EtherCAT驱动器回零与控制器回零：EtherCAT超高速实时运动控制卡XPCIE1032H上位机C#开发（九）

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：

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、C#语言进行运动控制项目开发

1.到正运动技术官网的下载中心选择需要的平台库文件。

2.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。

3.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，然后鼠标右键点击zmcaux.cs文件，点击包括在项目中。

4.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、PC函数绍

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

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，效果如下。

三、相关程序以及设计思路

本次设计操作步骤相应的流程图如下：

本例程以运动控制卡XPLCIE1032H搭载MotionRT7实时内核，通过EthereCAT总线口接节点0（汇川驱动器-0轴），节点1（正运动扩展模块EIO16084）1-4轴映射为总线轴为例：

注意：在总线初始化basic程序，驱动器PDO不能设置为-1，因为该PDO列表不含数据字典6060，不支持驱动器回零。

关于pdo列表的配置详细说明，可以查阅basic编程手册，搜索DRIVE_PROFILE指令。

1、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。

本节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。下图是事先编辑好的basic程序的自定义变量。

使用定时器将总线轴数量，总线起始轴号，初始化状态等总线初始化信息进行获取更新。

//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)

2、使用RTsys软件，点击软件菜单栏的帮助→Zbasic帮助→搜索，搜索DATUM指令,选择回零模式并设置回零模式对应的参数。

假设回零模式选择的是13，需要设置原点开关、限位开关、回零速度（SPEED）和爬行速度（CREEP）。

该模式进行回零时轴以SPEED速度正向运行，碰到限位开关会反向查找原点。找到原点后以CREEP速度反向爬行，直到离开原点。

private void Controllers_DatumPara_Button_Click(object sender, EventArgs e)
{
   if (g_handle == (IntPtr)0)
   {
       MessageBox.Show("未连接到控制器!", "提示");
   }
   else
   {
       //轴基本参数设置,控制器回零的速度是SPEED
       AxisParaSet();
       int[] ret = new int[7];
       //设置回零爬行速度
       ret[0] = zmcaux.ZAux_Direct_SetCreep(g_handle, MoveAxis, Convert.ToSingle(Datum_Creep_Value.Text));
       //配置原点信号。ZMC系列默认OFF时信号有效,常开传感器需要反转输入口为ON
       ret[1] = zmcaux.ZAux_Direct_SetDatumIn(g_handle, MoveAxis, Convert.ToInt32(DatumIO_Value.Text));
       ret[2] = zmcaux.ZAux_Direct_SetInvertIn(g_handle, Convert.ToInt32(DatumIO_Value.Text), 1);
       //正硬限位IO设置
       ret[3] = zmcaux.ZAux_Direct_SetFwdIn(g_handle, MoveAxis, Convert.ToInt32(FWD_IO_Value.Text));
       ret[4] = zmcaux.ZAux_Direct_SetInvertIn(g_handle, Convert.ToInt32(FWD_IO_Value.Text), 1);
       //负硬限位IO设置
       ret[5] = zmcaux.ZAux_Direct_SetRevIn(g_handle, MoveAxis, Convert.ToInt32(REV_IO_Value.Text));
       ret[6] = zmcaux.ZAux_Direct_SetInvertIn(g_handle, Convert.ToInt32(REV_IO_Value.Text), 1);
       //设置控制器回零模式
       Controllers_DatumMode = Convert.ToInt32(Controllers_DatumMode_Value.Text);
       //定义临时的变量记录各个函数的返回值
       int FinalRet = -1;
       for(int i = 0; i < 7; ++i)
       {
           FinalRet *= ret[i];
       }
       if (FinalRet == 0)  //说明所有函数的返回值都是0,回零等参数均设置成功
       {
           MessageBox.Show("控制器回零参数设置成功!", "提示");
       }
       else
       {
           MessageBox.Show("控制器回零参数设置失败!", "提示");
       }
   }
}

