步进的光栅尺全闭环EtherCAT运动控制器ZMC432CL-V2（二）：RTSys编程调试

正运动技术 2025-02-20 205

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本文导读

上节课程给大家介绍了ZMC432CL-V2硬件接口（详情点击→步进的光栅尺全闭环EtherCAT运动控制器ZMC432CL-V2（一）：硬件接口介绍），本节主要讲解如何通过RTSys开发软件调试ZMC432CL-V2的脉冲闭环功能。

一、ZMC432CL-V2产品简介

ZMC432CL-V2高性能多轴运动控制器是一款兼容EtherCAT总线和脉冲型的独立式运动控制器，具备高速实时反馈功能，支持脉冲全闭环控制，能够实现高精度、高响应速度的运动控制。高精度定位，有效消除机械传动误差，满足高精密加工场景应用要求。

编程

1.ZMC432CL-V2硬件功能

（1）丰富的运动控制功能：支持直线、圆弧、空间圆弧、螺旋插补等。

（2）硬件接口丰富：支持脉冲轴（带编码器反馈）和EtherCAT总线轴，具备24路输入和12路输出的通用IO，部分为高速IO，2路模拟量输出(DA)。

（3）EtherCAT刷新周期最快达250us，满足高速通信需求。

（4）支持4通道硬件比较输出、硬件定时器、运动中精准输出，适用于多通道视觉飞拍等场合。

（5）支持掉电检测、掉电存储，多种程序加密方式，能够有效防止系统故障，保护项目工程文件数据，并提高系统的可靠性。

（6）通过纯国产IDE开发环境RTSys进行项目开发，可实时仿真、在线跟踪以及诊断与调试，简便易用，支持多种高级上位机语言联合编程进行二次开发。

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更多关于ZMC432CL-V2详情介绍点击→步进控制的光栅尺全闭环解决方案：32轴EtherCAT总线运动控制器ZMC432CL-V2。

二、RTSys调试ZMC432CL-V2的脉冲闭环功能

1.新建RTSys的项目文件

点击【文件】→【新建工程】→【输入文件名】→【保存】。

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2.新建RTBasic文件和RTHmi文件

点击【新建】→【选择Basic/Hmi】→【确定】，完成Basic和Hmi文件的创建，其中Basic文件用于运动逻辑的编写，Hmi文件用于人机交互界面的设计。

右击【工程视图】下的HMI文件名称，在弹出的选项框中选择【设置任务号】，并将其设置为0，表示控制器启动后将一任务0去执行Hmi文件程序。

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3.在BasicMain.bas文件里面编写系统初始化函数和周期扫描函数

 

'/****************************************************************************
'任务编号：无
'函数功能：系统初始化
'Input：无
'Output：无 
'返回值：无
'备注：无        
'******************************************************************************/
GLOBAL SUB SysInit()
    '测试固件信息
    ?"测试固件信息：ver 24.8.28 : "version_build, "SERVO_PERIOD: "SERVO_PERIOD
    '轴分配
    GLOBAL CONST TestAxisId=0
    '线程分配
    GLOBAL CONST IntCycleTask=1
    GLOBAL CONST OtherTask=2
    '其他变量
    GLOBAL gvCLStstus,gv_HandMode
    GLOBAL gv_P,gv_I,gv_D
    GLOBAL gv_VF,gv_AF,gv_OV
    '轴初始化参数
    GLOBAL gv_Speed,gv_Accel,gv_Decel
    GLOBAL gv_Sramp,gv_Inch
    GLOBAL gv_Units
    GLOBAL gv_mpos,gv_input
    GLOBAL VpMode
    '*********************轴参数初始化*********************
    gv_Units=2000
    gv_mpos =4000
    gv_input=-20043
    gvCLStstus=0
    gv_Speed=2
    gv_Accel=100
    gv_Decel=100
    gv_Sramp=0
    gv_Inch=1
    gv_HandMode=0
    VpMode=0
    '**********************系统初始化**********************
    RAPIDSTOP(2)  '停止所有轴
    WAIT IDLE
    DELAY(100)
    DATUM(0)    '清除轴报警
    WAIT IDLE
    '**********************轴参数初始化*********************
    BASE(TestAxisId)
    '关闭闭环功能
    SERVO=OFF
    ENCODER_SERVO=OFF
    '关闭闭环功能后要远程ATYPE从0到4的切换
    ATYPE =  0
    DELAY(100)
    ATYPE = 4
    '轴坐标清零
    DPOS=0
    MPOS=0
    '更新轴参数
    UpDataAxisPara()
    '更新PID参数
    UpDatePid(0) 
ENDSUB
'/*****************************************************************************
'任务编号：无
'函数功能：Hmi扫描函数
'Input：无
'Output：无
'返回值：无
'备注：无        
'******************************************************************************/
GLOBAL SUB SysScan()
    '更新闭环状态
    IF SERVO(TestAxisId) = ON AND ENCODER_SERVO(TestAxisId)=ON THEN
         gvCLStstus=1
    ELSE
         gvCLStstus=0
    ENDIF
ENDSUB

