1、材料準(zhǔn)備與控制器接線參考
材料準(zhǔn)備：
1)電腦1臺，安裝ZDevelop3.01以上版本軟件。
2)控制器1個。
3)24V直流電源2個(主電源，IO電源)。
4)總線驅(qū)動器+電機(jī)(或步進(jìn)驅(qū)動器+電機(jī))若干。
5)控制器接線端子若干。
6)網(wǎng)線若干。
7)連接線若干。
8)不同類型擴(kuò)展模塊多個(擴(kuò)展模塊接線參考參見下文)。
2、擴(kuò)展模塊的作用
當(dāng)控制器自身的軸資源、IO資源不夠用時，可采用擴(kuò)展模塊來擴(kuò)展，可以擴(kuò)展脈沖軸、數(shù)字量輸入輸出、模擬量輸入輸出這三種類型。只有帶脈沖軸接口的擴(kuò)展模塊才支持?jǐn)U展脈沖軸數(shù)，總線軸不可擴(kuò)展。
擴(kuò)展模塊按連接方式可分為ZCAN總線擴(kuò)展模塊和EtherCAT擴(kuò)展模塊兩類。
按產(chǎn)品系列劃分，可分為ZCAN擴(kuò)展模塊，EtherCAT擴(kuò)展模塊、ZMIO300擴(kuò)展模塊三大類。
IO數(shù)字量擴(kuò)展：ZMC控制器4系列及以上的型號IO點(diǎn)數(shù)可擴(kuò)展至4096點(diǎn)。
AIO模擬量擴(kuò)展：ZMC控制器4系列及以上的型號AIO點(diǎn)數(shù)可擴(kuò)展至520點(diǎn)。
軸擴(kuò)展：只能擴(kuò)展脈沖軸，鑒于成本和使用方面，不建議使用過多軸擴(kuò)展板，可選用支持脈沖軸數(shù)較多的控制器型號。
控制器可擴(kuò)展的IO點(diǎn)數(shù)可在硬件手冊或“命令與輸出”窗口輸入?*max打印查看。
3、EtherCAT總線擴(kuò)展模塊
EtherCAT總線擴(kuò)展模塊包含兩個系列：可分為EIO擴(kuò)展模塊、ZMIO300-ECAT擴(kuò)展模塊。
EIO1616MT支持?jǐn)U展數(shù)字量IO，包含16路輸入和16路輸出。
EIO24088可擴(kuò)展數(shù)字量IO和脈沖軸，支持?jǐn)U展8個脈沖軸，包含24路輸入和8路輸出。
ZMIO300-ECAT擴(kuò)展模塊為立式組合模塊，可擴(kuò)展數(shù)字量IO和模擬量。
EtherCAT通訊建議采用帶屏蔽層的雙絞線進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸。
1)EIO擴(kuò)展模塊
A、EIO擴(kuò)展模塊使用EtherCAT總線擴(kuò)展，可選型號如下表：
EIO1616雙電源供電(除了主電源，IO也需要單獨(dú)供電)，EIO24088為單電源供電。
擴(kuò)展模塊數(shù)字量IO接口默認(rèn)支持NPN型。
EtherCAT擴(kuò)展模塊接線只需將各個模塊的EtherCAT口相互連接即可，EIO擴(kuò)展板帶兩個EtherCAT接口，EtherCAT IN口接主控制器，EtherCAT OUT口接下級擴(kuò)展板或驅(qū)動設(shè)備，不可混用。
B、EIO擴(kuò)展模塊使用接線
EIO擴(kuò)展接線參考如下：
2)ZMIO300-ECAT擴(kuò)展模塊
A、ZMIO300-ECAT擴(kuò)展模塊可搭配子模塊如下表：
模擬量精度為16位，有NPN和PNP兩種輸入方式可選，數(shù)字量輸入輸出口帶信號狀態(tài)指示燈。
ZMIO300-16DO/ZMIO300-16DOP數(shù)字量輸出需要一路電源單獨(dú)供電。
B、ZMIO300-ECAT擴(kuò)展模塊使用接線
ZMIO300-ECAT擴(kuò)展模塊接線參考如下，與EIO擴(kuò)展模塊接線方法相同。
EtherCAT IN口與EtherCAT OUT口不可混用。
4、EtherCAT總線使用
EtherCAT總線上連接的電機(jī)則需要編寫一段程序來進(jìn)行使能。使能之后的應(yīng)用與脈沖電機(jī)一致，運(yùn)動指令都是相同的。初始化程序參見文章末尾。
初始化過程主要包含以下幾個步驟：
1、總線掃描SLOT_SCAN (slot)