3、使用ZAux_Direct_Single_Datum函数，函数语法如下：

语法：ZAux_Direct_Single_Datum（连接句柄，轴号，控制器回零模式）

选择回零的轴号，模式以及设置完参数，确认参数按钮然后点击回零按钮，此时轴以控制器回零参数进行回零。

private void Controllers_Datum_Button_Click(object sender, EventArgs e)
{
   if (g_handle == (IntPtr)0)
   {
       MessageBox.Show("未连接到控制器!", "提示");
       return;
   }
   int ret = -1;
   //触发示波器
   zmcaux.ZAux_Trigger(g_handle);
   //控制器回零
   ret = zmcaux.ZAux_Direct_Single_Datum(g_handle, MoveAxis, Controllers_DatumMode);
   if(ret != 0)
   {
       MessageBox.Show("控制器回零启动失败!", "提示");
   }
   else
   {
       MessageBox.Show("控制器回零启动成功!", "提示");
   }
}

4、查阅驱动器手册→回零模式介绍，选择驱动器支持的回零模式（数据字典6098），然后设置该回零模式的回零高速，回零低速等参数。

在本次例程选择的是模式19，开始回零时原点开关(HW)为0，以设置的回零高速Speed(50units/s)正向开始回零，遇到原点开关(HW)为1后以回零低速Creep(20units/s)反向爬行，直到原点开关(HW)为0时停机，回零完成。

private void Drivers_DatumPara_Button_Click(object sender, EventArgs e)
{
   if (g_handle == (IntPtr)0)
   {
       MessageBox.Show("未连接到控制器!", "提示");
       return;
   }
   int ret1, ret2, ret3;
   //设置驱动器回零高速
   ret1 = zmcaux.ZAux_Direct_SetSpeed(g_handle, MoveAxis, Convert.ToSingle(Datum_HighSpeed_Value.Text));
   //设置驱动器回零低速
   ret2 = zmcaux.ZAux_Direct_SetCreep(g_handle, MoveAxis, Convert.ToSingle(Datum_LowSpeed_Value.Text));
   //设置驱动器回零偏移
   ret3 = zmcaux.ZAux_BusCmd_SetDatumOffpos(g_handle, (uint)MoveAxis, Convert.ToSingle(Datum_OffSet_Value.Text));
   //设置驱动器回零模式
   Drivers_DatumMode = Convert.ToInt32(Drivers_DatumMode_Value.Text);
   if (ret1 == 0 && ret2 == 0 && ret3 == 0)
   {
       MessageBox.Show("驱动器回零参数设置成功!", "提示");
   }
   else
   {
       MessageBox.Show("驱动器回零参数设置失败!", "提示");
   }
}

5、使用ZAux_BusCmd_Datum函数，函数语法如下:

语法：ZAux_BusCmd_Datum（连接句柄，轴号，驱动器回零模式）

选择回零的轴号，模式以及设置完参数，确认参数按钮然后点击回零按钮，此时轴以驱动器回零参数进行回零。

private void Drivers_Datum_Button_Click(object sender, EventArgs e)
{
   if (g_handle == (IntPtr)0)
   {
       MessageBox.Show("未连接到控制器!", "提示");
       return;
   }
   int ret = -1;
   //触发示波器
   zmcaux.ZAux_Trigger(g_handle);
   //驱动器回零
   ret = zmcaux.ZAux_BusCmd_Datum(g_handle, (uint)MoveAxis, (uint)Drivers_DatumMode);
   if (ret != 0)
   {
       MessageBox.Show("驱动器回零启动失败!", "提示");
   }
   else
   {
       MessageBox.Show("驱动器回零启动成功!", "提示");
   }
}

四、运行效果

打开RTsys编程软件，通过Local连接到控制器，同步上位机的轴等等参数。然后在工具栏→示波器界面，打开示波器观察波形。

选择好数据源和编号，点击启动；在上位机界面点击回零按钮，回到RTsys软件点击手动触发，观察对应回零模式的波形。

⊙控制器回零：以模式13（轴以SPEED速度正向运行，碰到限位开关会反向查找原点。找到原点后以Creep速度反向爬行，直到离开原点）为例，抓取的图形如下。

⊙总线驱动器回零：查阅驱动器手册，选择驱动器支持的回零模式。

这里以模式19为例，回零启动时，原点信号为0，以回零高速(50units/s)正向回零运行；当原点信号为1时以回零低速Creep(20units/s)反向爬行；再次遇到下降沿将停机,回零完成。

审核编辑 黄宇