EtherCAT超高速实时运动控制卡XPCIE1032H上位机C#开发（三）：EtherCAT总线CSP，CSV，CST模式切换

XPCIE1032H功能简介

XPCIE1032H是一款基于PCI Express的EtherCAT总线运动控制卡，可选6-64轴运动控制，支持多路高速数字输入输出，可轻松实现多轴同步控制和高速数据传输。

XPCIE1032H运动控制卡集成了强大的运动控制功能，结合MotionRT7运动控制实时软核，解决了高速高精应用中，PC Windows开发的非实时痛点，指令交互速度比传统的PCI/PCIe快10倍。

XPCIE1032H支持PWM，PSO功能，板载16进16出通用IO口，其中输出口全部为高速输出口，可配置为4路PWM输出口或者16路高速PSO硬件比较输出口。输入口含有8路高速输入口，可配置为4路高速色标锁存或两路编码器输入。

XPCIE1032H搭配MotionRT7实时内核，使用本地LOCAL接口连接，通过高速的核内交互，可以做到更快速的指令交互，单条指令与多条指令一次性交互时间可以达到3-5us左右。

➜XPCIE1032H与MotionRT7实时内核的配合具有以下优势：

1.支持多种上位机语言开发，所有系列产品均可调用同一套API函数库；

2.借助核内交互，可以快速调用运动指令，响应时间快至微秒级，比传统PCI/PCIe快10倍；

3.解决传统PCI/PCIe运动控制卡在Windows环境下控制系统的非实时性问题；

4.支持一维/二维/三维PSO（高速硬件位置比较输出），适用于视觉飞拍、精密点胶和激光能量控制等应用；

5.提供高速输入接口，便于实现位置锁存；

6.支持EtherCAT总线和脉冲输出混合联动、混合插补。

➜使用XPCIE1032H和MotionRT7进行项目开发时，通常需要进行以下步骤：

1.安装驱动程序，识别XPCIE1032H；

2.打开并执行文件“MotionRT710.exe”，配置参数和运行运动控制实时内核；

3.使用ZDevelop软件连接到控制器，进行参数监控。连接时请使用PCI/LOCAL方式，并确保ZDevelop软件版本在3.10以上；

4.完成控制程序开发，通过LOCAL链接方式连接到运动控制卡，实现实时运动控制。

➜与传统PCI/PCIe卡和PLC的测试数据结果对比：

平均值	C++ LOCAL	C# LOCAL	传统PCI/PCIe卡接口交互	PLC网口通讯交互
1w次单条读取交互周期	4.70us	5.3us	64us	500us-10ms
10w次单条读取交互周期	3.90us	5.7us	65us	500us-10ms
1w次多条读取交互周期	6.20us	8.85us	472us	500us-10ms
10w次多条读取交互周期	5.50us	8.37us	471us	500us-10ms

我们可以从测试对比结果看出，XPCIE1032H运动控制卡配合实时运动控制内核MotionRT7，在LOCAL链接（核内交互）的方式下，指令交互的效率是非常稳定，当测试数量从1w增加到10w时，单条指令交互时间与多条指令交互时间波动不大，非常适用于高速高精的应用。

XPCIE1032H控制卡安装

关闭计算机电源。

打开计算机机箱，选择一条空闲的XPCIE卡槽，用螺丝刀卸下相应的挡板条。

将运动控制卡插入该槽，拧紧挡板条上的固定螺丝。

XPCIE1032H驱动安装与建立连接参考往期文章EtherCAT超高速实时运动控制卡XPCIE1032H上位机C#开发（一）：驱动安装与建立连接。

一、新建C#项目（VS2022）

到正运动技术官网的下载中心选择需要的平台库文件。

解压下载的安装包找到 “Zmcaux.cs” ， “zauxdll.dll” ， “zmotion.dll” 放入到项目文件中。

1、“Zmcaux.cs”放在项目根目录文件中，与bin目录同级。

2、“zauxdll.dll”，“zmotion.dll”放在bin -> Debug。

用vs打开新建的项目文件，在右边的解决方案资源管理器中点击显示所有，选中项目，右键“添加”->“现有项”，选中zmcaux.cs文件添加进在项目中。

双击Form1.cs里面的Form1，出现代码编辑界面，在文件开头写入using cszmcaux，并声明控制器句柄g_handle。

二、相关PC函数介绍

相关PC函数介绍详情可参考“ZMotion PC函数库编程手册 V2.1.1”。

其他基本轴参数相关PC函数:

