XPLC系列運(yùn)動(dòng)控制器的運(yùn)動(dòng)緩沖詳解

XPLC006E功能簡(jiǎn)介

XPLC006E是正運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制器推出的一款多軸經(jīng)濟(jì)型EtherCAT總線運(yùn)動(dòng)控制器，XPLC系列運(yùn)動(dòng)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(chǎng)合。

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XPLC006E自帶6個(gè)電機(jī)軸，最多12軸運(yùn)動(dòng)控制（含虛擬軸數(shù)），支持12軸直線插補(bǔ)、電子凸輪、電子齒輪、同步跟隨、虛擬軸設(shè)置等功能。

XPLC006E支持多任務(wù)同時(shí)運(yùn)行，同時(shí)可以在PC上直接仿真運(yùn)行，編程方式多種可選，支持ZDevelop軟件的Basic/PLC梯形圖/HMI組態(tài)和常用上位機(jī)軟件編程。

XPLC006E只支持EtherCAT總線軸，不支持脈沖軸和編碼器軸。采用EtherCAT總線與驅(qū)動(dòng)器通訊，1ms的刷新周期。

XPLC006E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、VB、matlab、Qt、Linux、.Net、iMAC、Python、 ROS等接口。

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→此款產(chǎn)品有XPLC004E、XPLC006E、XPLC008E三個(gè)不同軸數(shù)的型號(hào)可選。

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XPLC864E功能簡(jiǎn)介

XPLC864E在XPLC006E的功能基礎(chǔ)上做了升級(jí)（即上節(jié)介紹的XPLC006E的功能都支持），部分資源空間優(yōu)于XPLC006E，使用方法基本一致，不同之處在于XPLC864E，硬件支持32點(diǎn)輸入、32點(diǎn)輸出、2個(gè)ADC、2個(gè)DAC，支持脈沖軸和總線軸混合使用，總實(shí)軸軸數(shù)為8，除了帶EtherCAT接口之外，輸出口硬件上可配置為8個(gè)軸的脈沖方向信號(hào)輸出，另帶兩路編碼器輸入，可由輸入口配置

XPLC864E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、VB、matlab、Qt、Linux、.Net、iMAC、Python、 ROS等接口。

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XPLC系列經(jīng)濟(jì)型EtherCAT總線運(yùn)動(dòng)控制器支持多種編程方式，支持使用正運(yùn)動(dòng)技術(shù)自主研發(fā)的ZDevelop開(kāi)發(fā)環(huán)境的Basic語(yǔ)言和PLC梯形圖，上一節(jié)講解了控制器的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，本節(jié)內(nèi)容主要講解控制器的運(yùn)動(dòng)緩存。

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一、運(yùn)動(dòng)緩沖概念

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在運(yùn)行運(yùn)動(dòng)指令時(shí)，為了防止程序堵塞，控制器提供了一個(gè)緩沖區(qū)來(lái)保存進(jìn)入運(yùn)動(dòng)緩沖的運(yùn)動(dòng)緩沖隊(duì)列，把這個(gè)功能叫做運(yùn)動(dòng)緩沖，這樣程序就能正常向下掃描，不會(huì)堵塞。

ZMotion運(yùn)動(dòng)控制器具有多級(jí)的運(yùn)動(dòng)緩沖，如下圖。當(dāng)運(yùn)動(dòng)緩沖開(kāi)啟的時(shí)候，程序掃描識(shí)別到程序任務(wù)的第一條運(yùn)動(dòng)指令時(shí)，將運(yùn)動(dòng)指令分配到指定軸的運(yùn)動(dòng)緩沖區(qū)，電機(jī)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，此時(shí)程序會(huì)繼續(xù)向下掃描。掃描到第二條運(yùn)動(dòng)指令時(shí)，再往運(yùn)動(dòng)緩沖區(qū)中存，且在不斷掃描存入運(yùn)動(dòng)指令的同時(shí)，從運(yùn)動(dòng)緩沖區(qū)中依次取出運(yùn)動(dòng)指令執(zhí)行。

MTYPE，NTYPE分別是當(dāng)前運(yùn)行的運(yùn)動(dòng)指令和第一個(gè)緩沖運(yùn)動(dòng)指令。任意一段程序的運(yùn)動(dòng)指令都可以進(jìn)入任意軸的運(yùn)動(dòng)緩沖區(qū)，由軸號(hào)指定。每個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)緩沖區(qū)都是獨(dú)立的，互不干擾。

