EtherCAT超高速实时运动控制卡XPCIE1032H上位机C#开发

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。

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。

➜XPCIE1032H与MotionRT7实时内核的配合具有以下优势：

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。

XPCIE1032H驱动安装与建立连接参考往期文章EtherCAT超高速实时运动控制卡XPCIE1032H上位机C#开发（一）：驱动安装与建立连接。

一、C#语言进行运动控制项目开发

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

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。

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

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。

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。

二、相关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”。

1、控制器网口连接函数接口

 

指令1	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(ZMC_CONNECTION_LOCAL，"LOCAL1",3000,&phandle):

 

2、硬件比较输出函数接口

 

指令19	ZAux_Direct_HwPswitch2
指令原型	int32  __stdcall  ZAux_Direct_HwPswitch2(ZMC_HANDLE handle,int  Axisnum,int  Mode, int  Opnum, int  Opstate, float ModeParal, float ModePara2, float  Mode  Para3 , float  ModePara4)
指令说明	硬件位置比较输出2，4系列产品20170513以上版本支持。 ZMC306E/306N支持。
输入参数	参数名 描述 handle 连接标识。 Axisnum 比较输出的轴号。 Mode 模式1-启动比较器 ModePara1 = 第一个比较点坐标所在TABLE编号 ModePara2 = 最后一个比较点坐标所在TABLE编号 ModePara3= 第一个点判断方向 0-坐标负向  1- 坐标正向  -1- 不使用方向 ModePara4 = 预留 模式2-停止并删除没完成的比较点 ModePara1 = 预留 ModePara2 = 预留 ModePara3= 预留 ModePara4 = 预留 模式3-矢量比较方式 ModePara1 = 第一个比较点坐标所在TABLE编号 ModePara2 = 最后一个比较点坐标所在TABLE编号 ModePara3= 预留 ModePara4 = 预留 模式4-矢量比较方式 单个比较点 ModePara1 = 比较点坐标 ModePara2 = 预留 ModePara3= 预留 ModePara4 = 预留 模式5-矢量比较方式 周期脉冲模式 ModePara1= 比较点坐标 ModePara2= 重复周期，一个周期内比较两次，先输出有效状态，在输出无效状态 ModePara3= 周期距离，每个这个距离输出Opstate,输出有效状态的距离(ModePara4)后还原为无效状态 ModePara4=输出有效状态的距离，(ModePara1-ModePara4)位无效状态距离 模式6-矢量比较方式 周期模式，这种模式一把与HW_TIMER一起使用 ModePara1 = 比较点坐标 ModePara2 = 重复周期，一个坐标只比较一次 ModePara3= 周期距离，每隔这个距离输出一次 ModePara4 = 预留 Opnum 输出口编号。4系列  out 0-为硬件位置比较输出。 Opstate 第一个比较点的输出状态。0-关闭  1-打开 ModeParal 多功能参数 ModePara2 多功能参数。 ModePara3 多功能参数 ModePara4 多功能参数
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	（1）4系列产品有4个比较输出口，可以选择不同的比较输出口，一般为OUT0/1/2/3口。 （2）比较主轴带编码器输入时，自动使用编码器位置来触发，可以使用MOVEOP_DELAY参数来调整输出准确时刻。 （3）不同的总线驱动器效果可能有差异，也可以通过MOVEOP_DELAY参数来调整。 （4）HW_PSWITCH2与MOVE_OP精准使用同样的硬件资源，不建议在同一个通道同时使用，可以在不同的通道同时使用。 （5）每个系统周期内只能比较一次，系统周期通过SERVO_PERIOD查询。 （6）TABLE位置数据在所有比较点完成前不要修改。 （7）脉冲轴和总线轴均支持此指令。 （8）使用脉冲型电机时只有ATYPE为4时才是比较反馈位置(MPOS)，默认出厂的ATYPE为1或7比较的是命令位置(DPOS)。

 

3、硬件定时器函数接口

 

