編碼器概述

編碼器是將信號(hào)或數(shù)據(jù)進(jìn)行編制、轉(zhuǎn)換為可用以通訊、傳輸和存儲(chǔ)的信號(hào)形式的設(shè)備。編碼器把角位移或直線位移轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，前者稱為碼盤，后者稱為碼尺。按照讀出方式編碼器可以分為接觸式和非接觸式兩種；按照工作原理編碼器可分為增量式和絕對(duì)式兩類。增量式編碼器是將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號(hào)，再把這個(gè)電信號(hào)轉(zhuǎn)變成計(jì)數(shù)脈沖，用脈沖的個(gè)數(shù)表示位移的大小。絕對(duì)式編碼器的每一個(gè)位置對(duì)應(yīng)一個(gè)確定的數(shù)字碼，因此它的示值只與測(cè)量的起始和終止位置有關(guān)，而與測(cè)量的中間過程無關(guān)。

在實(shí)際應(yīng)用中，EtherCAT編碼器可以將設(shè)備的原始信號(hào)轉(zhuǎn)換成EtherCAT通信信號(hào)，使得控制系統(tǒng)能夠利用EtherCAT協(xié)議在提供納秒級(jí)精確的同步、靈活的拓?fù)涞确矫娴膬?yōu)勢(shì)，進(jìn)而能夠以較低的成本實(shí)現(xiàn)精確可靠的控制。

虹科HK-MK5-5002 EtherCAT編碼器

虹科HK-MK5-5002 編碼器模塊是一個(gè)用于 RS422 差分形式輸出的增量編碼器采集模塊。帶有32 位正交解碼計(jì)數(shù)器，以及零脈沖、鎖存信號(hào)的鎖存器可讀取鎖存位置，并把計(jì)數(shù)與鎖存結(jié)果通過總線通信傳遞給控制器，從而實(shí)現(xiàn)分布式的編碼器采集。

該模塊采用4 倍頻對(duì)所有輸入信號(hào)的邊沿進(jìn)行采樣和計(jì)算，可以進(jìn)一步提高分辨率和采集精度。

虹科HK-MK5-5002的輸入通道與輸出通道，EtherCAT通信接口以及電源接口，都擁有對(duì)應(yīng)的LED指示燈，用于快速觀察和診斷信號(hào)與指令狀態(tài)。

測(cè)試過程

Step.1

.1

硬件連接

本文主要進(jìn)行虹科HK-MK5-5002-T000編碼器模塊讀取編碼器數(shù)據(jù)的測(cè)試，以KPA Studio軟件作為EtherCAT端的虛擬主站，轉(zhuǎn)動(dòng)編碼器時(shí)，在KPA上在線檢測(cè)MK5 5002編碼器模塊采集到的數(shù)據(jù)。

在進(jìn)行通信測(cè)試前，首先要對(duì)MK5-5002-T000編碼器模塊進(jìn)行硬件連接，如圖為完成連接后的硬件部分：

編碼器A/B/Z差分信號(hào)分別接入HK-MK5-5002模塊通道1對(duì)應(yīng)的端子；編碼器電源線分別接入HK-MK5-5002模塊的5V和0V對(duì)應(yīng)的端子；

HK-MK5-5002供電電源輸入為通信系統(tǒng)供電或現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備端供電，并帶有電氣隔離，其堅(jiān)固的金屬外殼能夠提供出色的電磁屏蔽和散熱性能，IP30防護(hù)等級(jí)，確保在苛刻的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中也能穩(wěn)定使用，十分安全可靠。

Step.2

虹科KPA Studio配置

虹科KPA Studio 是一款用于配置，調(diào)試和診斷 EtherCAT 網(wǎng)絡(luò)的工具軟件。該軟件主要有以下兩個(gè)用途：

（1）連接由 KPA 的主站協(xié)議棧開發(fā)出來的 EtherCAT 主站，進(jìn)行 EtherCAT 的網(wǎng)絡(luò)配置和診斷。

（2）與 KPA 的 EtherCAT 主站軟件（MRT）配合，調(diào)試各類 EtherCAT 從站，如伺服，IO 等

配置步驟如下：

1）KPA Studio 以及 MRT_WIN32 安裝完成后，先雙擊 Master(Win32)打開 MRT，打開后臺(tái)任務(wù)有 MRT 的運(yùn)行圖標(biāo)。

