EtherCAT运动控制器在数控加工手轮随动中的应用

本文以正运动技术具备专用手轮接口的运动控制器ZMC408CE为例，介绍手轮、手轮的作用及原理、控制器手轮接口接线以及手轮程序配置。

01 手轮作用及原理

手轮也称手摇脉冲发生器，主要用于数控机床、立体加工中心、卧式加工中心、龙门加工中心等数控设备。当手轮旋转时，编码器产生与手轮运动相对应的信号，通过数控系统选定座标并对座标进行定位。

手动脉冲发生器它中心有轴的光电码盘，其上有环形通、暗的刻线，摇动手轮后，由光电发射和接收器件读取，获得2组正弦波信号HA、HB，每个正弦波相差90度相位差。由于HA、HB两信号相差90度，可通过A相在前还是B相在前，给出正转脉冲或反转脉冲去控制伺服电机正转或反转。

02 手轮介绍

1.通过手轮上的“轴选择旋钮”选择需要移动的坐标轴；

2.通过“倍率选择旋钮”选择合适的移动倍（×1/×10/×100）；

3.旋转“手轮摇柄”移动坐标轴。顺时针旋转为正向移动，逆时针旋转为负向移动，旋转速度快慢可以控制坐标轴的运动速度；

4.按钮“急停”，紧急停止手轮运动；

5.控制器手轮接口为双排标准DB15母头，需要手轮接头为双排标准DB15公头。

手轮接口图示

03 控制器手轮接口接线

1.硬件介绍

案例采用ZMC408CE运动控制器，具备专用的手轮接口。

ZMC408CE是正运动技术推出的一款高性能EtherCAT总线运动控制器，核心技术采用了先进的FPGA技术，实现硬件位置比较输出、精准输出功能，保证连续轨迹加工的出色性能和稳定性，以及动态数据捕获的实时性，从而实现更加精准控制和提高生产效率和品质。

ZMC408CE支持EtherCAT总线轴 + 脉冲轴混合插补，可脱机或联机运行，可控电机轴数8轴，特殊型号提供16或32轴可选，支持ZDevelop + 多种高级上位机混合编程，可以实现点位运动、电子凸轮、直线插补、圆弧插补、连续轨迹加工和30+种机器人模型的控制。

ZMC408CE产品亮点

1.高性能处理器，提升运算速度、响应时间和扫描周期等；

2.一维/二维/三维、多通道视觉飞拍，高速高精；

3.位置同步输出PSO，连续轨迹加工中对精密点胶胶量控制和激光能量控制等；

4.多轴同步控制，多坐标系独立控制等；

5.EtherCAT同步周期可快至125us；

6.EtherCAT总线和脉冲轴混合插补；

7.直线插补、任意空间圆弧插补、螺旋插补、样条插补等；

8.应用灵活，可PC上位机开发，也可脱机独立运行；

ZMC408CE视频介绍

2.控制器手轮接口MPG定义

接口	引脚号	信号	说明
	1	H-5V	5V电源输出正极，专为手轮供电
	2	HA-	编码器A相信号(IN40)
	3	HB-	编码器B相信号(IN41)
	4	HEMGN	紧急停止信号(IN51)
	5	NC	悬空
	6	HX1	选择X1倍率(IN42)
	7	HX10	选择X10倍率(IN43)
	8	HX100	选择X100倍率(IN44)
	9	HSU	轴选3(IN48)
	10	HSV	轴选4(IN49)
	11	EGND	5V电源输出负极，信号公共端
	12	HSW	轴选5(IN50)
	13	HSZ	轴选2(IN47)
	14	HSY	轴选1(IN46)
	15	HSX	轴选0(IN45)
注意： 1.5V电源输出仅为手轮供电，切勿为其他设备供电。 2.该接口中的所有信号均为数字输入信号，编号为IN（40-51）。

3.手轮接线参考

4.注意事项

手轮编码器轴接口接线原理如上图所示，手轮厂家的设计多种多样，请先查看手轮内部的设计图后与运动控制器确认正确后谨慎接线；请使用双绞屏蔽线，尤其是环境恶劣的场合，务必使屏蔽层充分接地。

04 程序配置

1.参考以上手轮接线示意图正确连接手轮和控制器；

2.上电后请选EtherNET、RS232、RS485任一种接口连接ZDevelop；

3.配置轴号：该控制器手轮接口无可用默认AXIS轴号（映射需避开脉冲轴号），必须进行重映射，操作步骤如下：

BASE(目标轴号)     '重映射的轴号
ATYPE(目标轴号)=0  '轴类型设为0
BASE(8)            '手轮接口初始轴号8（无效的）
ATYPE(8)=0         '手轮接口初始轴类型设为0
AXIS_ADDRESS (目标轴号)= (-1<<16)+8      '将初始轴号8绑定到目标轴号
ATYPE(目标轴号)=3     '设置手脉轴轴类型为正交编码器类型

4.配置IO：根据需要赋予轴选（HSX，HSY，HSZ，HSU）和倍率（HX1，HX10，HX100）以及紧急停止（HEMGN）功能；这些信号本质为数字输入信号，有固定的编号（参见上节），但无固定的功能，需要ZDevelop开发；其名称为推荐配置的功能，轴选即为CONNECT同步运动的被连接轴，倍率即CONNECT比率。

5.完成以上配置即可开始使用手轮。

程序示例如下，运行下方程序后，便可实现手轮的控制。

'不同控制器型号，手轮轴号，倍率和轴选择IN编号不一样，参考控制器使用手册，本例程使用控制器型号为ZMC408CE
'不同手轮控制轴数不一样，本例程控制轴数为6个


'轴号设置
global const axis_X  = 0    'X轴
global const axis_Y  = 1    'Y轴
global const axis_Z  = 2    'Z轴
global const axis_U  = 3    'U轴
global const axis_V  = 4    'V轴
global const axis_W  = 5    'W轴
global const def_R      = 8    '手轮默认轴号
global const axis_R  = 10    '手轮重新映射轴号 


'倍率IN编号设置
const io_Handlow = 42  '1倍率
const io_Handmid = 43  '10倍率
const io_Handhigh = 44  '100倍率


'轴选择IN编号设置
const io_HandX = 45    '手轮X轴
const io_HandY = 46    '手轮Y轴
const io_HandZ = 47     '手轮Z轴
const io_HandU = 48   '手轮U轴
const io_HandV = 49     '手轮V轴
const io_HandW = 50   '手轮W轴


'紧急停止信号IN编号设置
const io_HandEMGN = 51   '急停
globaldimconflag'手轮连接轴标记
conflag = -1
ATYPE(def_R)=0'还原轴8轴类型
ATYPE(axis_R) = 0 '还原轴 10 轴类型
AXIS_ADDRESS(axis_R) = (-1<<16)+ def_R '将 MPG 手脉轴地址映射到轴 10
ATYPE(axis_R) = 3 '设置手脉轴轴类型为正交编码器类型
UNITS(axis_R) = 1 '设置手脉轴脉冲当量脉冲为单位
While 1
  if  in(io_handX) = on  then
    if in(io_handlow) = on then
      connect(1, axis_R) axis(axis_X)  '链接到轴X, 倍率 1
    elseif in(io_handmid) = on then
      connect(10, axis_R) axis(axis_X)  '链接到轴X, 倍率 10
    elseif in(io_handhigh) = on then
      connect(100, axis_R) axis(axis_X)  '链接到轴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    '取消连接
    cancel(2) axis(conflag)
    conflag = -1
  elseif   in(io_HandEMGN) = off  then
RAPIDSTOP(2)
  endif 
Wend

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审核编辑：汤梓红