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二、運(yùn)動(dòng)緩沖區(qū)緩沖原理

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程序掃描過(guò)程中，將掃描到的運(yùn)動(dòng)指令存入對(duì)應(yīng)軸的運(yùn)動(dòng)緩沖區(qū)，再?gòu)倪\(yùn)動(dòng)緩沖區(qū)中按先進(jìn)先出的順序，依此取出運(yùn)動(dòng)指令執(zhí)行。能進(jìn)入運(yùn)動(dòng)緩沖區(qū)的指令除了運(yùn)動(dòng)指令之外，還包括一系列運(yùn)動(dòng)緩沖中輸出指令。

插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)緩沖在主軸的運(yùn)動(dòng)緩沖區(qū)。

緩沖多條運(yùn)動(dòng)指令時(shí)，為了判斷當(dāng)前運(yùn)動(dòng)執(zhí)行到哪一條，提供MOVE_MARK運(yùn)動(dòng)標(biāo)號(hào)和MOVE_CURMARK當(dāng)前運(yùn)動(dòng)標(biāo)號(hào)指令查詢。MOVE_MARK運(yùn)動(dòng)標(biāo)號(hào)每掃描一條運(yùn)動(dòng)指令+1；MOVE_CURMARK指令為當(dāng)前運(yùn)動(dòng)的標(biāo)號(hào)，提示當(dāng)前運(yùn)動(dòng)到第幾條運(yùn)動(dòng)指令，所有運(yùn)動(dòng)完成后為-1。

當(dāng)前運(yùn)動(dòng)完成后會(huì)自動(dòng)執(zhí)行運(yùn)動(dòng)緩沖區(qū)內(nèi)的下一條運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)指令全部執(zhí)行完后，運(yùn)動(dòng)緩沖區(qū)為空，或者使用CANCEL/RAPIDSTOP指令清空運(yùn)動(dòng)緩沖區(qū)。

如下圖，若程序中有多條運(yùn)動(dòng)指令，依據(jù)軸號(hào)的指示，按從上到下的順序依次掃描進(jìn)運(yùn)動(dòng)緩沖區(qū)，按先進(jìn)先出的順序依次執(zhí)行，例如軸0，第一條執(zhí)行MOVE(100)直線運(yùn)動(dòng)指令，可使用MTYPE指令查詢運(yùn)動(dòng)指令的類型，MOVE(100)執(zhí)行完成退出緩沖區(qū)，釋放緩沖空間，接著執(zhí)行下一條MOVE(150,200)直線插補(bǔ)指令，以此類推。

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SP運(yùn)動(dòng)指令會(huì)寫入運(yùn)動(dòng)緩存區(qū)，使用SP運(yùn)動(dòng)指令時(shí)(MOVESP、MOVECIRCSP等直接在運(yùn)動(dòng)指令后方加上SP)，SP指令的速度按SP速度參數(shù)運(yùn)動(dòng)，而不是SPEED速度，SP速度包含F(xiàn)ORCE_SPEED強(qiáng)制速度、ENDMOVE_SPEED結(jié)束速度和STRATMOVE_SPEED開(kāi)始速度，設(shè)置的SP速度參數(shù)會(huì)在運(yùn)動(dòng)緩存區(qū)中生效。

SP指令與非SP指令的運(yùn)行效果如下圖所示，MOVE(100)的速度是SPEED=100，MOVESP(100)的速度是FFORCE_SPEED=150。

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三、運(yùn)動(dòng)緩沖區(qū)查詢

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例如ZMC4系列及以上運(yùn)動(dòng)控制器每個(gè)軸可支持多達(dá)4096段運(yùn)動(dòng)緩沖（不同型號(hào)的控制器緩沖個(gè)數(shù)有區(qū)別，具體情況參見(jiàn)控制器硬件手冊(cè)說(shuō)明或使用“?*max”打印查看max_movebuff參數(shù)），可以手動(dòng)設(shè)置LIMIT_BUFFERED運(yùn)動(dòng)緩沖限制。

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每個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)緩沖都是獨(dú)立的，互不干擾，且軸的緩沖區(qū)大小相同，通過(guò)指令REMAIN_BUFFER(MTYPE) AXIS(n)查看某個(gè)軸的剩余可用緩沖區(qū)的個(gè)數(shù)。