2、軸映射AXIS_ADDRESS，擴(kuò)展模塊IO映射NODE_IO
3、總線開啟SLOT_START (slot)
4、清除驅(qū)動器錯誤DRIVE_CLEAR(0)
5、軸使能AXIS_ENABLE(單軸使能)，WDOG(總使能)
初始化成功后，便可以使用運(yùn)動控制指令控制總線軸運(yùn)轉(zhuǎn)。
擴(kuò)展的資源必須映射到控制器本地資源才可使用。
不同的EtherCAT擴(kuò)展模塊，IO映射、軸映射方法相同。
IO映射采用NODE_IO指令(數(shù)字量)、NODE_AIO指令(模擬量)設(shè)置，軸映射采用AXIS_ADDRESS指令映射軸號。
IO映射時先查看控制器自身的最大IO編號(包括外部IO接口和脈沖軸內(nèi)的接口)，再使用指令設(shè)置。
若擴(kuò)展的 IO與控制器自身IO編號重合，二者將同時起作用，所以IO映射的映射的編號在整個控制系統(tǒng)中均不得重復(fù)。
5、EtherCAT總線相關(guān)概念
總線相關(guān)指令參數(shù)會用到如下編號：
槽位號(slot)
槽位號是指控制器上總線接口的編號，缺省為0。當(dāng)控制器上有多個總線接口，?*SLOT查看槽位號。
運(yùn)動控制器支持單總線時，槽位號為0。
支持雙總線時，EtherCAT總線槽位號為0，RTEX總線槽位號為1。
設(shè)備號(node)
設(shè)備號是指一個槽位上連接的所有設(shè)備的編號，從0開始，按設(shè)備在總線上的連接順序自動編號，可以通過NODE_COUNT(slot)指令查看。
驅(qū)動器編號
控制器會自動識別出槽位上的驅(qū)動器，編號從0開始，按驅(qū)動器在總線上的連接順序自動編號。
驅(qū)動器編號與設(shè)備號不同，只給槽位上的驅(qū)動器設(shè)備編號，其他設(shè)備忽略。
6、IO映射
1)數(shù)字量IO
NODE_IO指令設(shè)置設(shè)備的數(shù)字量IO起始編號，單個設(shè)備的輸入輸出的起始編號一樣。必須總線掃描后才能設(shè)置。
語法：
NODE_IO(slot, node)=iobase
slot：槽位號，0-缺省
node：設(shè)備編號，編號從0開始
iobase：映射IO起始編號，設(shè)置結(jié)果只會是8的倍數(shù)
示例：
SLOT_SCAN(0) '掃描總線
IF NODE_COUNT(0)>0 THEN '判斷槽位0上是否有設(shè)備
NODE_IO(0,0)=32 '設(shè)置槽位0接口設(shè)備0的IO起始編號為32
?NODE_IO(0,0) '打印出設(shè)備0的IO起始編號
ENDIF
2)模擬量IO
NODE_AIO指令設(shè)置設(shè)備的模擬量IO起始編號，單個設(shè)備的輸入輸出的起始編號一樣。必須總線掃描后才能讀取。
NODE_AIO(slot, node[,idir])=Aiobase
slot：槽位號，0-缺省
node：設(shè)備編號，編號從0開始
idir：AD/DA選擇 。0-缺省，同時設(shè)置AIN、AOUT，讀取時只讀AIN;3-AIN;4-AOUT
示例：
SLOT_SCAN(0) '掃描總線
IF NODE_COUNT(0)>0 THEN '判斷槽位0上是否有設(shè)備
NODE_AIO(0,0,0)=8 '設(shè)置槽位0接口設(shè)備0的AIN和AOUT起始編號都為8
?NODE_AIO(0,0,0) '打印出設(shè)備0的AIO起始編號
ENDIF
7、EtherCAT總線軸映射
總線軸需要進(jìn)行軸映射操作，采用AXIS_ADDRESS指令映射，操作方法如下：
AXIS_ADDRESS(軸號)=(槽位號<<16)+驅(qū)動器編號+1
軸映射寫在總線初始化程序中，總線掃描之后，開啟總線之前。
示例：
AXIS_ADDRESS (0)=(0<<16)+0+1 '第一個ECAT驅(qū)動器，驅(qū)動器編號0，綁定為軸0
AXIS_ADDRESS (2)=(0<<16)+1+1 '第二個ECAT驅(qū)動器，驅(qū)動器編號1，綁定為軸2