 

4.组态人机界面Hmi文件的编辑

先点击【工程视图】里面的Hmi.hmi文件，在弹出来的【属性】窗口里面输入【初始化函数】和【周期函数】的函数名。

Hmi.hmi文件运行后会先执行一次【初始化函数】一般完成系统的初始化操作，【初始化函数】运行完后Hmi.hmi文件会周期性的执行【周期函数】和周期性的扫描Hmi界面上的按钮等控件的操作情况。

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点击【控件箱】，可把控件箱里面的【控件】拖拽到Hmi窗口上进行人机界面的设计。

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5.Hmi人机界面的按钮如何调用Bas文件里面的函数

（1）点击【全闭环开关】按钮实现脉冲全闭环功能的开启与关闭。

先在BasicMain.bas文件中新建函数来完成全闭环功能开关的逻辑程序。

 

'/*************************************************************************
'任务编号：无
'函数功能：全闭环功能切换
'Input：Mode: 0 开关闭环功能  1：更新闭环Pid参数
'Output：无 
'返回值：无
'备注：无        
'**************************************************************************/
GLOBAL SUB ClosedLoop(Mode)
    IF Mode=0 THEN
        IF  gvCLStstus= 0 THEN
            '配置脉冲轴TestAxisId为全闭环的功能
            '配置PID参数
            BASE(TestAxisId)
            P_Gain = gv_P        'P:比例增益
            I_GAIN = gv_I      'I:积分增益
            D_GAIN = gv_D       'D:微分增益
            VFF_GAIN =  gv_VF     '速度反馈的前馈增益
            AFF_GAIN =  gv_AF     '加速度反馈的前馈增益
            OV_GAIN =   gv_OV    '速度增益
            '打开闭环功能
            AXIS_ENABLE = ON    '单轴使能打开情况下，全闭环才有效果
            ENCODER_SERVO = ON  '0-不开启(缺省).  1-开启闭环功能
            '重要，打开servo之前打开encoder_servo后
            '要完成一次atype由0变为4的切换，否则会报axis:0 config not support Servo.
            '无法打开闭环控制，原因未知
            ATYPE = 0
            DELAY(20)
            ATYPE = 4        '脉冲输出+正交编码反馈
            SERVO = ON        '0-不开启(缺省).  1-开启闭环功能
            DELAY(20)
            IF SERVO = ON THEN
                ?"闭环参数配置完成，闭环控制已打开"
            ELSE
                ?"闭环参数配置完成，闭环控制打开失败，请检查轴配置。"
            ENDIF
        ELSE
            BASE(TestAxisId)
            SERVO = OFF
            ENCODER_SERVO = OFF
            '关闭ENCODER_SERVO后需要完成一次 ATYPE从0到4的切换，保证闭环功能完全关闭
            ATYPE =  0
            DELAY(100)
            ATYPE = 4
            ?"已关闭闭环控制开关（switch），使用开环移动"
        ENDIF
    ELSEIF gvCLStstus=1 THEN
        '配置脉冲轴TestAxisId为全闭环的功能
        BASE(TestAxisId)
        P_Gain = gv_P        'P:比例增益
        I_GAIN = gv_I      'I:积分增益
        D_GAIN = gv_D       'D:微分增益
        VFF_GAIN =  gv_VF     '速度反馈的前馈增益
        AFF_GAIN =  gv_AF     '加速度反馈的前馈增益
        OV_GAIN =   gv_OV    '速度增益
        ?"PID参数已更新 "
    ENDIF
ENDSUB

 

点击【全闭环开关】按钮控件，在属性界面的【点击调用函数栏】输入要调用的函数名即可，并且同时进行函数形参的传递。

编程

（2）手动按钮功能的实现。

先在BasicMain.bas文件中新建函数来完成手动按钮的逻辑程序。

 

