EtherCAT超高速实时运动控制卡XPCIE1032H上位机C#开发（九）

伺服与运动控制 2024-01-13 1171

伺服与运动控制

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描述

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。

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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。

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➜XPCIE1032H与MotionRT7实时内核的配合具有以下优势：

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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：

平均值 C++ LOCAL C# LOCAL 传统PCI/PCIe卡接口交互 PLC网口通讯交互
1w次单条读取交互周期 4.70us 5.3us 64us 500us-10ms
10w次单条读取交互周期 3.90us 5.7us 65us 500us-10ms
1w次多条读取交互周期 6.20us 8.85us 472us 500us-10ms
10w次多条读取交互周期 5.50us 8.37us 471us 500us-10ms

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。

一、C#语言进行运动控制项目开发

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1.到正运动技术官网的下载中心选择需要的平台库文件。

库文件下载地址：http://www.zmotion.com.cn/download_list_21.html

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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。

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（2）“zauxdll.dll”，“zmotion.dll”放在bin → Debug。

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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。

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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。

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二、PC函数介绍

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

指令11 ZAux_FastOpen
指令原型 int32  __stdcall  ZAux_FastOpen(int type, char *pconnectstring, uint32 uims ,ZMC_HANDLE * phandle)
指令说明 与控制器建立连接, 可以指定连接的等待时间
输入参数
参数名 描述
type 连接类型
type: 1-COM 2-ETH 4-PCI 5-LOCAL
pconnectstring 连接字符串:
COM口号/IP地址
uims 连接超时时间 uims;单位ms
输出参数
参数名 描述
phandle 控制器连接句柄
返回值 成功返回值为0，非0详见错误码说明。
指令示例 串口连接:
ZMC_HANDLE  phandle;//控制器连接句柄
Char comID[32]= "0";//串口ID
ZAux_FastOpen(1, comID,1000 ,&phandle);
网口连接例子：
ZMC_HANDLE  phandle;//控制器连接句柄
Char EthID[32]= "192.168.0.11";//网口ID
ZAux_FastOpen(2, EthID,1000 ,&phandle);
LOCAL接口连接例子：
ZMC_HANDLE  phandle;//控制器连接句柄
ZAux_FastOpen(5, "LOCAL1",1000,&phandle);
详细说明 type 设置为 5,zmotion.dll 版本要在 3.8.8.50 以上。
指令103 ZAux_Direct_Single_Datum
指令原型 int32  __stdcall  ZAux_Direct_Single_Datum(ZMC_HANDLE  handle, int  iaxis, int  imode)
指令说明 单轴回零运动。
输入参数
参数名 描述
handle 连接标识。
iaxis 轴号。
imode 找原点模式(详情看详细说明)
输出参数 /
返回值 成功返回值为0，非0详见错误码说明。
指令示例 单轴回零运动
详细说明 mode：找原点模式，加10表示碰到限位后调头反找，不会碰到限位停止,例如13=模式3+限位调头反找，用于原点在正中间的情况。


值 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。
指令104 ZAux_BusCmd_Datum
指令原型 int32 __stdcall  ZAux_BusCmd_Datum (ZMC_HANDLE handle, uint32 iaxis , uint32  homemode );
指令说明 总线驱动器回零
输入参数
参数名 描述
handle 连接标识。
iaxis 轴号。
Homemode 回零模式，查看驱动器手册
输出参数 /
返回值 成功返回值为0，非0详见错误码说明。
指令示例 /
详细说明 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

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。

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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：

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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：

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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。

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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。

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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。

 

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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。

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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。

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⊙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。

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⊙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。

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EtherCAT驱动器与控制器回零例程演示。







审核编辑：刘清

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