在form设计界面找到需要用到的控件拖拽到窗体中进行UI界面设计，设计效果图如下。

三、相关程序以及设计思路

本例程以XPLCIE1032H搭载在MotionRT7实时内核上，通过EthereCAT总线口接一个松下伺服驱动器为节点0为例子，如下图：

例程配套的basic程序（总线初始化脚本文件）如下，用户可根据实际需求配置总线节点数量，驱动器pdo等参数（例程中pdo列表配置的是18，该列表中同时包含607A-周期位置、60FF-周期速度、6071-周期力矩的数字字典，因此可以支持总线三种模式的切换）。

关于pdo列表的配置可以打开zbasic编程手册，搜索DRIVE_PROFILE指令。

'ECAT总线初始化
GLOBAL CONST BUS_TYPE = 0           '总线类型。可用于上位机区分当前总线类型
GLOBAL CONST Bus_Slot  = 0          '槽位号0（单总线控制器缺省0）
GLOBAL CONST Bus_AxisStart = 0      '总线轴起始轴号
GLOBAL CONST Bus_NodeNum   = 1      '总线配置节点数量,用于判断实际检测到的从站数量是否一致
GLOBAL MAX_AXISNUM                  '最大轴数
MAX_AXISNUM = SYS_ZFEATURE(0)
GLOBAL Bus_InitStatus               '总线初始化完成状态
Bus_InitStatus = -1
GLOBAL Bus_TotalAxisnum             '检查扫描的总轴数
DELAY(3000)        
'延时3S等待驱动器上电，不同驱动器自身上电时间不同，具体根据驱动器调整延时
?"总线通讯周期：",SERVO_PERIOD,"us"
Ecat_Init()        '初始化ECAT总线 
END
GLOBAL SUB Ecat_Init()
   local Node_Num,Temp_Axis,Drive_Vender,Drive_Device,Drive_Alias
   RAPIDSTOP(2)
   for i=0 to SYS_ZFEATURE(0) - 1          '初始化还原轴类型          
       AXIS_ENABLE(i) = 0
       ATYPE(i) = 0  
       DELAY(20)
   next
   Bus_InitStatus = -1
   Bus_TotalAxisnum = 0  
   SLOT_STOP(Bus_Slot)        
   DELAY(200)
   SLOT_SCAN(Bus_Slot)                  '扫描总线
   if return then 
       ?"总线扫描成功","连接从站设备数："NODE_COUNT(Bus_Slot)
       '判断总线检测数量是否为实际接线数量
       if NODE_COUNT(Bus_Slot) <      > Bus_NodeNum then    
           ?"扫描节点数量与程序配置数量不一致!" ,"配置数量:"Bus_NodeNum,"检测数量："NODE_COUNT(Bus_Slot)
           Bus_InitStatus = 0    '初始化失败。报警提示
       endif   
       '开始映射轴号
       for Node_Num = 0 to NODE_COUNT(Bus_Slot)-1          '遍历扫描到的所有从站节点
           Drive_Vender = NODE_INFO(Bus_Slot,Node_Num,0)      '读取驱动器厂商
           Drive_Device = NODE_INFO(Bus_Slot,Node_Num,1)      '读取设备编号
           Drive_Alias = NODE_INFO(Bus_Slot,Node_Num,3)        '读取设备拨码ID
           if NODE_AXIS_COUNT(Bus_Slot,Node_Num) <      > 0 then      '判断当前节点是否有电机
               for j = 0 to NODE_AXIS_COUNT(Bus_Slot,Node_Num) - 1  '根据节点带的电机数量循环配置轴参数(针对一拖多驱动器)
                   Temp_Axis = Bus_AxisStart + Bus_TotalAxisnum  '轴号按NODE顺序分配
                   BASE(Temp_Axis)
                   AXIS_ADDRESS = Bus_TotalAxisnum+1      '映射轴号
                   ATYPE = 65    '设置控制模式 65-位置 66-速度 67-转矩 
                   DRIVE_PROFILE = 18    '驱动器PDO可设置为模式18
                   DISABLE_GROUP(Temp_Axis)        '每轴单独分组
                   Bus_TotalAxisnum = Bus_TotalAxisnum+1  '总轴数+1
               next
           endif
       next    
       ?"轴号映射完成","连接总轴数："Bus_TotalAxisnum    
       WA 200
       SLOT_START(Bus_Slot)                  '启动总线
       if return then     
           WDOG = 1                    '使能总开关
           ?"开始清除驱动器错误"
           for i = Bus_AxisStart to Bus_AxisStart + Bus_TotalAxisnum - 1 
               BASE(i)
               DRIVE_CLEAR(0)
               DELAY 50
               ?"驱动器错误清除完成"
               DATUM(0)              '清除控制器轴状态错误"
               WA 100  
               '"轴使能"
               AXIS_ENABLE = 1
           next
           Bus_InitStatus  = 1
           ?"轴使能完成"
           ?"总线开启成功"      
       else
           ?"总线开启失败"
           Bus_InitStatus = 0
       endif  
   else
       ?"总线扫描失败"
       Bus_InitStatus = 0
   endif
ENDSUB

