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01 硬件介紹
ZMC408CE是正運動推出的一款多軸高性能EtherCAT總線運動控制器，具有EtherCAT、EtherNET、RS232、CAN和U盤等通訊接口，ZMC系列運動控制器可應(yīng)用于各種需要脫機或聯(lián)機運行的場合。
ZMC408CE支持8軸運動控制，最多可擴展至32軸，支持直線插補、任意圓弧插補、空間圓弧、螺旋插補、電子凸輪、電子齒輪、同步跟隨等功能。 ZMC408CE支持8軸運動控制，可采用脈沖軸（帶編碼器反饋）或EtherCAT總線軸，通用IO包含24個輸入口和16個輸出口，部分IO為高速IO，EtherCAT最快100us的刷新周期。
ZMC408CE支持8個通道的硬件比較輸出、硬件定時器、運動中精準(zhǔn)輸出，還支持8通道PWM輸出，對應(yīng)的輸出口為OUT0-7，支持8個通道同時觸發(fā)硬件比較輸出，用于多通道的視覺飛拍場合等。 ZMC408CE支持PLC、Basic、HMI組態(tài)三種編程方式。PC上位機API編程支持C#、C++、LabVIEW、Matlab、Qt、Linux、VB.Net、Python等接口。 ?
ZMC408CE內(nèi)置高精度PSO位置同步輸出功能，在加工圓角與曲線時即使進行有減速調(diào)整，在高速加工的場合中也能控制激光輸出的等間距輸出。
02 PSO技術(shù)介紹 ?
PSO（position synchronized output）即位置同步輸出，本質(zhì)是通過采集實時的編碼器反饋位置(無編碼器可使用輸出的脈沖位置)與比較模式設(shè)定的位置進行比較，控制OP高速同步輸出信號，PSO示意圖如下。
PSO一般與激光器(或點膠噴射閥等設(shè)備)同步輸出信號進行相位同步，在運動軌跡的所有階段以恒定的空間(或恒定時間)間隔觸發(fā)輸出開關(guān)，包括加速、減速和勻速段，從而實現(xiàn)脈沖能量均勻地作用在被加工物體上。 PSO功能的特點是能高速且穩(wěn)定的輸出信號，因為輸出精度足夠高，所以能夠在整個運動軌跡中以固定的距離觸發(fā)輸出信號而不用考慮總體速度，即在直線部分以很快的速度運動，而在圓角部分減速的同時也能保證輸出間距恒定。 通常圓角加工部分在整個加工過程中占有比較小的部分，這樣在保證加工效果的同時，就可以最大限度地提高產(chǎn)能。
正運動的PSO功能調(diào)用ZAux_Direct_HwPswitch2函數(shù)接口實現(xiàn)，該函數(shù)采用硬件實現(xiàn)IO的高速比較輸出，響應(yīng)速度達到微秒級別，故名硬件比較輸出。 ?
03 C++語言MFC進行運動控制項目的開發(fā)
1.新建MFC項目并添加函數(shù)庫
注：本例程在VS2010編譯環(huán)境下，基于.NET Framework 4.0框架創(chuàng)建的MFC窗體應(yīng)用程序。
（1）工具欄菜單“文件”→“新建”→“項目”，啟動創(chuàng)建項目向?qū)А?/p>
（2）選擇開發(fā)語言為“Visual C++”和.NET Framework 4以及MFC應(yīng)用程序，填寫好程序名以及選擇好程序存放路徑，點擊確定。
（3）點擊下一步。
（4）選擇類型為“基于對話框”，點擊下一步或者完成即可。
2.找到廠家提供的C++函數(shù)庫文件
（1）進入廠商提供的光盤資料，找到“8.PC函數(shù)”文件夾，并點擊進入，找到C++函數(shù)庫，路徑如下（64位庫為例）。
（2）選擇“函數(shù)庫2.1”文件夾。
（3）選擇“Windows平臺”文件夾。
（4）根據(jù)需要選擇對應(yīng)的函數(shù)庫，這里選擇“64位庫”。
（5）解壓C++壓縮包，里面有C++對應(yīng)的函數(shù)庫。
（6）函數(shù)庫具體路徑如下。
（7）將廠商提供的C++庫文件以及相關(guān)文件復(fù)制到新建的項目中。
3.在項目中添加靜態(tài)庫和相關(guān)頭文件
靜態(tài)庫：zauxdll.lib, zmotion.lib 相關(guān)頭文件：zauxdll2.h, zmotion.h
（1）先右擊頭文件，接著依次選擇:“添加”→“現(xiàn)有項”。
（2）在彈出的窗口中依次添加靜態(tài)庫和相關(guān)頭文件。
（3）聲明用到的頭文件和定義控制器連接句柄。
至此，項目新建完成。
4.查看PC函數(shù)手冊
用戶需要從PC函數(shù)手冊中獲取運動控制開發(fā)使用的函數(shù)接口，對照手冊說明使用，PC函數(shù)手冊在光盤資料查看，具體路徑如下：“光盤資料8.PC函數(shù)函數(shù)庫2.1Motion函數(shù)庫編程手冊V2.1.pdf”。
5.控制器網(wǎng)口連接函數(shù)接口
PC編程一般使用網(wǎng)口對控制器和工控機進行鏈接。ZAux_FastOpen（）；如果鏈接成功，該接口會返回一個鏈接句柄。通過操作這個鏈接句柄可以實現(xiàn)對控制器的控制。
ZAux_OpenEth()接口說明：
