分享一下运动控制器轴回零的配置与实现

今天分享一下运动控制器轴回零的配置与实现。本文主要介绍控制器提供的回零模式，驱动器自身的回零模式我们将在下篇为大家讲解。    

01 轴回零

一、回零说明

在高精度自动化设备上都有自己的参考坐标系，工件的运动可以定义为在坐标系上的运动，坐标系的原点即为运动的起始位置，各种加工数据都是以原点为参考点计算的。

所以启动控制器执行运动指令之前，设备都要进行回零操作，回到设定的参考坐标系原点，若不进行回零操作，会导致后续运动轨迹错误。

正运动控制器提供了多种回零方式，通过DATUM单轴回零指令设置，不同模式值选择不同的回零方式，各轴按照设置回零的方式自动回零。

DATUM指令为单轴回零指令，每次作用在一个轴上，多轴回零时，需要对每个轴都使用DATUM指令回零。

回零时机台需要接入原点开关（指示原点的位置的到位传感器）和正负限位开关（均为传感器，传感器检测到信号后，表示有输入信号，传给控制器处理）。

单轴找原点时，原点开关通过DATUM_IN设置，正负限位开关分别通过FWD_IN和REV_IN设置。控制器正/负限位信号生效后，会立即停止轴，停止减速度为FASTDEC。

设备回零方式有控制器回零和伺服参数回零。

控制器回零是把零点位置传感器连接到运动控制器上，控制器通过搜索零点传感器位置回零点。本文主要介绍控制器提供的回零模式。

伺服参数回零是将零点传感器连接到伺服驱动器上，控制器通过发送命令给伺服驱动器，伺服驱动器进行回零的操作。驱动器自身的回零模式请参考下篇。

二、回零相关指令

运动控制器回零常用的相关指令如下表所示。

命令	含义	说明
DATUM	回原点指令	单轴找原点运动
DATUM_IN	映射原点开关信号	通用输入口设置为原点开关信号，-1无效
SPEED	运动速度	找原点开关的速度
CREEP	反向爬行速度	轴回零时的反向爬行速度
HOMEWAIT	回零反找延时	回原点运动，当反找时要等待一定时间
FWD_IN	映射正限位输入	正向限位开关，限制轴的行程范围
REV_IN	映射负限位输入	负向限位开关，限制轴的行程范围
INVERT_IN	输入信号电平反转	根据实际的光电开关常开常闭确定
AXISSTATUS	轴状态	查看轴当前的状态

1.回零指令DATUM

DATUM是运动控制器的回零指令，相关回零搜索模式很多，根据当前轴所处的位置或效率要求选择合适的模式，DATUM指令指令后轴开始运动，搜寻原点信号，遇到原点信号后自行停止，将当前的位置清零，回零成功，详情参见下节说明。

语法：DATUM(模式)

2.映射原点输入DATUM_IN

运动控制器原点开关的设置，对应输入口IN信号。

语法：DATUM_IN = 输入口编号，-1取消映射

对于ZMC系列的控制器，由于输入OFF时认为有信号输入(ECI系列控制器与之相反)，原点和正负限位开关等特殊信号映射完成需要INVERT_IN反转输入信号。

3.回零速度SPEED、CREEP

回零运动中为了更精确的找到零点，会使用爬行速度CREEP和轴运行速度SPEED来进行原点搜寻，SPEED设置相对大一些，用于快速搜寻原点开关的位置，CREEP一般为较小值，爬行到原点开关处停止，回零成功。

语法：SPEED = 数值

语法：CREEP = 数值

4.正负限位FWD_IN、REV_IN

硬限位开关是限制轴的最大“允许行进范围”的限位开关。硬限位开关是物理开关元件，硬限位开关由指令映射到相应输入开关信号上，根据开关信号是常开还是常闭确定是否要对信号进行翻转，设置完成后，碰到硬限位开关，对应轴立即停止运动，停止减速度为FASTDEC。

软限位开关将限制轴的“工作范围”，由指令直接设置限位位置，轴走到设置位置后立即采用减速度FASTDEC停止运动，它们应位于机床限制行进范围的相关硬限位开关的内侧。由于软限位开关的位置较为灵活，因此可根据当前的运行轨迹和具体要求调整轴的工作范围。

工作台碰到限位开关或者规划位置超越软限位时，运动控制器紧急停止工作台的运动。限位触发以后，轴无法继续运动，此时需要调整轴的位置，使其远离限位位置才能重新开始运动。