指令21	ZAux_Direct_HwTimer
指令原型	int32 __stdcall ZAux_Direct_HwTimer(ZMC_HANDLE handle,int mode, int cyclonetime, int  optime, int  reptimes, int  opstate, int  opnum)
指令说明	硬件定时器用于硬件比较输出后一段时见还原电平-4系列产品支持
输入参数	参数名 描述 handle 连接标识。 mode 0停止，2-启动 cyclonetime 周期时间us单位 optime 有效时间us单位 reptime 重复次数 opstate 输出口变为非此状态后开始计时 opnum 必须能意见比较输出的口
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	//周期调整为2，输出两次 ZAux_Trigger(g_handle); ZAux_Direct_SetOp(g_handle, 0, 0); ZAux_Direct_HwTimer(g_handle, 2, 1000000, 500000, 2, 0, 0);//输出口0变为on后，硬件定时器触发开始计时，500ms后切换为off ZAux_Direct_SetOp(g_handle, 0, 1);
详细说明	（1）HW_TIMER只有1个，每次调用会强制停止之前的调用。 （2）ZMC420SCAN每个输出口的HW_TIMER功能独立。 （3）ZMC3系列部分、4系列及以上产品支持此功能。 （4）OP和MOVE_OP操作会关闭正在进行的HW_TIMER脉冲，这样可以使用HW_TIMER来实现类似PWM的功能，OP输出打开脉冲输出，下一个OP输出关闭脉冲输出，当使用MOVE_OP精准输出时，可以实现精准的PWM输出无限脉冲功能。

 

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。

三、位置同步输出PSO介绍

PSO（position synchronized output）即位置同步输出，本质是通过采集实时的编码器反馈位置(无编码器可使用输出的脉冲位置)与比较模式设定的位置进行比较，控制OP高速同步输出信号，PSO示意图如下。

PSO一般与激光器(或点胶喷射阀等设备)同步输出信号进行相位同步，在运动轨迹的所有阶段以恒定的空间(或恒定时间)间隔触发输出开关，包括加速、减速和匀速段，从而实现脉冲能量均匀地作用在被加工物体上。

PSO功能的特点是能高速且稳定的输出信号，因为输出精度足够高，所以能够在整个运动轨迹中以固定的距离触发输出信号而不用考虑总体速度，即在直线部分以很快的速度运动，而在圆角部分减速的同时也能保证输出间距恒定。

通常圆角加工部分在整个加工过程中占有比较小的部分，这样在保证加工效果的同时，就可以最大限度地提高产能。

正运动的PSO功能调用ZAux_Direct_HwPswitch2函数接口实现，该函数采用硬件实现IO的高速比较输出，故名硬件比较输出。

四、位置同步输出PSO模式介绍 单轴PSO参考往期文章单轴PSO视觉飞拍与精准输出：EtherCAT超高速实时运动控制卡XPCIE1032H上位机C#开发（七）。

1、2D比较 -- 模式25

⊙该模式主要功能为：碰到设置好的二维比较点之后，输出口电平反转。

该模式使用时需要指定高速输出口，设置好首个比较点的输出状态、比较轴和比较点（即设置table寄存器，点数量等），设置比较点的脉冲最大误差等参数后，启动比较。紧接着驱动轴运动即可。

如下图设置：设置高速比较输出口0，首个比较点的输出状态为1，设置比较轴为0，1。设置两个比较点，比较点坐标分别为：（100，50），（160，80）。即当轴运动到点（100，50），点（160，80）。误差范围在±50个脉冲左右的范围时，都会触发电平变化。

示波器波形如图所示：在坐标（100，50）的时候输出为1，直到坐标（160，80）的时候恢复为0。

2、2D比较 -- 模式26

⊙该模式主要功能为：碰到设置好的二维比较点之后，输出口输出一断设置好的定时脉冲。 该模式使用时，需要指定高速输出口，设置好首个比较点的输出状态，设置比较轴，在设置比较点（即设置table寄存器，点数量等），设置好比较点之后在设置脉冲的有效时间，脉冲周期时间，以及脉冲个数（重复次数），设置比较点的脉冲最大误差等参数后，启动比较。紧接着驱动轴运动即可。

如下图设置：设置高速比较输出口0，首个比较点的输出状态为1，设置比较轴为0，1。设置两个比较点，比较点坐标分别为：（100，100），（200，200）。即当轴运动到点（100，100），点（200，200）。误差范围在±10个脉冲左右的范围时，都会触发两个周期为60ms，脉冲有效时间为20ms的脉冲。