2）雙擊“studio”打開KPA Studio軟件，點(diǎn)擊“Run without license”，進(jìn)入操作界面。

3）KPA Studio軟件打開后的界面如下：

?菜單欄：可打開幫助文檔，設(shè)置軟件基本選項(xiàng)，打開數(shù)據(jù)記錄，幀記錄等工具；

?工具欄：新建工程，連接主站，刪除主站，拓?fù)滹@示等工具；

?EtherCAT 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浯翱冢河糜谂渲?EtherCAT 網(wǎng)絡(luò)，如從站排序，從站個(gè)數(shù)等；

?主從站配置/操作窗口：配置主從站的各類參數(shù)，操作主從站，如切換狀態(tài)機(jī)，修改過程數(shù)據(jù)和郵箱數(shù)據(jù)等；

?從站 ESI 文件窗口：顯示從站 ESI 文件信息，可導(dǎo)入從站 ESI 文件；

?診斷窗口：顯示各類狀態(tài)信息及診斷信息。

4）導(dǎo)入從站ESI文件

在掃描從站之前，請(qǐng)先把該從站的 ESI 文件導(dǎo)入到 Studio 軟件中，以便Studio 掃描到從站后，可自動(dòng)匹配相應(yīng)的 ESI 文件。

在 ESI 文件窗口，右鍵——Open slaves library folder。

打開路徑后，把你的從站 ESI 文件復(fù)制到該路徑下。

回到 ESI 文件窗口，右鍵——Reload slaves library，完成導(dǎo)入。

此時(shí)，在從站ESI庫(kù)中，找到如圖所示的HK-KB的從站ESI文件，則說明導(dǎo)入成功

Step.3

信號(hào)采集測(cè)試

1）首先，連接本地主站 ，即 Master （WIN32 ），點(diǎn)擊圖中的connect，成功連接后，選擇設(shè)備網(wǎng)卡Usb 3.0 to Gigabit Ethernet Adapt，該網(wǎng)卡用于發(fā)送 EtherCAT 報(bào)文，如下圖。

2）使用HK-MK5-5002通道1采集編碼器數(shù)值，插入網(wǎng)線，連接主站，并給HK-MK5-5002模塊上電。在拓?fù)浯翱谏希益I Master1——Scan configuration 掃描已接線好的從站。

3）如果接線正常，且從站已上線，可掃描到從站，如下圖，已掃到HK-MK5 5002 EtherCAT從站

4）主站掃出從站模塊HK-MK5-5002，鼠標(biāo)點(diǎn)選Master 1，然后在主從站操作口點(diǎn)選State，如圖所示進(jìn)入OP狀態(tài)。

5）在KPA軟件中，鼠標(biāo)點(diǎn)選Process Image，然后轉(zhuǎn)動(dòng)編碼器，可以觀察到PDO（6000：08-Counter value）的值隨著編碼器的轉(zhuǎn)動(dòng)而變化（下圖分別是編碼器正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)時(shí)的數(shù)據(jù)采集效果）。

若編碼器轉(zhuǎn)動(dòng)方向與計(jì)數(shù)方向相反，可通過設(shè)置對(duì)象字典0x8000.3（Enable direction inversion）為1，使能反向計(jì)數(shù)功能。如需通過CoE設(shè)置參數(shù)，需要先將從站狀態(tài)機(jī)切換至Pre-OP，設(shè)置完畢后，需要通過對(duì)象字典F003.01（Save Current Paremeters），賦值0x1234，保存當(dāng)前參數(shù)，掉電不丟失，最后將從站狀態(tài)機(jī)OP狀態(tài)。

總結(jié)

虹科HK-MK5-5002 編碼器模塊是一個(gè)用于RS422 差分形式輸出的增量編碼器采集模塊，帶有32 位正交解碼計(jì)數(shù)器，以及零脈沖、鎖存信號(hào)的鎖存器可讀取鎖存位置，并把計(jì)數(shù)與鎖存結(jié)果通過總線通信傳遞給控制器，從而實(shí)現(xiàn)分布式的編碼器采集。該模塊采用4 倍頻對(duì)所有輸入信號(hào)的邊沿進(jìn)行采樣和計(jì)算，可以進(jìn)一步提高分辨率和采集精度。