不同的運(yùn)動(dòng)指令占用的緩沖空間是不同的，越復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)占用的運(yùn)動(dòng)緩沖空間越多。例如：ZMC432控制器，運(yùn)動(dòng)緩沖區(qū)大小為4096，緩沖區(qū)一次性可緩沖的MOVE直線插補(bǔ)指令和MOVECIRC圓弧插補(bǔ)指令個(gè)數(shù)是不同的。

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LOADED指令用于判斷軸的運(yùn)動(dòng)緩沖區(qū)是否為空，只讀參數(shù)，返回值0表示運(yùn)動(dòng)緩沖區(qū)還有指令，返回值為-1表示運(yùn)動(dòng)緩沖區(qū)空，一般用法為WAIT LOADED。

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四、運(yùn)動(dòng)緩沖區(qū)堵塞

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由于每個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)緩沖空間是有限的，當(dāng)掃描太多運(yùn)動(dòng)指令放入運(yùn)動(dòng)緩沖區(qū)時(shí)，多級(jí)運(yùn)動(dòng)緩沖區(qū)全部被塞滿，如果程序繼續(xù)掃描到更多的運(yùn)動(dòng)指令，程序也會(huì)被堵塞，直到運(yùn)動(dòng)指令依次完成并退出，運(yùn)動(dòng)緩沖區(qū)有了空位，運(yùn)動(dòng)指令才會(huì)繼續(xù)進(jìn)入運(yùn)動(dòng)緩沖區(qū)。

例：以ZDevelopV3.10版本的仿真器為例，默認(rèn)為4096個(gè)直線插補(bǔ)的運(yùn)動(dòng)緩沖，一個(gè)圓弧插補(bǔ)/螺旋線插補(bǔ)/樣條插補(bǔ)等插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)會(huì)占用多個(gè)直線插補(bǔ)的運(yùn)動(dòng)緩沖。

下圖例程中顯示該控制器的運(yùn)動(dòng)緩沖區(qū)最多能存459條圓弧插補(bǔ)指令，下載程序后后打印i的值為458，表示當(dāng)前FOR循環(huán)并未執(zhí)行完，程序堵塞了，下圖為直線插補(bǔ)指令過(guò)多導(dǎo)致堵塞的效果。

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下圖表示當(dāng)從運(yùn)動(dòng)緩沖區(qū)取出部分圓弧運(yùn)動(dòng)指令執(zhí)行之后，緩沖區(qū)有了空間，F(xiàn)OR循環(huán)繼續(xù)執(zhí)行，并存入運(yùn)動(dòng)指令到運(yùn)動(dòng)緩沖區(qū)。指令執(zhí)行退出運(yùn)動(dòng)緩沖區(qū)后，只要運(yùn)動(dòng)緩沖區(qū)的空間夠，新的運(yùn)動(dòng)指令再進(jìn)運(yùn)動(dòng)緩沖區(qū)。

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五、運(yùn)動(dòng)緩沖中輸出

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運(yùn)動(dòng)緩沖中輸出指令能進(jìn)入運(yùn)動(dòng)緩沖區(qū)，可在運(yùn)動(dòng)緩沖中開(kāi)啟OP口、延時(shí)、輸出參數(shù)，輸出PWM、開(kāi)啟任務(wù)等，詳細(xì)指令說(shuō)明參見(jiàn)Basic編程手冊(cè)第六章。

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1.普通輸出與運(yùn)動(dòng)緩沖中輸出的區(qū)別。

(1)普通輸出指令程序掃描到該行指令便執(zhí)行輸出。

(2)運(yùn)動(dòng)緩沖中輸出指令在程序掃描之后，將其存入運(yùn)動(dòng)緩沖區(qū)，運(yùn)動(dòng)緩沖區(qū)按先進(jìn)先出的順序依此取出指令執(zhí)行，直到取出該輸出指令時(shí)才會(huì)執(zhí)行輸出。

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2.示例：對(duì)比OP和MOVE_OP的輸出效果。

RAPIDSTOP(2)

WAIT IDLE(0)

BASE(0) '選擇軸0

DPOS=0

UNITS=1000 '脈沖當(dāng)量

ATYPE=1 '脈沖軸類型

SPEED=100 '速度

ACCEL=1000 '加速度

DECEL=1000 '減速度

SRAMP=100 'S曲線

TRIGGER '觸發(fā)示波器采樣

OP(0,3,$0) '關(guān)閉輸出口0-3

DELAY(100) '延時(shí)

MOVE(100)