1、通过LOCAL链接的方式链接到运动控制卡。

private void Connect_Button_Click(object sender, EventArgs e)
{
   if (g_handle == (IntPtr)0)
   {
       DisConnect_Button_Click(sender, e);
   }
   //MotionRT7通过local连接的方式连接到控制器
   zmcaux.ZAux_FastOpen(5, "local", 1000, out g_handle);
   if (g_handle != (IntPtr)0)
   {
       this.Text = "已链接";
       timer1.Enabled = true;      //连接成功后开启定时器
       Connect_Button.BackColor = Color.Green;
       MessageBox.Show("链接成功");
   }
   else
   {
       MessageBox.Show("链接失败，请选择正确的LOCAL！");
   }
}

2、选择编辑好的BAS脚本文件下载到控制器ram（掉电不保存）。

注意：下载完成之后会自动执行bas程序进行总线初始化。

private void BasDownLoad_Button_Click(object sender, EventArgs e)
{
   if (g_handle == (IntPtr)0)
   {
       MessageBox.Show("未链接到控制器!", "提示");
   }
   else
   {
       int tmpret = 0;
       string strFilePath;
       //显示一个标准对话框,提示用户打开想要选择的bas文件
       OpenFileDialog openFileDialog1 = new OpenFileDialog();
       openFileDialog1.InitialDirectory = "";
       openFileDialog1.Filter = "配置文件(*.bas)|*.bas";
       openFileDialog1.RestoreDirectory = true;
       openFileDialog1.FilterIndex = 1;
       //打开配置文件
       if (openFileDialog1.ShowDialog() == DialogResult.OK)            
       {
           strFilePath = openFileDialog1.FileName;
           //下载到RAM,下载完成之后会自动运行一次bas程序,执行总线初始化
           tmpret = zmcaux.ZAux_BasDown(g_handle, strFilePath, 0);
           if (tmpret != 0)
           {
               MessageBox.Show("文件下载失败!", "提示");
           }
           else
           {
               DownLoadFlag = true;    //更新文件下载标志
               MessageBox.Show("文件下载成功!", "提示");
           }
       }
   }
}

3、初始化程序执行后，通过ZAux_Direct_GetUserVar函数接口，可以读取basic程序自定义的变量—在此案例，获取的是总线初始化映射轴数量、总线初始化起始轴号和总线初始化完成状态。

