硬件位置比較輸出和編碼器鎖存：EtherCAT超高速實時運動控制卡XPCIE1032H上位機C#開發(fā)（六）

XPCIE1032H功能簡介

XPCIE1032H是一款基于PCI Express的EtherCAT總線運動控制卡，可選6-64軸運動控制，支持多路高速數字輸入輸出，可輕松實現多軸同步控制和高速數據傳輸。XPCIE1032H集成了強大的運動控制功能，結合MotionRT7運動控制實時軟核，解決了高速高精應用中，PC Windows開發(fā)的非實時痛點，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路高速色標鎖存或兩路編碼器輸入。

XPCIE1032H搭配MotionRT7實時內核，使用本地LOCAL接口連接，通過高速的核內交互，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間可以達到3-5us左右。

?XPCIE1032H與MotionRT7實時內核的配合具有以下優(yōu)勢：

1.支持多種上位機語言開發(fā)，所有系列產品均可調用同一套API函數庫；

2.借助核內交互，可以快速調用運動指令，響應時間快至微秒級，比傳統(tǒng)PCI/PCIe快10倍；

3.解決傳統(tǒng)PCI/PCIe運動控制卡在Windows環(huán)境下控制系統(tǒng)的非實時性問題；

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、精密點膠和激光能量控制等應用；

5.提供高速輸入接口，便于實現位置鎖存；

6.支持EtherCAT總線和脈沖輸出混合聯動、混合插補。

?使用XPCIE1032H和MotionRT7進行項目開發(fā)時，通常需要進行以下步驟：

1.安裝驅動程序，識別XPCIE1032H；

2.打開并執(zhí)行文件“MotionRT710.exe”，配置參數和運行運動控制實時內核；

3.使用ZDevelop軟件連接到控制器，進行參數監(jiān)控。連接時請使用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鏈接方式連接到運動控制卡，實現實時運動控制。

?與傳統(tǒng)PCI/PCIe卡和PLC的測試數據結果對比：

我們可以從測試對比結果看出，XPCIE1032H運動控制卡配合實時運動控制內核MotionRT7，在LOCAL鏈接（核內交互）的方式下，指令交互的效率是非常穩(wěn)定，當測試數量從1w增加到10w時，單條指令交互時間與多條指令交互時間波動不大，非常適用于高速高精的應用。

XPCIE1032H控制卡安裝

關閉計算機電源。

打開計算機機箱，選擇一條空閑的XPCIE卡槽，用螺絲刀卸下相應的擋板條。

將運動控制卡插入該槽，擰緊擋板條上的固定螺絲。

XPCIE1032H驅動安裝與建立連接參考往期文章EtherCAT超高速實時運動控制卡XPCIE1032H上位機C#開發(fā)（一）：驅動安裝與建立連接。

一、C#語言進行運動控制項目

二、相關PC函數指令介紹

相關PC函數介紹詳情可參考“ZMotion PC函數庫編程手冊 V2.1.1”。

1、硬件位置比較輸出函數介紹

2、鎖存相關指令介紹

在form設計界面找到需要用到的控件拖拽到窗體中進行UI界面設計，效果如下。

三、相關程序及功能介紹

1.位置比較功能

（1）位置同步輸出PSO的原理與應用

PSO（position synchronized output）即位置同步輸出，本質是通過采集實時的編碼器反饋位置（無編碼器可使用輸出的脈沖位置）與比較模式設定的位置進行比較，控制OP高速同步輸出信號，PSO示意圖如下。

PSO一般與激光器（或點膠噴射閥等設備）同步輸出信號進行相位同步，在運動軌跡的所有階段以恒定的空間（或恒定時間）間隔觸發(fā)輸出開關，包括加速、減速和勻速段，從而實現脈沖能量均勻地作用在被加工物體上。

PSO功能的特點是能高速且穩(wěn)定的輸出信號，因為輸出精度足夠高，所以能夠在整個運動軌跡中以固定的距離觸發(fā)輸出信號而不用考慮總體速度，即在直線部分以很快的速度運動，而在圓角部分減速的同時也能保證輸出間距恒定。

通常圓角加工部分在整個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，就可以最大限度地提高產能。

正運動的PSO功能調用ZAux_Direct_HwPswitch2函數接口實現，該函數采用硬件實現IO的高速比較輸出，響應速度達到微秒級別，故名硬件比較輸出。

（2）程序流程圖

（3）相關代碼示例

private void Button2_Click(object sender, EventArgs e) //運動按鈕 { //更新界面參數 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; //獲取軸個數 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; //獲取運動的軸數組和運動距離 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); //選擇運動的軸 iret = zmcaux.ZAux_Direct_Base(g_handle, AxisNum, axislist); //初始化運動參數 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); //關閉硬件定時器 //起點輸出口狀態(tài)設置 int tempoutstatus = 0; if (ModePara2 == 0) tempoutstatus = 1; else tempoutstatus = 0; //硬件定時器設置 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設置 if (m_POS_IfOpen) { //將比較點填入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); //多軸插補運動 iret = zmcaux.ZAux_Direct_Move(g_handle, AxisNum, axislist, Distancelist); }

2.鎖存功能

（1）鎖存的原理和應用

鎖存的原理是通過高速輸入口的感應來記錄當前編碼器的位置。當鎖存信號被觸發(fā)時，當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 清除。讀取鎖存位置信息時，讀取的是最后一次鎖存信號觸發(fā)時鎖存的位置信息。

鎖存一般應用于包裝，印刷，點膠，視覺飛拍等。

（2）程序流程圖

（3）相關代碼示例

private void Button1_Click(object sender, EventArgs e) //啟動鎖存 { 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 標志位變true 表示開啟了鎖存 //反轉按鈕的設置 m_Regist_IfOpen = true; //不允許修改鎖存軸軸號 //將啟動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

下文內容中效果演示就是使用高速輸出口0實現PSO高速輸出，高速輸入口0實現鎖存輸入。

4.IO接線圖

五、效果演示

根據上面的開發(fā)流程操作后，編譯運行例程。同時連接ZDevelop軟件進行調試，對運動控制的軸參數和運動情況進行監(jiān)控。

如下圖設置：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：設置高速比較輸出口0，首個比較點的輸出狀態(tài)為1，設置比較軸為0。設置4個比較點，比較點坐標分別為：100，200，300，400。

第二步：開啟開啟編碼器鎖存功能：設置鎖存軸號為0，鎖存模式為3。

第三步：勾選運動軸號0并填上運動距離5000，最后將輸入口0和輸出口0接上。

即當軸運動到100，200，300，400時，都會觸發(fā)電平變化，并且會通過鎖存將鎖存的位置保存下來。

例程接線示意圖 參數設置示意圖

效果演示示意圖

示波器波形如下圖所示：

本次，正運動技術硬件位置比較輸出和編碼器鎖存：EtherCAT超高速實時運動控制卡XPCIE1032H上位機C#開發(fā)（六），就分享到這里。

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審核編輯 黃宇