MOVE_OP(1,ON) '運(yùn)動(dòng)緩沖中輸出

OP(0,ON) '普通輸出

3.例子運(yùn)行效果如下圖。

延時(shí)1s之后，程序掃描到OP指令，輸出口0立即執(zhí)行輸出。

MOVE_OP把IO操作指令填入運(yùn)動(dòng)緩沖區(qū)，所以在運(yùn)行完MOVE(100)之后，輸出口1才輸出。

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4.控制器支持的運(yùn)動(dòng)緩沖中輸出指令一覽表如下。

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了解了運(yùn)動(dòng)緩沖中輸出概念，我們可以實(shí)現(xiàn)下圖功能，隨著運(yùn)動(dòng)精準(zhǔn)控制OP口開(kāi)關(guān)光，使用MOVE_PWM指令調(diào)節(jié)光的能量。

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5.實(shí)現(xiàn)代碼如下，此功能需要支持直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)和PWM功能的控制器，并采用連續(xù)插補(bǔ)功能提升效率。

RAPIDSTOP(2) WAIT IDLE(0) BASE(0,1) '選擇運(yùn)動(dòng)軸號(hào)

DPOS=0,0

UNITS=1000,1000

ATYPE=1,1

SPEED=200,200

ACCEL=1000,1000

DECEL=1000,1000 '減速度設(shè)為1000

FASTDEC=10000,10000 '快減減速度設(shè)為10000

MERGE=ON, ON '開(kāi)啟連續(xù)插補(bǔ)

SRAMP=100,100

MOVE_OP(0,OFF)

TRIGGER '開(kāi)啟運(yùn)動(dòng)波形采集

MOVEABS(100,0) '第一段直線，空走

MOVE_OP(0,ON) '開(kāi)關(guān)

MOVE_PWM(0, 1, 2000) 'PWM輸出占空比為1，頻率2K MOVEABS(400,0) '第二段直線

MOVE_PWM(0, 0.7, 2000) '調(diào)光，占空比為0.7 MOVECIRCABS(400,-200,400,-100,1) '第三段圓弧

MOVE_PWM(0, 0.5, 2000) '調(diào)光，占空比為0.5

MOVEABS(250,-200) '第四段直線

MOVE_OP(0,OFF) '關(guān)光

MOVE_DELAY(1000) '延時(shí)

MOVEABS(0,0) '第五段直線，空走回到原點(diǎn) END

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6.示波器采樣運(yùn)動(dòng)波形如下圖。

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(1)XY模式下的平面插補(bǔ)軌跡如下圖。

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(2)XYZ模式下的合成軌跡如下圖：清晰看出輸出口的電平變化。

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六、運(yùn)動(dòng)緩沖區(qū)清空

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運(yùn)動(dòng)指令等執(zhí)行完便會(huì)退出運(yùn)動(dòng)緩沖區(qū)，進(jìn)入運(yùn)動(dòng)緩沖區(qū)的命令全部執(zhí)行完成后，運(yùn)動(dòng)緩沖區(qū)為空。

用戶想要清空運(yùn)動(dòng)緩沖區(qū)，使用CANCEL或RAPIDSTOP指令，兩個(gè)指令都有如下四種不同的模式，區(qū)別在于，CANCEL針對(duì)單個(gè)軸，RAPIDSTOP針對(duì)所有的軸，每個(gè)軸都要一個(gè)緩沖區(qū)，互不干擾。

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1.示例：清空運(yùn)動(dòng)緩沖，立即停止軸。

RAPIDSTOP(2)

WAIT IDLE(0)

BASE(0,1)

DPOS=0,0

UNITS=1000,1000

ATYPE=1,1

SPEED=200,200

ACCEL=1000,1000

DECEL=1000,1000 '減速度設(shè)為1000

FASTDEC=10000,10000 '快減減速度設(shè)為10000

SRAMP=100,100

TRIGGER

MOVE(1000,500) '插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)

DELAY(1000) '延時(shí)1秒后取消運(yùn)動(dòng)

RAPIDSTOP(2) '清空運(yùn)動(dòng)緩沖區(qū)，快速停止軸，減速度為10000

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2.示波器采樣運(yùn)動(dòng)波形。

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本次，正運(yùn)動(dòng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)型EtherCAT運(yùn)動(dòng)控制器(七）：運(yùn)動(dòng)緩沖，就分享到這里。

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　　審核編輯：湯梓紅
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