分享一下运动控制器位置锁存功能的应用

伺服与运动控制 2022-11-14 758

伺服与运动控制

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描述

今天，正运动小助手给大家分享一下运动控制器位置锁存功能的应用，以ZMC408CE运动控制器为例，介绍多种锁存模式的用法，用户可根据自身需求灵活选择。    

01 锁存功能

锁存功能的作用就是当外部io信号触发时，立即响应，锁定当前的电机/编码器的位置，通常用来锁定流水线上碰到光纤传感器时的产品位置、锁定包装材料上色标的位置等。

编码器

一、锁存功能的特点：

1.支持编码器轴、总线轴、脉冲轴和虚拟轴锁存（不同型号的控制器支持锁存的轴类型不同）；

2.支持单次锁存和高速连续锁存模式；

3.支持4通道同时锁存，分别为R0、R1、R2、R3四个锁存通道，最多支持8个锁存口同时锁存，锁存响应速度快；

4.带编码器反馈时锁存MPOS的值，没有带编码器反馈时锁存DPOS的值。

不同型号的控制器支持的锁存通道数不同，是否支持锁存功能与锁存对应的输入口参见硬件手册。

本文例子基于ZMC408CE控制器测试，此型号支持4个锁存通道，硬件接口为IN0-IN3。

通讯接口包含RS232、RS485、EtherNET以太网、CAN总线、EtherCAT总线和U盘接口，板载8路差分脉冲输出接口（包含编码器输入），1个专用手轮接口，还提供了AD/DA模拟量接口。

ZMC408CE支持EtherCAT总线连接，支持最快500μs的刷新周期，支持最多达32轴运动控制(8脉冲轴+EtherCAT轴/编码器轴/虚拟轴)，支持直线插补、任意圆弧插补、空间圆弧、螺旋插补、电子凸轮、电子齿轮、同步跟随、虚拟轴设置等；采用优化的网络通讯协议可以实现实时的运动控制。

ZMC408CE还支持8通道PWM输出，支持硬件比较输出、硬件定时器、运动中精准输出等。

编码器

二、实现锁存的步骤

1.锁存功能使用方法

（1）确定当前硬件条件是否满足锁存需求，需要确定锁存位置的轴，IO信号接入支持锁存的输入口IN；

（2）设置锁存输入映射口REG_INPUT，作用是将锁存的通道R0/R1/R2/R3对应到物理输入口IN，需要输入口支持锁存功能；

（3）设置锁存模式REGIST，需根据锁存的轴类型选择；

（4）等待锁存触发MARK / MARKB / MARKC / MARKD，锁存触发了变为真；

（5）锁存完成打印锁存位置信息REG_POS / REG_POSB / REG_POSC / REG_POSD；

（6）可读取锁存位置起始坐标和结束坐标，锁存位置可被其他指令调用。

  2.锁存相关指令

锁存相关指令一览表：

指 令 说 明 用 法
REGIST 设置锁存模式 REGIST（模式值）
REG_INPUTS 锁存通道映射到输入口 REG_INPUTS=$输入口编号
MARK 判断锁存是否触发 WAIT UNTIL MARK
MARKB 判断第二个锁存是否触发 WAIT UNTIL MARKB
MARKC 判断第三个锁存是否触发 WAIT UNTIL MARKC
MARKD 判断第四个锁存是否触发 WAIT UNTIL MARKD
REG_POS 保存锁存的测量反馈位置 读取/打印REG_POS
REG_POSB 返回锁存2的测量反馈位置 读取/打印REG_POSB
REG_POSC 返回锁存3的测量反馈位置 读取/打印REG_POSC
REG_POSD 返回锁存4的测量反馈位置 读取/打印REG_POSD
OPEN_WIN 锁存触发的开始坐标范围点 OPEN_WIN=POS
CLOSE_WIN 锁存触发的结束坐标范围点 CLOSE_WIN=POS