轴在碰到限位的时候才会产生停止信号，此时由于减速需要一定的时间，实际轴的位置会越过限位一定距离，假设停止时SPEED速度是v0，快减速FASTDEC为a，计算公式：

（vt）2-（v0）2=2as

带入下方数据：0-1002=2*(-1000)*s，得出减速的距离s=5，由此可得，增大FASTDEC和减小SPEED都能达到减小减速距离的目的，以防止过冲。

语法：

FWD_IN = 输入口编号，-1取消映射

REV_IN = 输入口编号，-1取消映射

5.回零反找延时HOMEWAIT

对脉冲方式的伺服驱动器，部分回零模式碰到原点信号之后停止，由于找原点SPEED速度较快产生过冲，停止之后需延时之后在CREEP速度反向找原点，控制器默认值为延时2ms。

需要运行更平稳的场合可适当增加反找延时。

语法：HOMEWAIT=数值（毫秒单位）

6.轴状态AXISSTATUS

查看轴当前的状态，可以查询控制器是否处于回零状态，遇到限位开关或软件限位将会产生报警提示。 AXISSTATUS的值对应的说明如下，同时发生多种错误，用组合值表示。

位	说明	打印值
1	随动误差超限告警	2	2h
2	与远程轴通讯出错	4	4h
3	远程驱动器报错	8	8h
4	正向硬限位	16	10h
5	反向硬限位	32	20h
6	找原点中	64	40h
7	HOLD速度保持信号输入	128	80h
8	随动误差超限出错	256	100h
9	超过正向软限位	512	200h
10	超过负向软限位	1024	400h
11	CANCEL执行中	2048	800h
12	脉冲频率超过MAX_SPEED限制.需要修改降速或修改MAX_SPEED	4096	1000h
14	机械手指令坐标错误	16384	4000h
18	电源异常	262144	40000h
19	精准输出缓冲溢出	524288	80000h
21	运动中触发特殊运动指令失败	2097152	200000h
22	告警信号输入	4194304	400000h
23	轴进入了暂停状态	8388608	800000h

打印信息如下：表示在轴0回零过程中碰到正向限位开关后停止轴运动，并打印轴状态报警提示，解除报警可以将轴反向运动，离开限位开关即可。

Axis:0 AXISSTATUS:50h,FWD 如下图，可通过轴状态窗口实时的监控AXISSTATUS。

三、回零模式详解

语法：DATUM(模式)

模式	描述
0	清除所有轴的错误状态
1	轴以CREEP速度正向运行直到Z信号出现，碰到限位开关会直接停止，DPOS值重置为0同时纠正MPOS。
2	轴以CREEP速度反向运行直到Z信号出现，碰到限位开关会直接停止，DPOS值重置为0同时纠正MPOS。
3	轴以SPEED速度正向运行，直到碰到原点开关，然后轴以CREEP速度反向运动直到离开原点开关。找原点阶段碰到正限位开关会直接停止，爬行阶段碰到负限位开关会直接停止,DPOS值重置为0同时纠正MPOS。
4	轴以SPEED速度反向运行，直到碰到原点开关，然后轴以CREEP速度正向运动直到离开原点开关。找原点阶段碰到负限位开关会直接停止，爬行阶段碰到正限位开关会直接停止。DPOS值重置为0同时纠正MPOS。
5	轴以SPEED速度正向运行，直到碰到原点开关，然后轴以CREEP速度反向运动直到离开原点开关，然后再继续以爬行速度反转直到碰到Z信号。碰到限位开关会直接停止， DPOS值重置为0同时纠正MPOS。
6	轴以SPEED速度反向运行，直到碰到原点开关，然后轴以CREEP速度正向运动直到离开原点开关，然后再继续以爬行速度正转直到碰到Z信号。碰到限位开关会直接停止。 DPOS值重置为0同时纠正MPOS
8	轴以SPEED速度正向运行，直到碰到原点开关，碰到限位开关会直接停止。
9	轴以SPEED速度反向运行，直到碰到原点开关，碰到限位开关会直接停止。
21	使用EtherCAT驱动器回零功能，此时mode2有效。 设置驱动器回零方式（6098h），缺省0表示使用驱动器当前的回零方式。会使用轴的SPEED， CREEP， ACCEL， DECEL，乘以UNITS后自动设置驱动器的 6099h，609Ah 动作时序：6098回零方式→6099速度→609A加速度→6060切换当前模式。

