六），就分享到這里。

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審核編輯 黃宇