【产品应用】三个步骤，让你的EtherCAT电机转起来

EtherCAT是自动化控制最好的实时环形控制总线之一，本文以最简单的方式带你实际操作ZMC300E的EtherCAT总线，让你的EtherCAT电机转起来。

  前言

当一个鼠标插入到电脑时，发生了什么？

• 首先电脑会检测到有USB插入；

• 然后，电脑会提示安装驱动；

• 最后，就可以通过鼠标来移动光标、单击、双击等操作了。

这有问题么？当前没有问题，但作为程序猿，有两个地方值得深挖一下。

1、电脑安装的驱动，是什么驱动？当然是鼠标驱动，因为我们接入的是鼠标。但电脑是如何知道呢？原来USB规范中，要求每个USB设备都要有自己的设备描述符，电脑通过分析该描述符，才知道接入的是什么设备。

2、为什么能通过鼠标来移动光标？这是双方共同合作的结果。首先鼠标提供光标位置的数据，然后电脑收到鼠标的数据后，将数据作用到光标的位置上产生移动效果。这需要有个前提，即鼠标数据的格式，电脑需要先知道其格式，才能解释这份数据。这份数据格式的定义，在USB的接口描述符规范中进行了定义。

说了这么多，这和EtherCAT有关系么？当然有，对于EtherCAT或者任意一个总线来说，都需要知道接入设备的类型及数据格式，否则是无法解释数据的，通常有两种方式：

• 事先约定：通过事先约定的来确定工作如何进行。这就像发个信息说“我们晚上8点一起看电影吧“一样简单，这是小编喜欢它的原因。但这个约定有时就像友谊的小船说翻就翻，对方招呼也不打，只剩你一个人还傻傻地站在的电影院门口；

• 协议规范：定义一套完整的规范，大家一起遵循它。规范通常都很多很杂，学习成本较高，按规范开发就像是你去做的基金定投，短期收益低，但稳定可靠。

EhterCAT和USB一样都采用了协议规范这种方式，这里简单介绍一下EtherCAT的相关规范及用途：

• ESI(EtherCAT Slave Information):这个是从站提供的标准描述规范文件，该文件描述了设备的类型、数据格式及一些“特殊癖好”，这就相当于USB的设备描述符+接口描述符。

• ENI(EtherCAT Network Information):这个是用于给主站启动时，加载的标准配置规范文件，用于初始化所有的从站。这个文件描述了从站的数量、每个从站的类型及数据格式、DC等配置信息。

ESI还理解，为啥还多了个ENI呢？EtherCAT规范为了满足工业控制的复杂性，ESI中提供了非常强大的可配置功能，相对的使用起来也变得困难了。因此EtherCAT采用静态化配置，即由PC使用可视化工具进行对应的配置工作，配置完成后导出不可变的ENI配置，给到具体的主站设备来执行。所谓静态化配置，即EtherCAT网络设备发生变化时，需要重新执行配置工作，相比于USB的全自动配置，功能强大了，但使用也麻烦了。有得必有失，这是EtherCAT的选择。

简单总结一下EtherCAT开发，可分三步走：生成ENI，加载ENI，解释输入输出数据。

  准备工作

开始EtherCAT测试前，需要准备以下硬件：一台电脑、一台 ZMC300E运动控制器、一台EtherCAT伺服驱动器、2根网线，然后使用网线将设备按如下示意图进行连接。

  生成ENI文件

1. 启动EtherCAT服务

打开putty.exe软件，输入运动控制器NET1的默认IP地址：192.168.1.136，账号和密码为root。

2. 连接设备

启动ZlgEtherCatStudio上位机配置软件，输入运动控制器NET1的默认IP地址：192.168.1.136，点击回车。

3. 扫描网络

通过扫描EtherCAT总线，来识别接入了多少个设备，并将其网络拓扑添加到本地主站树节点。

4. 导入ESI

如果该从站无法正确识别，可手动导入从站ESI（EtherCAT Slave Information）文件。

5. 配置FMMU

一般应用不需配置从站FMMU/SM，使用从站默认配置即可。当需要改变输入输出变量时，可通过本配置项配置。

6. 生成ENI文件

导出ENI，取名为text_eni。

  加载ENI文件

1. 将上一步生成的test_eni.xml文件，通过WinSCP工具上传到运动控制器的目录/opt中。

2. 使用控制器加载ENI配置/文件

在putty.exe工具，先输入ctrl+c结束当前主站程序，输入以下命令启动主站并加载ENI配置文件：

/opt/ecat_test/master /opt/test_eni.xml，看到输出ethercat start success即代表成功。

  解释输入输出数据

在CiA402规范中，定义了伺服类设备的数据格式，这里给大家介绍一下最常用的位置控制模式的数据格式。

1. 输出数据

• Controlword：控制字，16Bit，主要用于控制电机上下电，抱闸等；

• Target Position：目标位置，32Bit，用于控制电机转到指定的位置。

2. 输入数据（相对于设备）

• Statusword：控制字，16Bit，主要用于控制电机上电、下电、抱闸等操作；

• Position Actual Value：实际位置，用于反馈电机当前所在位置。我们要做的就是周期性解释以上4个数据，然后执行对应的操作即可，可参考如下代码：

  

  电机测试

在putty.exe工具中，可使用以下命令，对电机进行简易测试，这些命令是基于CiA402规范进行实现的。

1. move_test 命令

angle表示电机转动角度，输入该命令后，电机会一直重复执行输出：先正转angle度，然后反转angle度。

输入move_test 90，仔细观察电机的转动，如果发现转动的角度比90度小，则说明脉冲当量偏小，应适当增加。推荐10倍住上递增进行测试，该值默认为1。

2、units 命令

unit表示脉冲当量，units 1000命令用于将轴0的脉冲当量设置成1000。使用units?查看所有轴的脉冲当量。

  其它补充

1. 关于脉冲当量

在实际应用中，脉冲当量的准备值，是如何计算出来的？这个应根据实际的场景及所需要单位来确定，这里给出一个常见的，以角度为单位的脉冲当量计算公式。

编码器的分辨率，可以从伺服驱动器的手册得到。

2. 关于EtherCAT主站

ZMC300E提供的EtherCAT主站，采用的是KPA master主站，商业授权，其主要特点是高效、稳定、支持通过硬件来消除帧抖动（ZMC300E可做到±15us的抖动），我司已购买其版权，用户可免费自由使用。

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