GLOBAL CONST Bus_AxisStart       '总线轴起始轴号
GLOBAL Bus_InitStatus            '总线初始化完成状态
GLOBAL  Bus_TotalAxisnum         '检查扫描的总轴数
使用定时器，对总线轴数量，总线起始轴号，初始化状态等总线初始化信息进行更新。
private void Update_EcatInitMessage()
{
   //读取basic程序自定义变量--总线初始化的总轴数
   zmcaux.ZAux_Direct_GetUserVar(g_handle, "Bus_TotalAxisnum", ref EcatAxisNum);
   //读取basic程序自定义变量--总线初始化的总线起始轴号
   zmcaux.ZAux_Direct_GetUserVar(g_handle, "Bus_AxisStart", ref EcatStartAxisNum);
   //读取basic程序自定义变量--总线初始化的初始化状态
   zmcaux.ZAux_Direct_GetUserVar(g_handle, "Bus_InitStatus", ref EcatInitStatus);
   //刷新界面总线初始化信息
   if (EcatInitStatus == 1 && DownLoadFlag == true)
   {
       BusAxisNum_Label.Text = "总线轴数量 : " + EcatAxisNum.ToString();
       BusStartAxis_Label.Text = "总线起始轴 : " + EcatStartAxisNum.ToString();
       InitState_Label.Text = "初始化状态 : 成功";
   }
   else if(EcatInitStatus == 0 && DownLoadFlag == true)
   {
       BusAxisNum_Label.Text = "总线轴数量 : " + EcatAxisNum.ToString();
       BusStartAxis_Label.Text = "总线起始轴 : " + EcatStartAxisNum.ToString();
       InitState_Label.Text = "初始化状态 : 失败";
   }
   else
   {
       InitState_Label.Text = "初始化状态 : 未完成";
   }
}

4、定时器中加入ZAux_Direct_GetUnits等函数接口对轴的脉冲当量、运行速度、加速度、减速度、轴类型、DPOS、MPOS、轴状态和轴的运动状态进行实时的监控并反馈。

private void Update_AxisPara()
{
   int CurAxisAtype = 0;           //当前轴类型
   int CurAxisIdle = 0;            //当前轴运动完成标志
   int CurAxisStatus = 0;          //当前轴状态
   float CurAxisDpos = 0;          //当前轴规划位置(DPOS)
   float CurAxisMpos = 0;          //当前轴反馈位置(MPOS)
   float CurAxisUnits = 0;         //当前轴脉冲当量
   float CurAxisSpeed = 0;         //当前轴运行速度
   float CurAxisAccel = 0;         //当前轴加速度
   float CurAxisDecel = 0;         //当前轴减速度
   if (DownLoadFlag == true)
   {
       //更新当前运动的轴
       MoveAxis = Convert.ToInt32(AxisNum_Value.Text);
       //读取当前轴的脉冲当量
       zmcaux.ZAux_Direct_GetUnits(g_handle, MoveAxis, ref CurAxisUnits);
       //读取当前轴的运行速度
       zmcaux.ZAux_Direct_GetSpeed(g_handle, MoveAxis, ref CurAxisSpeed);
       //读取当前轴的加速度
       zmcaux.ZAux_Direct_GetAccel(g_handle, MoveAxis, ref CurAxisAccel);
       //读取当前轴的减速度
       zmcaux.ZAux_Direct_GetDecel(g_handle, MoveAxis, ref CurAxisDecel);
       //读取当前轴的轴类型
       zmcaux.ZAux_Direct_GetAtype(g_handle, MoveAxis, ref CurAxisAtype);
       //读取当前轴的规划位置(DPOS)
       zmcaux.ZAux_Direct_GetDpos(g_handle, MoveAxis, ref CurAxisDpos);
       //读取当前轴的反馈位置(MPOS)
       zmcaux.ZAux_Direct_GetMpos(g_handle, MoveAxis, ref CurAxisMpos);
       //读取当前轴是否运动完成
       zmcaux.ZAux_Direct_GetIfIdle(g_handle, MoveAxis, ref CurAxisIdle);
       //读取当前轴的轴状态
       zmcaux.ZAux_Direct_GetAxisStatus(g_handle, MoveAxis, ref CurAxisStatus);
       //刷新界面的轴参数信息
       DPOS_Label.Text = "DPOS位置: " + CurAxisDpos;
       MPOS_Label.Text = "MPOS位置: " + CurAxisMpos;
       AxisState_Label.Text = "轴 状 态: " + CurAxisStatus;
       //运动结束信息刷新
       if (CurAxisIdle == 0)
       {
           Idle_Label.Text = "运动状态:  运动中";
       }
       else
       {
           Idle_Label.Text = "运动状态:  停止中";
       }
       //轴类型信息刷新
       if (CurAxisAtype == 65)
       {
           AxisAtype_Label.Text = "轴 类 型: 65(CSP)";
       }
       else if (CurAxisAtype == 66)
       {
           AxisAtype_Label.Text = "轴 类 型: 66(CSV)";
       }
       else if (CurAxisAtype == 67)
       {
           AxisAtype_Label.Text = "轴 类 型: 67(CST)";
       }
       else
       {
           AxisAtype_Label.Text = "轴 类 型: " + CurAxisAtype;
       }
   }  
}