REG_INPUTS映射锁存输入、REGIST设置锁存的模式、MARK / MARKB / MARKC / MARKD判读锁存是否触发、REG_POS / REG_POSB / REG_POSC / REG_POSD成功锁存之后位置存储。

当锁存产生时，对应锁存通道的MARK / MARKB / MARKC / MARKD会被设置为ON，同时锁存到的位置会被存储在参数REG_POS / REG_POSB / REG_POSC / REG_POSD内。

三、REG_INPUTS映射说明

REG_INPUTS映射规则如下，REGIST锁存模式的设置需配合REG_INPUTS而设置。

编码器

例如：

REG_INPUTS = $3210，则表示R3，R2，R1，R0分别对应输入口3，2，1，0

REG_INPUTS = $1023，则表示R3，R2，R1，R0分别对应输入口1，0，2，3

REG_INPUTS = $1000，则表示R3，R2，R1，R0分别对应输入口1，0，0，0 之所以这样设置是因为REGIST模式匹配R0、R1、R2、R3信号虽然不是物理的IO通道，却能带来最大的灵活性。 输出信号R0实际可以对应设备上的IN(0)...IN(7)中的任意一个(可选的输入通道必须是硬件手册指定的锁存通道)，或者R0和R3都对应同一个输入口。

四、REG_POS锁存位置说明

使用的本地IO，可以通过REG_INPUTS来锁存通道的映射，不同的锁存信号通道锁存的数据存储的位置不同，如下表，详情参见REGIST指令说明。

R信号 锁存状态 锁存数值
R0 Mark Reg_Pos
R1 MarkB Reg_PosB
R2 MarkC Reg_PosC
R3 MarkD Reg_PosD
Z 不定 不定

02 REGIST锁存模式

REGIST设置锁存模式，根据要锁存的轴类型选择合适的锁存模式，锁存模式参见下文，有单次锁存和连续锁存两种。

不同的锁存方式，锁存信号的触发标志不同，锁存位置数据存储的位置也不同。

不同轴类型支持的锁存通道：

（1）编码器轴、带反馈的脉冲轴类型一般采用R0，R1，Z脉冲这三种锁存；

（2）无反馈的脉冲轴和虚拟轴采用R0，R1锁存；

（3）EtherCAT或RTEX总线轴类型采用R2，R3锁存；

（4）另外EtherCAT总线可以使用驱动器自身的锁存模式，详情参见驱动器手册说明。

语法一：单次锁存

REGIST(mode)

mode：锁存方式如下表。

值 描 述
1 当Z脉冲上升沿时的绝对位置送到REG_POS
2 当Z脉冲下降沿时的绝对位置送到REG_POS
3 当输入信号R0上升沿的绝对位置送到REG_POS
4 当输入信号R0下降沿的绝对位置送到REG_POS
6 输入信号R0上升沿时的绝对位置送到REG_POS，Z信号上升沿时的绝对位置送到REG_POSB
7 输入信号R0上升沿时的绝对位置送到REG_POS，Z信号下降沿时的绝对位置送到REG_POSB
8 输入信号R0下降沿时的绝对位置送到REG_POS，Z信号上升沿时的绝对位置送到REG_POSB
9 输入信号R0下降沿时的绝对位置送到REG_POS，Z信号下降沿时的绝对位置送到REG_POSB
10 输入信号R0上升沿时的绝对位置送到REG_POS，输入信号R1上升沿时的绝对位置送到REG_POSB
11 输入信号R0上升沿时的绝对位置送到REG_POS，输入信号R1下降沿时的绝对位置送到REG_POSB
12 输入信号R0下降沿时的绝对位置送到REG_POS，输入信号R1上升沿时的绝对位置送到REG_POSB
13 输入信号R0下降沿时的绝对位置送到REG_POS，输入信号R1下降沿时的绝对位置送到REG_POSB
14 输入信号R1上升沿时的绝对位置送到REG_POSB(14以后150804以后版本支持，每个锁存通道独立，支持4通道锁存)
15 输入信号R1下降沿时的绝对位置送到REG_POSB
16 Z信号上升沿时的绝对位置送到REG_POSB
17 Z信号下降沿时的绝对位置送到REG_POSB
18 输入信号R2上升沿时的绝对位置送到REG_POSC
19 输入信号R2下降沿时的绝对位置送到REG_POSC
20 输入信号R3上升沿时的绝对位置送到REG_POSD
21 输入信号R3下降沿时的绝对位置送到REG_POSD