AXIS_ADDRESS (1)=(0<<16)+2+1 '第三個ECAT驅(qū)動器，驅(qū)動器編號2，綁定為軸1
ATYPE(0)=65 '設(shè)置為ECAT軸類型， 65-位置 66-速度 67-轉(zhuǎn)矩
ATYPE(1)=65
ATYPE(2)=65
8、EtherCAT總線狀態(tài)
使用編程軟件成功連接到控制器之后，執(zhí)行總線掃描之后，在線命令欄輸入?*EtherCAT打印出每個NODE節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)。
Slot 0 contain 1 nodes：0槽位口共連接了1個設(shè)備
Lostcount 0-0：丟包數(shù)
Node：設(shè)備連接NODE編號
Status：設(shè)備連接狀態(tài)，參考NODE_STATUS
Mainid：廠商ID
Productid：設(shè)備ID
Axises：設(shè)備總軸數(shù)
Alstate：設(shè)備OP狀態(tài)
Node_profile：設(shè)備Profile設(shè)置
Bindaxis：映射到控制器的軸號，-1表示未映射
Drive_profile：設(shè)備收發(fā)PDO配置
Controlword：控制字
Drive_status：設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)，參考DRIVE_STATUS
Drive_mode：設(shè)備控制模式
Target：電機(jī)位置
Encode：編碼器位置
9、EtherCAT擴(kuò)展模塊參考配置
控制模塊接線完成，使用ZDevelop軟件連接上控制器，運(yùn)行總線初始化程序，打開“控制器”-“控制器狀態(tài)”窗口，查看槽位0節(jié)點(diǎn)信息，可以看到EtherCAT總線連接的全部設(shè)備的信息。
1)EIO擴(kuò)展模塊
控制模塊配置：
1個ZMC432+1個EIO1616MT。
EIO1616MT的節(jié)點(diǎn)號為0，擴(kuò)展的數(shù)字量輸入IO編號為1024-1039共16個，擴(kuò)展的數(shù)字量輸出IO編號為1024-1039共16個。
NODE_IO(0,0)=1024
2)ZMIO300-ECAT擴(kuò)展模塊
控制模塊配置：
1個ZMC432+1個ZMIO300-ECAT通訊模塊+4個ZMIO300-16DI輸入+2個ZMIO300-16DO輸出+1個ZMIO300-4AD+1個ZMIO300-4DA。
NODE_IO(0,0)=32 'IO映射，起始編號從32開始，擴(kuò)展了64個輸入和32個輸出
NODE_AIO(0,0,0)=4 'AIO映射，起始編號從4開始，擴(kuò)展4個輸入和4個輸出
10、EtherCAT總線參考配置1
控制模塊配置：
1個ZMC432+2個總線驅(qū)動器。
使用ZDevelop軟件連接上控制器，執(zhí)行完總線初始化程序后，打開“控制器”-“控制器狀態(tài)”窗口，可查看槽位0節(jié)點(diǎn)信息，或在線命令欄輸入?*EtherCAT打印出每個NODE節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)。
此時總線上可以掃描到兩個節(jié)點(diǎn)，這兩個節(jié)點(diǎn)均為總線驅(qū)動器，每個驅(qū)動器各帶一個電機(jī)，將節(jié)點(diǎn)0的軸映射到軸6，將節(jié)點(diǎn)1的軸映射到軸7。
AXIS_ADDRESS(6)= (0<<16)+0+1 '映射軸號
AXIS_ADDRESS(7)=(0<<16)+1+1
ATYPE(6)=65'設(shè)置控制模式，65-位置 66-速度 67-轉(zhuǎn)矩
ATYPE(7)=65
在線命令欄輸入?*EtherCAT打印信息如下：
11、EtherCAT總線參考配置2
控制模塊配置：
1個ZMC432+1個EIO1616MT+2個總線驅(qū)動器。