示波器波形如图所示：在坐标（100，100），坐标（200，200）的时候都会触发两个周期为60ms，脉冲有效时间为20ms的脉冲。

3、3D比较 -- 模式35

该模式主要功能为：碰到设置好的三维比较点之后，输出口电平反转。 该模式使用时需要指定高速输出口，设置好首个比较点的输出状态，设置比较轴，在设置比较点（即设置table寄存器，点数量等），设置比较点的脉冲最大误差等参数后，启动比较。紧接着驱动轴运动即可。

如下图设置：设置高速比较输出口0，首个比较点的输出状态为1，设置比较轴为0，1，2。设置4个比较点，比较点坐标分别为：（80，40，20），（160，80，40），（240，120，60），（320，160，80）。即当轴运动到点（80，40，20），（160，80，40），（240，120，60），（320，160，80）。误差范围在±10个脉冲左右的范围时，都会触发电平变化。

示波器波形如图所示：在坐标点（80，40，20），（160，80，40），（240，120，60），（320，160，80）时会发生电平变化。

4、3D比较 -- 模式36

该模式主要功能为：碰到设置三维比较点之后，输出口输出一断设置好的定时脉冲。 该模式使用时，需要指定高速输出口，设置好首个比较点的输出状态，设置比较轴，在设置比较点（即设置table寄存器，点数量等），设置好比较点之后在设置脉冲的有效时间，脉冲周期时间，以及脉冲个数（重复次数），设置比较点的脉冲最大误差等参数后，启动比较。紧接着驱动轴运动即可。

如下图设置：设置高速比较输出口0，首个比较点的输出状态为1，设置比较轴为0，1，2。设置4个比较点，比较点坐标分别为：（80，40，20），（160，80，40），（240，120，60），（320，160，80）。即当轴运动到点（80，40，20），（160，80，40），（240，120，60），（320，160，80）。误差范围在±10个脉冲左右的范围时，都会触发两个周期为60ms，脉冲有效时间为20ms的脉冲。

示波器波形如图所示：在坐标点（80，40，20），（160，80，40），（240，120，60），（320，160，80）的时候都会触发两个周期为60ms，脉冲有效时间为20ms的脉冲。

核心功能代码：PSO/2D/3D核心程序。

 

int ZAux_Direct_HwPswitch2_2D()
{
    string cmdbuff="";
    string tempbuff = ""; 
    StringBuilder cmdbuffAck = new StringBuilder();
    //生成命令   
    switch (PsoMode)
    {
        case 7:
            tempbuff = String.Format("HW_PSWITCH2({0},{1},{2},{3},{4},{5},{6},{7})", PsoMode, ModePara1, ModePara2, ModePara3, ModePara4, ModePara5, ModePara6, ModePara7);
            break;
        case 25:          
            tempbuff = String.Format("HW_PSWITCH2({0},{1},{2},{3},{4},{5})", PsoMode, ModePara1, ModePara2, ModePara3, ModePara4, ModePara5);
            break;
        case 26:
            tempbuff = String.Format("HW_PSWITCH2({0},{1},{2},{3},{4},{5},{6},{7},{8})", PsoMode, ModePara1, ModePara2, ModePara3, ModePara4, ModePara5, ModePara6, ModePara7, ModePara8);
            break;
        case 35:
            tempbuff = String.Format("HW_PSWITCH2({0},{1},{2},{3},{4},{5})", PsoMode, ModePara1, ModePara2, ModePara3, ModePara4, ModePara5);
            break;
        case 36:
            tempbuff = String.Format("HW_PSWITCH2({0},{1},{2},{3},{4},{5},{6},{7},{8})", PsoMode, ModePara1, ModePara2, ModePara3, ModePara4, ModePara5, ModePara6, ModePara7, ModePara8);
            break;
    }
    //调用命令执行函数
    int ret = zmcaux.ZAux_Execute(g_handle, tempbuff, cmdbuffAck, 2048);
    if (cmdbuffAck.Length != 0)
        MessageBox.Show(cmdbuff, "提示");
    return ret;
}

 

 

本次，正运动技术二维/三维的多轴PSO视觉飞拍与精准输出：EtherCAT超高速实时运动控制卡XPCIE1032H上位机C#开发（八），就分享到这里。

审核编辑：黄飞