'/********************************************************************
'任务编号：无
'函数功能：寸动运动与测试
'Input：Mode:1表示寸动运动，0表示手动运动 
'Input：Dir:运动方向  1正向运动 -1负向运动 0停止运动
'Output：无 
'返回值：无
'备注：无        
'*********************************************************************/
GLOBAL SUB InchAndSub(Mode,Dir)
    BASE(TestAxisId)
    SPEED = gv_Speed
    ACCEL = gv_Accel
    DECEL = gv_DEcel
    SRAMP = gv_Sramp
    IF Mode=1 THEN
        '寸动运动
        MOVE(gv_Inch*Dir) AXIS(TestAxisId)
        ?"寸动运动"
    ELSE
        IF Dir=1 THEN
            '手动运动  正方向
            MOVEABS(FS_LIMIT(TestAxisId))
        ELSEIF Dir=-1 THEN
            '手动运动  负方向
            MOVEABS(RS_LIMIT(TestAxisId))
        ELSE
            '手动运动按钮松开的时候停止轴运动
            CANCEL(2)
        ENDIF
    ENDIF
ENDSUB

 

点击【手动按钮】相关控件，在属性界面点击【动作栏】选择按下和松开的调用函数，在【动作函数名】和【松开调用函数】栏分别输入按钮按下和松开想要调用的函数，并输入对应函数的形参（函数形参可以是立即数也可以是全局变量或者寄存器）。

编程

6.下载程序测试代码逻辑

点击【连接】通过网口IP连接上控制器后，点击【下载到RAM】（程序掉电不保存）或者【下载到ROM】（程序掉电保存）即可完成程序的下载。

编程

点击【工具】→【插件】→【Xplc Screen】即可在电脑上显示人机界面，进行相关功能的测试。

编程

三、通过RTSys示波器对比开环控制和全闭环控制的情况

示波器的使用可以参考正运动小助手的历史推文《运动控制看的更清楚细致！RTSys示波器功能简介》。

1.开环控制情况分析

编程编程

测试发现步进驱动器的开环控制，运动过程中随动误差（规划位置和光栅尺反馈位置的差值）一直维持在0.02个用户单位左右（这里一个用户单位即一个UNITS设置的是1mm）。

当运动结束时光栅尺的反馈位置和指令规划位置也不相等，大概差了0.0025个用户单位，折算为脉冲数是0.0025*用户单位=5个脉冲。

2.闭环控制情况分析

编程编程

测试发现步进驱动器的闭环控制，运动过程中随动误差（规划位置和光栅尺反馈位置的差值）除了启动和停止以外大部分保持在0个脉冲当量左右。

相比较开环控制有较大的提升，当运动结束时光栅尺的反馈位置和指令规划位置也是相等的。

四、总结

1.启用控制器闭环的时候要注意：

在打开ENCODER_SERVO后，打开servo之前要完成一次ATYPE从0到4的切换，这样才可以正常打开控制器闭环的功能。

2.启用控制器闭环同时还需要：

打开单轴使能axis_enable，这样才能保证控制器闭环的正常启用。

 

'打开闭环功能
BASE(TestAxisId)
AXIS_ENABLE = ON          '单轴使能打开情况下，全闭环才有效果
ENCODER_SERVO = ON        '0-不开启(缺省).   1-开启闭环功能
'重要，打开servo之前打开encoder_servo后
'要完成一次atype由0变为4的切换，否则会报axis：0 config not support Servo.
ATYPE = 0
DELAY(20)
ATYPE=4                   '脉冲输出+正交编码反馈
SERVO = ON                '0-不开启(缺省).   1-开启闭环功能
DELAY (20)
IF SERVO = ON THEN
    ?"闭环参数配置完成，闭环控制已打开，使用move指令移动，并在示波器中监测运动参数。"
ELSE
    ?"闭环参数配置完成，闭环控制打开失败，请检查轴配置。"
ENDIF

 

3.为保证控制器闭环功能的完全关闭：在关闭ENCODER_SERVO后需要完成一次ATYPE从0到4的切换，这样才能保证控制器闭环功能完全关闭。

 

BASE(TestAxisId)
SERVO = OFF
ENCODER_SERVO =OFF
'关闭ENCODER_SERV0后需要完成一次ATYPE从0到4的切换，保证闭环功能完全关闭
ATYPE =0
DELAY(100)
ATYPE =4
?"已关闭闭环控制开关(switch)，使用开环移动"

 

完整代码获取地址

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编程

本次，正运动技术步进的光栅尺全闭环EtherCAT运动控制器ZMC432CL-V2（二）：RTSys编程调试，就分享到这里。

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