使用ZDevelop軟件連接上控制器，執(zhí)行完總線初始化程序后，打開“控制器”-“控制器狀態(tài)”窗口，可查看槽位0節(jié)點(diǎn)信息，或在線命令欄輸入?*EtherCAT打印出每個NODE節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)。
此時總線上可以掃描到3個節(jié)點(diǎn)，0節(jié)點(diǎn)為EIO1616MT數(shù)字量IO擴(kuò)展模塊，帶16進(jìn)16出，IO映射編號范圍為32-47，NODE_IO(0,0)=32
節(jié)點(diǎn)1和2均為總線驅(qū)動器，每個驅(qū)動器各帶一個電機(jī)，將這兩個軸的軸號分別映射為軸6、軸7。
在線命令欄輸入?*EtherCAT打印信息如下：
12、EtherCAT總線初始化程序
此初始化程序為通用版本，以上幾種配置均適用，使用時只需更改個別全局定義的參數(shù)即可。
運(yùn)動控制模塊根據(jù)實(shí)際使用情況編寫。
'**********ECAT總線初始化主程序***********
global ConST PUL_AxisStart = 0 '本地脈沖軸起始軸號
global ConST PUL_AxisNum = 0 '本地脈沖軸軸數(shù)量
global ConST Bus_AxisStart = 6 '總線軸起始軸號
global ConST Bus_NodeNum = 1 '總線配置節(jié)點(diǎn)數(shù)量,用于判斷實(shí)際檢測到的從站數(shù)量是否一致
global MAX_AXISNUM '最大軸數(shù)
MAX_AXISNUM = SYS_ZFEATURE(0) '自動獲取控制器支持的軸數(shù)
global Bus_InitStatus '總線初始化完成狀態(tài)
Bus_InitStatus = -1
global Bus_TotalAxisnum '檢查掃描的總軸數(shù)
delay(3000) '延時3S等待驅(qū)動器上電，不同驅(qū)動器自身上電時間不同，具體根據(jù)驅(qū)動器調(diào)整延時
?"總線通訊周期：",SERVO_PERIOD,"us"
Ecat_Init( ) '初始化ECAT總線
while (Bus_InitStatus = 0)
Ecat_Init()
wend
if Bus_InitStatus = 1 then ' 總線初始化是否完成
main() '運(yùn)動控制模塊
endif
END
'************ECAT總線初始化**********
'初始流程: slot_scan(掃描總線) -> 從站節(jié)點(diǎn)映射軸/io -> SLOT_START(啟動總線) -> 初始化成功
'***********************************
global sub Ecat_Init()
LOCAL Node_Num '節(jié)點(diǎn)設(shè)備編號
LOCAL Temp_Axis '當(dāng)前總線軸的軸號
LOCAL Drive_Vender '當(dāng)前設(shè)備廠商編號
LOCAL Drive_Device '設(shè)備編號
LOCAL Drive_Alias '設(shè)備撥碼ID
RAPIDSTOP(2)
for i=0 to MAX_AXISNUM - 1 '初始化還原軸類型
AXIS_ENABLE(i) = 0 '關(guān)軸使能
atype(i)=0 '設(shè)置為虛擬軸
AXIS_ADDRESS(i) =0
DELAY(10) '防止所有驅(qū)動器全部同時切換使能導(dǎo)致瞬間電流過大
next
Bus_InitStatus = -1
Bus_TotalAxisnum = 0 '將掃描的總線總軸數(shù)置0
SLOT_STOP(0)
delay(200)
slot_scan(0) '掃描總線
if return then
?"總線掃描成功","連接從站設(shè)備數(shù)："NODE_COUNT(0)
if NODE_COUNT(0) <> Bus_NodeNum then '判斷總線檢測數(shù)量是否為實(shí)際接線數(shù)量
?""
