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

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。

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(guò)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(guò)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(guò)手輪上的“軸選擇旋鈕”選擇需要移動(dòng)的坐標(biāo)軸；

2.通過(guò)“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?！?，緊急停止手輪運(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。

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(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(jué)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(kāi)發(fā)，也可脫機(jī)獨(dú)立運(yùn)行；

ZMC408CE視頻介紹

2.控制器手輪接口MPG定義

接口	引腳號(hào)	信號(hào)	說(shuō)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(hào)(IN40)
	3	HB-	編碼器B相信號(hào)(IN41)
	4	HEMGN	緊急停止信號(hào)(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(hào)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(hào)均為數(shù)字輸入信號(hào)，編號(hào)為IN（40-51）。

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(chǎng)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(qǐng)選EtherNET、RS232、RS485任一種接口連接ZDevelop；

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

BASE(目標(biāo)軸號(hào))     '重映射的軸號(hào)
ATYPE(目標(biāo)軸號(hào))=0  '軸類型設(shè)為0
BASE(8)            '手輪接口初始軸號(hào)8（無(wú)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(hào))= (-1<<16)+8      '將初始軸號(hào)8綁定到目標(biāo)軸號(hào)
ATYPE(目標(biāo)軸號(hào))=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(hào)本質(zhì)為數(shù)字輸入信號(hào)，有固定的編號(hào)（參見(jiàn)上節(jié)），但無(wú)固定的功能，需要ZDevelop開(kāi)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(kāi)始使用手輪。

程序示例如下，運(yùn)行下方程序后，便可實(shí)現(xiàn)手輪的控制。

'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，參考控制器使用手冊(cè)，本例程使用控制器型號(hào)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(gè)


'軸號(hào)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(hào)
global const axis_R  = 10    '手輪重新映射軸號(hào) 


'倍率IN編號(hào)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(hào)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(hào)IN編號(hào)設(shè)置
const io_HandEMGN = 51   '急停
globaldimconflag'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

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審核編輯：湯梓紅