| 指令11 | ZAux_FastOpen | ||||||||
| 指令原型 | int32 ?__stdcall ?ZAux_FastOpen(int type, char *pconnectstring, uint32 uims ,ZMC_HANDLE * phandle) | ||||||||
| 指令說明 | 與控制器建立連接, 可以指定連接的等待時間 | ||||||||
| 輸入參數(shù) |
|
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| 輸出參數(shù) |
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| 返回值 | 成功返回值為0，非0詳見錯誤碼說明 | ||||||||
| 指令示例 |
1.串口連接: ZMC_HANDLE ?phandle;//控制器連接句柄 Char comID[32]= "0";//串口ID ZAux_FastOpen(1, comID,1000s ,&phandle); 2.網(wǎng)口連接例子： ZMC_HANDLE ?phandle;//控制器連接句柄 Char EthID[32]= "192.168.0.11";//網(wǎng)口ID ZAux_FastOpen(1, EthID,1000s ,&phandle); |
||||||||
| 詳細說明 | type設(shè)置為5,zmotion.dll版本要在3.8.8.50以上 |
項目應(yīng)用截圖：
6.硬件比較輸出函數(shù)接口
使用對下位機寄存器操作的指令操作鏈接句柄“g_handle”，對控制器進行寄存器內(nèi)容取值，實時控制下位機相關(guān)的指令如下。
實時全局變量指令：ZAux_Direct_HwPswitch2硬件比較輸出指令到位置后硬件自動觸發(fā)op輸出信號。
| 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) | ||||||||||||||||||
| 指令說明 |
硬件位置比較輸出2，4系列產(chǎn)品20170513以上版本支持。 ZMC306E/306N支持。 |
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| 輸入?yún)?shù) |
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7.硬件定時器函數(shù)接口
ZAux_Direct_HwTimer硬件定時器硬件比較輸出后一段時間還原電平。
| 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) | ||||||||||||||||
| 指令說明 | 硬件定時器用于硬件比較輸出后一段時見還原電平-4系列產(chǎn)品支持 | ||||||||||||||||
| 輸入?yún)?shù) |
 |
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| 輸出參數(shù) | / | ||||||||||||||||
| 返回值 | 成功返回值為0，非0詳見錯誤碼說明 | ||||||||||||||||
| 指令示例 |
//周期調(diào)整為2，輸出兩次 ZAux_Trigger(g_handle); ZAux_Direct_SetOp(g_handle, 0, 0); ZAux_Direct_HwTimer(g_handle, 2, 1000000, 500000, 2, 0, 0);//輸出口0變?yōu)閛n后，硬件定時器觸發(fā)開始計時，500ms后切換為off; ZAux_Direct_SetOp(g_handle, 0, 1); |
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| 詳細說明 |
（1）HW_TIMER只有1個，每次調(diào)用會強制停止之前的調(diào)用。 （2）ZMC420SCAN每個輸出口的HW_TIMER功能獨立。 （3）ZMC3系列部分、4系列及以上產(chǎn)品支持此功能。 （4）OP和MOVE_OP操作會關(guān)閉正在進行的HW_TIMER脈沖，這樣可以使用HW_TIMER來實現(xiàn)類似PWM的功能，OP輸出打開脈沖輸出，下一個OP輸出關(guān)閉脈沖輸出，當(dāng)使用MOVE_OP精準(zhǔn)輸出時，可以實現(xiàn)精準(zhǔn)的PWM輸出無限脈沖功能。 |
04 MFC程序的運行和讀寫控制開發(fā)
1.Demo交互界面如下
2.二維比較模式
（1）2D比較（模式25）
語法：HW_PSWITCH2(25，opnum，opstate，maxerr，num，tablepos) mode 25：二維的比較模式； opnum：對應(yīng)的輸出口；
opstate：第一個比較點的輸出狀態(tài)；
maxerr：比較位置每個軸左右的脈沖偏差，進入偏差范圍后開始比較，此參數(shù)不能寫0；