注意：上升沿和下降沿对应的是控制器内部的硬件状态。对于ZMC系列控制器而言，由于OFF状态有效，故从无信号到有信号是下降沿；对于ECI系列控制器而言，由于ON状态有效，从无信号到有信号是上升沿。

若仍然容易混淆，建议使用前先使用下文例程简单测试一下锁存边沿，再应用于项目中。

语法二：连续锁存

通过把模式加100来支持连续锁存，锁存结果存储到TABLE里面。

REGIST(100+mode, tableindex, numes)

mode：锁存方式。

tableindex：连续锁存的内容存储的table位置，第一个table元素存储锁存的个数，后面存储锁存的坐标，最多保存个数= numes-1，溢出时循环写入。

numes：占用的table个数。

连续锁存模式分别对两个通道进行连续锁存，可以实现上下边沿的连续锁存。

（ECI20150829以上固件支持，4系列控制器20170523以上固件支持）

100+mode：只能使用单一通道的mode，加100表示使用连续锁存。

值 描述
101 当Z脉冲上升沿时的绝对位置送到REG_POS
102 当Z脉冲下降沿时的绝对位置送到REG_POS
103 当输入信号R0上升沿的绝对位置送到REG_POS
104 当输入信号R0下降沿的绝对位置送到REG_POS
114 输入信号R1上升沿时的绝对位置送到REG_POSB
115 输入信号R1下降沿时的绝对位置送到REG_POSB
116 Z信号上升沿时的绝对位置送到REG_POSB
117 Z信号下降沿时的绝对位置送到REG_POSB
118 输入信号R2上升沿时的绝对位置送到REG_POSC
119 输入信号R2下降沿时的绝对位置送到REG_POSC
120 输入信号R3上升沿时的绝对位置送到REG_POSD
121 输入信号R3下降沿时的绝对位置送到REG_POSD
123 当输入信号R0上升沿的绝对位置送到REG_POSB
124 当输入信号R0下降沿的绝对位置送到REG_POSB
133 当输入信号R0上升沿的绝对位置送到REG_POS,下一次切换下降沿，轮流切换。
134 当输入信号R0下降沿的绝对位置送到REG_POS，下一次切换上升沿，轮流切换。
135 当输入信号R1上升沿的绝对位置送到REG_POSB,下一次切换下降沿，轮流切换。下一次切换下降沿，轮流切换。
136 当输入信号R1下降沿的绝对位置送到REG_POSB，下一次切换上升沿，轮流切换。

03 锁存例程

1.脉冲轴（不带反馈）/虚拟轴锁存

可使用R0或R1通道，脉冲轴ATYPE=1/7，虚拟轴ATYPE=0，锁存MPOS的值（没有反馈时MPOS为假，复制DPOS）。

带反馈的情况锁存真实的编码器反馈的MPOS值，若支持Z信号，则可使用Z信号的模式。

配置参考如下图：

编码器

例程如下：

 

BASE(0)
ATYPE=1 '脉冲轴
UNITS=100
DPOS=0
SPEED=10
ACCEL=100
DECEL=100
REG_INPUTS=0 '将R0-R3都对应输入口0,信号接入IN(0)
REGIST(4) '选择R0锁存模式
TRIGGER '触发示波器
VMOVE(1) '轴运动
WAIT UNTIL MARK '等待锁存触发
PRINT REG_POS '打印锁存位置
END

 