?"掃描節(jié)點(diǎn)數(shù)量與程序配置數(shù)量不一致!" ,"配置數(shù)量:"Bus_NodeNum,"檢測數(shù)量："NODE_COUNT(0)
Bus_InitStatus = 0 '初始化失敗。報警提示
'return
endif
'"開始映射軸號"
for Node_Num=0 to NODE_COUNT(0)-1 '遍歷掃描到的所有從站節(jié)點(diǎn)
Drive_Vender = NODE_INFO(0,Node_Num,0) '讀取設(shè)備廠商
Drive_Device = NODE_INFO(0,Node_Num,1) '讀取設(shè)備編號
Drive_Alias = NODE_INFO(0,Node_Num,3) '讀取設(shè)備撥碼ID
if NODE_AXIS_COUNT(0,Node_Num) <> 0 then '判斷當(dāng)前節(jié)點(diǎn)是否有電機(jī)
for j=0 to NODE_AXIS_COUNT(0,Node_Num)-1 '根據(jù)節(jié)點(diǎn)帶的電機(jī)數(shù)量循環(huán)配置軸參數(shù)(針對一拖多驅(qū)動器)
Temp_Axis = Bus_AxisStart + Bus_TotalAxisnum '軸號按NODE順序分配，總線開始軸號+總線掃描軸號
'Temp_Axis = Drive_Alias '軸號按驅(qū)動器設(shè)定的撥碼分配(一拖多需要特殊處理)
base(Temp_Axis)
AXIS_ADDRESS(Temp_Axis)= (0<<16)+ Bus_TotalAxisnum + 1 '映射軸號
ATYPE=65 '設(shè)置控制模式 65-位置 66-速度 67-轉(zhuǎn)矩
disable_group(Temp_Axis) '每軸單獨(dú)分組
Bus_TotalAxisnum=Bus_TotalAxisnum+1 '總軸數(shù)+1
next
else 'IO擴(kuò)展模塊
Sub_SetNodeIo(Node_Num,Drive_Vender,Drive_Device,1024 + 32*Node_Num) '映射擴(kuò)展模塊IO
?"擴(kuò)展IO映射完成"
endif
next
?"軸號映射完成","連接總軸數(shù)："Bus_TotalAxisnum
wa 200
SLOT_START(0) '啟動總線
if return then
wdog=1 '使能總開關(guān)
'?"開始清除驅(qū)動器錯誤"
for i= Bus_AxisStart to Bus_AxisStart + Bus_TotalAxisnum - 1
base(i)
DRIVE_CLEAR(0)
DELAY 50
'?"驅(qū)動器錯誤清除完成"
datum(0) '清除控制器軸狀態(tài)錯誤"
wa 100
'"軸使能"
AXIS_ENABLE=1
next
Bus_InitStatus = 1
?"軸使能完成"
'本地脈沖軸配置
for i = 0 to PUL_AxisNum - 1
base(PUL_AxisStart + i)
AXIS_ADDRESS = (-1<<16) + i
ATYPE = 4
next
?"總線開啟成功"
else
?"總線開啟失敗"
Bus_InitStatus = 0
endif
else
?"總線掃描失敗"
Bus_InitStatus = 0
endif
end sub
'********總線IO模塊映射********
'通過NODE_IO(0,Node_Num)分配模塊IO起始地址，不使用擴(kuò)展模塊的時候刪掉此段
'*****************************
global sub Sub_SetNodeIo(iNode,iVender,iDevice,i_IoNum)
if iVender = $41B then '正運(yùn)動IO擴(kuò)展模塊
NODE_IO(0,iNode) = i_IoNum
'NODE_AIO(0,iNode) = 4*(iNode+1)
?"IO映射成功"
endif
end sub
'**********運(yùn)動控制模塊********
'初始化完成后，使用運(yùn)動控制指令控制ECAT總線軸運(yùn)動
'*****************************
global sub main()
RAPIDSTOP(2)
WAIT IDLE
base(6,7) '選擇總線軸軸號
ATYPE=65,65
UNITS=100,100 '脈沖當(dāng)量設(shè)置
SPEED=100,100
ACCEL=1000,1000
DECEL=1000,1000
DPOS=0,0
MPOS=0,0
TRIGGER '自動觸發(fā)示波器
MOVE(100,100) '先運(yùn)動100,100位置
MOVECIRC(200,0,100,0,1) '半徑100順時針畫半圓，終點(diǎn)坐標(biāo)(300,100)
end sub