5、当PDO包含607A时，ATYPE可设置为65，周期位置模式，此时使用运动指令控制电机运动。

通过文本控件的TextChanged（更改text属性引发的事件）事件，设置轴的脉冲当量、运行速度、加速度、减速度参数。

//脉冲当量变化
private void Units_Value_TextChanged(object sender, EventArgs e)
{
   //设置轴的脉冲当量
   zmcaux.ZAux_Direct_SetUnits(g_handle, MoveAxis, Convert.ToSingle(Units_Value.Text));
}
//运行速度变化
private void Speed_Value_TextChanged(object sender, EventArgs e)
{
   //设置轴的运行速度
   zmcaux.ZAux_Direct_SetSpeed(g_handle, MoveAxis, Convert.ToSingle(Speed_Value.Text));
}
//加速度变化
private void Accel_Value_TextChanged(object sender, EventArgs e)
{
   //设置轴的加速度
   zmcaux.ZAux_Direct_SetAccel(g_handle, MoveAxis, Convert.ToSingle(Accel_Value.Text));
}
//减速度变化
private void Decel_Value_TextChanged(object sender, EventArgs e)
{
   //设置轴的减速度
   zmcaux.ZAux_Direct_SetDecel(g_handle, MoveAxis, Convert.ToSingle(Decel_Value.Text));
}
轴的基本参数设置完成后，可以通过按钮控件的MouseDown（鼠标在组件上方并按下时发生）事件，调用单轴持续运动的函数ZAux_Direct_Single_Vmove指令，函数第三个参数设置为1（正向）使电机往正方向持续运动；
通过按钮控件的MouseUp（鼠标在组件上方并释放时发生）事件，调用单轴停止运动的函数指令ZAux_Direct_Single_Cancel，使电机运动停止。
同理，负方向运动只需要将ZAux_Direct_Single_Vmove函数指令的第三个参数设置为-1（负向）使电机往负方向持续运动。
//正向持续
private void PosiTive_Button_MouseDown(object sender, MouseEventArgs e)
{
   //单轴持续运动--正向
   zmcaux.ZAux_Direct_Single_Vmove(g_handle, MoveAxis, 1);
}
//正向停止
private void PosiTive_Button_MouseUp(object sender, MouseEventArgs e)
{
   //单轴停止运动
   zmcaux.ZAux_Direct_Single_Cancel(g_handle, MoveAxis, 2);
}
//负向持续
private void NegaTive_Button_MouseDown(object sender, MouseEventArgs e)
{
   //单轴持续运动--负向
   zmcaux.ZAux_Direct_Single_Vmove(g_handle, MoveAxis, -1);
}
//负向停止
private void NegaTive_Button_MouseUp(object sender, MouseEventArgs e)
{
   //单轴停止运动
   zmcaux.ZAux_Direct_Single_Cancel(g_handle, MoveAxis, 2);
}

6、当PDO包含60FF时，ATYPE可设置为66，周期速度模式，限制最大力矩。使用DAC指令控制电机以设置值的速度运行，速度单位有两个，脉冲数/S和R/MIN，有驱动器确定，使用时先给较小的数值，观察电机速度情况，再加大。

特别地，将DAC值置为0，电机停止转动；DAC值为负，电机负向转动。

private void SpeedValue_Config_Button_Click(object sender, EventArgs e)
{
   int ret1, ret2;            
   //设置周期速度模式的DAC值
   ret1 = zmcaux.ZAux_Direct_SetDAC(g_handle, (uint)MoveAxis, Convert.ToSingle(CSV_Value.Text));
   //周期速度模式限制转矩
   ret2 = zmcaux.ZAux_BusCmd_SetMaxDriveTorque(g_handle, (uint)MoveAxis, Convert.ToInt32(TorqueLimit_Value.Text));
   if (ret1 == 0 && ret2 == 0)
   {
       MessageBox.Show("设置成功!", "提示");
   }
   else
   {
       MessageBox.Show("设置失败!", "提示");
   }
}