从示波器采样的波形可以看出，IN(0)有信号触发锁存，REGIST(4)生效锁存此刻的DPOS位置，并存储到REG_POS。

编码器

上例其他条件不变，锁存模式改为REGIST(3)，锁存触发的边沿发生变化。

编码器

2.脉冲轴（带反馈）/编码器轴锁存

可使用R0、R1或Z通道（必须带Z信号的设备才支持），脉冲轴ATYPE=4/5，编码器轴ATYPE=3/6，锁存MPOS的值。

例程如下：

 

BASE(0) 
ATYPE=4 '脉冲带编码器反馈
UNITS=100
SPEED=10
ACCEL=100
DECEL=100
DPOS=0
MPOS=0
REG_INPUTS=$0 '将R0-R3都对应输入口0 ,信号接入IN(0)
REGIST(15) '选择R1锁存模式
TRIGGER
VMOVE(1) '轴运动
WAIT UNTIL MARKB '等待锁存触发
PRINT REG_POSB '打印锁存位置
END

 

从示波器采样的波形可以看出，IN(0)有信号触发锁存，锁存此刻的MPOS位置，并存储到REG_POSB。

编码器

3.多轴位置锁存

锁存多轴的位置时，需要分别对每个轴设置锁存，下例插补运动中锁存两个轴的位置。

例程如下：

 

BASE(0,1)
ATYPE=1,1 '脉冲轴
UNITS=100,100
DPOS=0,0
SPEED=10,10
ACCEL=100,100
DECEL=100,100
REG_INPUTS=$0 '将R0-R3都对应输入口0,信号接入IN(0)
REGIST(4) AXIS(0) '轴0选择R0锁存模式
REGIST(4) AXIS(1) '轴1选择R0锁存模式
TRIGGER '触发示波器
MOVE(1000,800) '轴运动
WAIT UNTIL MARK(0) AND MARK(1) '等待锁存触发
PRINT REG_POS(0), REG_POS(1)       '打印轴0，轴1的锁存位置
END

 

编码器

注意：多轴使用同一个锁存硬件输入口时，需采用相同的锁存R通道(如上例，模式3/4均可)，需要使用不同R通道时，则需要映射到不同的硬件输入口上。

4.连续锁存模式

持续锁存信号触发后的位置，以上的轴类型均支持连续锁存模式，建议开单独任务执行连续锁存程序，不干扰其他程序的运行，可通过TABLE寄存器随时读取到锁存的次数和位置数据。

例程如下：

 

BASE(0)
ATYPE=1 '脉冲轴
UNITS=100
DPOS=0
SPEED=10
ACCEL=100
DECEL=100
REG_INPUTS=$0 '将R0-R3都对应输入口0,信号接入IN(0)
TRIGGER '触发示波器
VMOVE(1) '轴运动
REGIST(100+4,0,100) '连续锁存，R0通道，table(0)保存锁存次数，table(1-100）存储每次锁存的数据，超过99次后，table(0)清0，重新从table(1)记录数据WAIT UNTIL MARK

 

示波器捕捉连续锁存的位置数据：不需要WHILE循环就能实现连续锁存。

编码器

寄存器窗口读取锁存的次数和位置数据。

编码器

5.总线驱动器锁存

可使用R2、R3通道，脉冲轴ATYPE=4/5，EtherCAT和RTEX总线均支持，轴类型ATYPE=65/50，锁存MPOS的值。

采用EtherCAT总线驱动器，可使用控制器提供的锁存模式，配置方法与前文类似；也可以使用EtherCAT总线驱动器自带的锁存模式（需参考驱动器手册完成配置）。

采用EtherCAT总线驱动器自带的锁存模式，选择驱动器支持锁存的探针，接入锁存信号；例如下方驱动器，有两个探针信号输入。

编码器

注意：驱动器PDO需包含60b8h锁存的数据字典，DRIVE_PROFILE直接选择带锁存的模式测试。

例如：DRIVE_PROFILE=11，PDO配置情况如下，更多模式参见DRIVE_PROFILE指令说明。

编码器

锁存模式采用REGIST提供的模式(需测试哪些模式支持)，触发驱动器锁存之后，驱动器自行将锁存位置传到对应的REG_POS / REG_POSB / REG_POSC / REG_POSD，对应MARK变为真，用户无需通过驱动器数据字典获知。