表的模式+10（10+n）表示碰到限位后反找，不会碰到限位停止，例如DATUM(13) = DATUM(3+10)，使用DATUM(13)的回零方式，碰到正限位后不停止，而是反向运行，多用于原点在正中间的情况。

表的模式+100（模式100+n和110+n分别对应n和10+n），表示回零成功之后，自动清零MPOS，例如DATUM(103)、DATUM(113)，适用于ATYPE=4，接入编码器后可以自动清零MPOS(仅限4系列)，其他的模式自动清零DPOS，MPOS需要手动清零。    

02 控制器回零模式

下面以上表最基础的几种模式展开详细讲解。 纵轴V为运动速度，横轴S为相对运动起始点的距离。    

1.回零模式1

DATUM(1)轴以CREEP速度正向运行，直到Z信号出现后开始减速，停止后所处位置为零点，此时将DPOS值重置为0，回零途中若碰到限位开关会直接停止。

回零模式2与模式1找原点运动方向相反。

2.回零模式3

DATUM(3)轴以SPEED速度快速正向运行，直到碰到原点开关后开始减速，减速到0之后再反向以CREEP速度找原点，再次碰到原点之后减速停止，轴停止之后将DPOS值重置为0，当前所处位置为零点，回零途中若碰到限位开关会直接停止。 回零模式4与模式3找原点运动方向相反。

3.回零模式5

DATUM(5)轴以SPEED速度快速正向运行，直到碰到原点开关后开始减速，减速到0之后再反向以CREEP速度运动，直到Z信号出现之后减速停止，遇到Z信号立即减速停止，停止的位置为零点，将DPOS值重置为0，回零途中若碰到限位开关会直接停止。

回零模式6与模式5找原点运动方向相反。

4.回零模式8

DATUM(8)轴以SPEED速度快速正向运行，直到碰到原点开关后开始减速，减速到0之后便将DPOS值重置为0，停止后所处位置为零点，回零途中若碰到限位开关会直接停止。

回零模式9与模式8找原点运动方向相反。

5.回零模式13

DATUM(13)轴以SPEED速度快速正向运行,若先碰到限位开关，不会报警停止，以SPEED速度反向找原点，遇到原点信号后减速为CREEP直到离开原点开关立即停止，回零成功，位置清零；若先碰到原点信号，则与模式3相同。

回零模式14与模式13找原点运动方向相反。

03 控制器回零方式

1.模式3单轴回零示例：

 

BASE(0)
DPOS=0
ATYPE=1
SPEED = 100 '找原点速度
CREEP = 10 '找到原点后反向爬行速度
ACCEL=1000 
DECEL=1000 
SRAMP=100 '加减速平滑
DATUM_IN=0 '输入IN0作为原点开关
INVERT_IN(0,ON) '反转IN0电平信号，常开信号进行反转
TRIGGER '自动触发示波器
DATUM(3) '模式3回零方式

运行效果如下图：

 

正在找原点时轴状态AXISSTATUS显示40h，回零成功变为0h。

如下图，轴0以SPEED = 100的速度正向运行，直到碰到原点开关信号IN(0)，然后以CREEP = 10的速度反向运动，直到再次离开原点开关的位置时停下，此时回零完成，轴的DPOS自动置0，若中途碰到限位开关，轴立即停止。

2.DATUM(13)模式，对比DATUM(3)，碰到限位开关轴不停止，而是反向找原点，如下示例：

 

BASE(0)
DPOS=0
ATYPE=1
SPEED = 100 '找原点速度
CREEP = 10 '找到原点后反向爬行速度
ACCEL=1000 
DECEL=1000 
SRAMP=100 '加减速平滑
DATUM_IN=0 '输入IN0作为原点开关
FWD_IN=1 '输入IN1作为正限位开关
INVERT_IN(0,ON) '反转IN0电平信号，常开信号进行反转
INVERT_IN(1,ON) '反转IN1电平信号，常开信号进行反转
TRIGGER '自动触发示波器
DATUM(13) '模式3回零方式

 

运行效果如下图：

正在找原点时轴状态AXISSTATUS显示40h，回零成功变为0h，原点开关和限位开关的映射也可在轴参数窗口查看。

如下图，轴0以SPEED = 100的速度正向运行，碰到正向限位开关IN(1)，开始反向找原点开关信号，直到碰到原点开关信号IN(0)，然后以CREEP = 10的速度反向运动，直到再次离开原点开关的位置时停下，此时回零完成，轴的DPOS自动置0。

审核编辑：刘清