num：table里面存儲的比較點坐標(biāo)個數(shù)；
tablepos：第一個比較點坐標(biāo)所在table編號。
說明：比較點寫在TABLE中，兩個連續(xù)的TABLE數(shù)據(jù)組成一個2D坐標(biāo)，每到達一個比較位置OP反轉(zhuǎn)一次。
圖中藍色段表示OP開啟，各類常用插補運動均支持比較，比較點坐標(biāo)一定的要準(zhǔn)確，否則會影響后面點的比較。
該模式主要功能為，碰到設(shè)置好的二維比較點之后，輸出口電平反轉(zhuǎn)。
該模式使用時需要指定高速輸出口，將首個比較點的輸出狀態(tài)、比較軸設(shè)置好之后，再設(shè)置比較點（即設(shè)置table寄存器，點數(shù)量等），設(shè)置比較點脈沖最大誤差等參數(shù)后，啟動比較。緊接著驅(qū)動軸運動即可。
脈沖偏差說明：2D模式下設(shè)置XY坐標(biāo)需要準(zhǔn)確，軸運動不到準(zhǔn)確的TABLE比較點時將無法觸發(fā)，3D模式同理。故多維比較模式引入一個特殊參數(shù)maxerr位置范圍偏差，左右范圍均有效，即實際位置坐標(biāo)點與TABLE的比較點的差值在maxerr范圍內(nèi)便有效，觸發(fā)時刻為當(dāng)前位置進入比較點的觸發(fā)范圍內(nèi)便觸發(fā)比較，比較范圍示意圖如下。
注意：maxerr的單位為脈沖數(shù)的偏差，不是距離的偏差。 如下圖所示，設(shè)置高速比較輸出口為0，首個比較點的輸出狀態(tài)為1，比較軸為0，1；設(shè)置兩個比較點，比較點坐標(biāo)分別為：（100，50），（160，80）。即當(dāng)軸運動到點（100，50）和點（160，80），誤差范圍在±50個脈沖左右的范圍時，都會觸發(fā)電平變化。
示波器波形如圖所示：在坐標(biāo)（100，50）時輸出為1，直到坐標(biāo)（160，80）的時候恢復(fù)為0。
（2）2D比較（模式26）
語法：HW_PSWITCH2(26，opnum，opstate，maxerr，num，tablepos，[ophwtimeus，ophwtimes，hwcyctimeus])
mode 26：二維的比較模式； opnum：對應(yīng)的輸出口； opstate：第一個比較點的輸出狀態(tài)； maxerr：比較位置每個軸左右的脈沖偏差，進入偏差范圍后開始比較，此參數(shù)不能寫0； num：table里面存儲的比較點坐標(biāo)個數(shù)； tablepos：第一個比較點坐標(biāo)所在table編號； * 以下參數(shù)和HW_TIMER二選一，HW_TIMER單獨寫可以動態(tài)調(diào)整參數(shù) * ophwtimeus：脈沖時間； ophwtimes：脈沖個數(shù)； hwcyctimeus：脈沖周期。
說明：比較點寫在TABLE中，兩個連續(xù)的TABLE數(shù)據(jù)組成一個2D坐標(biāo)，每到達一個比較位置觸發(fā)OP，每個比較點OP反轉(zhuǎn)的次數(shù)和反轉(zhuǎn)周期由HW_TIMER設(shè)置；到達下一個TABLE位置，OP再次觸發(fā)。類似模式7和模式36。
該模式主要功能為，碰到設(shè)置好的二維比較點之后，輸出口輸出一斷設(shè)置好的定時脈沖。 該模式使用時，需要指定高速輸出口，將首個比較點的輸出狀態(tài)、比較軸設(shè)置好之后，再設(shè)置比較點（即設(shè)置table寄存器，點數(shù)量等），設(shè)置好比較點之后再設(shè)置脈沖有效時間、脈沖周期時間，以及脈沖個數(shù)（重復(fù)次數(shù)），設(shè)置比較點的脈沖最大誤差等參數(shù)后，啟動比較。緊接著驅(qū)動軸運動即可。
如下圖所示，設(shè)置高速比較輸出口為0，首個比較點的輸出狀態(tài)為1，比較軸為0，1；設(shè)置兩個比較點，比較點坐標(biāo)分別為：（100，100），（200，200）。即當(dāng)軸運動到點（100，100），點（200，200），誤差范圍在±10個脈沖左右的范圍時，都會觸發(fā)兩個周期為60ms，脈沖有效時間為20ms的脈沖。
示波器波形如圖所示：在坐標(biāo)（100，100），（200，200）的時候都會觸發(fā)兩個周期為60ms，脈沖有效時間為20ms的脈沖。
3.三維比較模式
（1）3D比較（模式35）
語法：HW_PSWITCH2(35，opnum，opstate，maxerr，num，tablepos)
mode 35:三維的比較模式； opnum：對應(yīng)的輸出口； opstate：第一個比較點的輸出狀態(tài)； maxerr：比較位置每個軸左右的脈沖偏差，進入偏差范圍后開始比較，此參數(shù)不能寫0； num：table里面存儲的比較點坐標(biāo)個數(shù)； tablepos：第一個比較點坐標(biāo)所在table編號；