例程如下：

 

'********************************************************************************************
'总线初始化使能程序，初始化成功方可运行下方锁存程序
'初始化配置驱动器PDO需包含锁存的数据字典，DRIVE_PROFILE选择带锁存的模式测试
'********************************************************************************************
RAPIDSTOP
WAITIDLE
DIM num,AXIS_Max,TEMP
FOR num=0 TO 7 STEP 1
   BASE(num)
   ATYPE(num)=0
   AXIS_ADDRESS(num)=(-1<<16)+num
   ATYPE(num)=0
NEXT
num=0
SLOT_SCAN(0)
IF RETURN THEN
   ?"总线扫描成功","设备连接数："NODE_COUNT(0)
   'i为槽位号,位轴数
   FOR i=0 to NODE_COUNT(0)-1
      AXIS_Max=NODE_AXIS_COUNT(0,i)'单个设备连接总数
      ?"AXIS_Max="AXIS_Max
      IF AXIS_Max<>0 THEN
         FOR j=0 TO AXIS_Max-1
            AXIS_ADDRESS(num)=(i<<16)+num+1
            ATYPE(num)=65        '轴映射最后一步
            'units(num)=2^23/360        '单轴脉冲当量设置
            DRIVE_PROFILE(num)=11    '设置PDO功能
            disable_group(num)      '每轴单独分组
            num=num+1          '当前设备总轴数
         NEXT
      ELSE
         ?"当前设备无轴"
         END
      ENDIF
   NEXT
   ?"轴映射完成！总轴数："num  
ELSE
   ?"总线扫描失败"
   END
ENDIF
DELAY(100)
SLOT_START(0)
IF RETURN THEN
   ?"总线开启成功"
   DELAY(100)
   DATUM(0)'清除所有轴错误状态
   DELAY(100)
   ?"开始进行轴使能"
   FOR i=0 to num-1
      base(i)
      AXIS_ENABLE=1'单轴使能
   NEXT
   WDOG=1'轴使能总开关开启
   ?"轴使能完成"
ELSE
   ?"总线开启失败"
ENDIF
?"配置完成"
adasda()  '调用锁存函数
END
'********************************************************************************************
'锁存函数
'选择驱动器支持锁存的探针，接入锁存信号
锁存模式采用REGIST提供的模式，触发锁存之后，驱动器将锁存位置传到REG_POS 
'********************************************************************************************
WHILE 1
   IF OP(0) = ON THEN
      OP(0, OFF)
      temp=-1
   ENDIF
      temp=0
WEND
GLOBAL sub adasda()
   dim num, temp
   num=1
   temp=0
   BASE(0)
   REGIST(100+3,0,100)AXIS(0)' 自动循环，不需要再写入到while循环中，table(0)保存锁存次数，table(1-100)存储每次锁存的数据超过99次后，table(0)清0，重新从table(1)记录数据
   'REGIST(3)
   WHILE 1
      ?"*********************************************************"         
      WA 10
      ?"reg_pos="REG_POS,"锁存值TABLE="TABLE(num),"占用TABLE="TABLE(0)       '打印
      ?"驱动器探针模式="NODE_PDOBUFF(0,0,$60B8,0,6)
      ?"驱动器探针状态="NODE_PDOBUFF(0,0,$60B9,0,6)
      ?"驱动器锁存值="NODE_PDOBUFF(0,0,$60BA,0,7)
      IF num=100 THEN
         num=1
      ELSE
         num=num+1
      ENDIF
      WA 100     '延时1ms，防抖
   wend
ENDSUB

 

采用连续锁存模式REGIST(100+3,0,100)，使用TABLE(0)开始的100个空间保存锁存数据，其中TABLE(0)保存的是连续锁存的次数，TABLE(1)- TABLE(99)保存每次锁存的位置。

编码器

编码器






审核编辑：刘清

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