7、当PDO包含6071时，ATYPE可设置为67，周期力矩模式，限制最大速度。此时使用DAC指令控制电机以设置值的力矩运行，DAC值范围0-1000，对应0-100%的6071设置值，比如DAC=10，此时电机力矩=1%的6071值。

特别地，将DAC值置为0，电机停止转动；DAC值为负，电机负向转动。

CST周期力矩模式时，力矩给定要从小到大给定，驱动器内部要做好速度限制，防止飞车出现安全事故。

private void CST_Set_Button_Click(object sender, EventArgs e)
{
   if (g_handle == (IntPtr)0)
   {
       MessageBox.Show("未链接到控制器!", "提示");
       return;
   }
   int ret1,ret2,ret3;
   //周期力矩模式设置总线轴最大转矩
   ret1 = zmcaux.ZAux_BusCmd_SetMaxDriveTorque(g_handle, (uint)MoveAxis, Convert.ToInt32(MaxTorque_Value.Text));
   //周期力矩模式设置总线轴目标转矩
   ret2 = zmcaux.ZAux_Direct_SetDAC(g_handle, (uint)MoveAxis, Convert.ToSingle(TargetTorque_Value.Text));
   //周期力矩模式的速度限制--汇川驱动器的最大限速数字字典是607Fh
   ret3 = zmcaux.ZAux_BusCmd_SDOWriteAxis(g_handle, (uint)MoveAxis, 0x607F, 0, 7, Convert.ToInt32(SpeedLimit_Value.Text));
   if (ret1 == 0 && ret2 == 0 && ret3 == 0)
   {
       MessageBox.Show("设置成功!", "提示");
   }
   else
   {
       MessageBox.Show("设置失败!", "提示");
   }
}

8、通过单选框控件的CheckedChanged（checked属性更改时发生的事件）事件，对切换的模式进行轴类型的设置，并将DAC置0，防止实际加工情况时事故的发生。

速度模式下限制最大力矩，力矩模式下限制最大速度一般都是通过SDO读写驱动器参数的。

//周期位置模式
private void CSP_RadioButton_CheckedChanged(object sender, EventArgs e)
{
   if (g_handle == (IntPtr)0)
   {
       MessageBox.Show("未链接到控制器!", "提示");
       return;
   }
   //将轴类型设置成65-周期位置模式
   zmcaux.ZAux_Direct_SetAtype(g_handle, MoveAxis, 65);
   //将DAC置0,防止切换成周期速度模式或周期力矩模式时出现事故
   zmcaux.ZAux_Direct_SetDAC(g_handle, (uint)MoveAxis, 0);
}
//周期速度模式
private void CSV_RadioButton_CheckedChanged(object sender, EventArgs e)
{
   if (g_handle == (IntPtr)0)
   {
       MessageBox.Show("未链接到控制器!", "提示");
       return;
   }
   //将轴类型设置成66-周期速度模式
   zmcaux.ZAux_Direct_SetAtype(g_handle, MoveAxis, 66);
   //将DAC置0,防止切换成周期力矩模式时出现事故
   zmcaux.ZAux_Direct_SetDAC(g_handle, (uint)MoveAxis, 0);
}
//周期力矩模式
private void CST_RadioButton_CheckedChanged(object sender, EventArgs e)
{
   if (g_handle == (IntPtr)0)
   {
       MessageBox.Show("未链接到控制器!", "提示");
       return;
   }
   //将轴类型设置成67-周期力矩模式
   zmcaux.ZAux_Direct_SetAtype(g_handle, MoveAxis, 67);
   //将DAC置0,防止切换成周期速度模式时出现事故
   zmcaux.ZAux_Direct_SetDAC(g_handle, (uint)MoveAxis, 0);
}

四、运行效果

（1）周期位置模式运行结果。

（2）周期速度模式运行结果。

（3）周期力矩模式运行结果。

本次，正运动技术EtherCAT超高速实时运动控制卡XPCIE1032H上位机C#开发（三）：EtherCAT总线CSP，CSV，CST模式切换，就分享到这里。

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审核编辑 黄宇