說明：比較點寫在TABLE中，三個連續(xù)的TABLE數(shù)據(jù)組成一個3D坐標(biāo)，每到達一個比較位置觸發(fā)OP，每個比較點OP反轉(zhuǎn)的次數(shù)和反轉(zhuǎn)周期由HW_TIMER設(shè)置；到達下一個TABLE位置，OP再次觸發(fā)。類似模式26和模式7。
該模式主要功能為，碰到設(shè)置好的三維比較點之后，輸出口電平反轉(zhuǎn)。
該模式使用時需要指定高速輸出口，將首個比較點的輸出狀態(tài)、比較軸設(shè)置好之后，再設(shè)置比較點（即設(shè)置table寄存器，點數(shù)量等），設(shè)置比較點的脈沖最大誤差等參數(shù)后，啟動比較。緊接著驅(qū)動軸運動即可。 如下圖所示，設(shè)置高速比較輸出口為0，首個比較點的輸出狀態(tài)為1，比較軸為0，1，2；設(shè)置4個比較點，比較點坐標(biāo)分別為：（80，40，20），（160，80，40），（240，120，60），（320，160，80）。即當(dāng)軸運動到點（80，40，20），（160，80，40），（240，120，60），（320，160，80），誤差范圍在±10個脈沖左右的范圍時，都會觸發(fā)電平變化。
示波器波形如圖所示：在坐標(biāo)（80，40，20），（160，80，40），（240，120，60），（320，160，80）時會發(fā)生電平變化。
核心程序示例：
?
/*參數(shù)：mode 25, 26 ,35,36.2D/3D的比較模式 Axisnum:軸數(shù)組 Opnum :對應(yīng)的輸出口 Opstate: 第一個比較點的輸出狀態(tài). maxerr:比較位置每個軸左右的脈沖偏差, 進入偏差范圍后開始比較. num :TABLE 里面存儲的比較點個數(shù). tablepos: 第一個比較點坐標(biāo)所在 TABLE 編號 與 hwtimer 并用時, 可以動態(tài)調(diào)整 hwtimer 參數(shù). ModePara1:脈沖時間 ModePara2:脈沖個數(shù) ModePara3:脈沖周期 */ int32 CMyControlDlg:: ZAux_Direct_HwPswitch2_2D(ZMC_HANDLE handle, int *Axisnum,int Mode,int Opnum , int Opstate,int maxerr,int num, int tablepos, float ModePara1, float ModePara2,float ModePara3) { if(0 > Axisnum[0] || Axisnum[0] > MAX_AXIS_AUX) { return ERR_AUX_PARAERR; } char cmdbuff[2048]; char tempbuff[2048]; char cmdbuffAck[2048]; //生成命令 sprintf(cmdbuff, "BASE(%d,%d) ", Axisnum[0], Axisnum[1]); switch(Mode) { case 25: sprintf(tempbuff, "HW_PSWITCH2(%d,%d,%d,%d,%d,%d)", Mode, Opnum, Opstate, maxerr,num,tablepos); strcat(cmdbuff, tempbuff); break; case 26: sprintf(tempbuff, "HW_PSWITCH2(%d,%d,%d,%d,%d,%d,%f,%f,%f)", Mode,Opnum, Opstate, maxerr,num,tablepos,ModePara1,ModePara2,ModePara3); strcat(cmdbuff, tempbuff); break; case 35: sprintf(tempbuff, "HW_PSWITCH2(%d,%d,%d,%d,%d,%d)", Mode, Opnum, Opstate, maxerr,num,tablepos); strcat(cmdbuff, tempbuff); break; case 36: sprintf(tempbuff, "HW_PSWITCH2(%d,%d,%d,%d,%d,%d,%f,%f,%f)", Mode,Opnum, Opstate, maxerr,num,tablepos,ModePara1,ModePara2,ModePara3); strcat(cmdbuff, tempbuff); break; default: return ERR_AUX_PARAERR; break; } //調(diào)用命令執(zhí)行函數(shù) int ret=ZAux_Execute(handle, cmdbuff, cmdbuffAck,2048); if (strlen(cmdbuffAck)!=0) return ERR_ACKERROR; return ret; }
?
（2）3D比較（模式36）
語法：HW_PSWITCH2(36，opnum，opstate，maxerr，num，tablepos， [ophwtimeus，ophwtimes，hwcyctimeus]) mode 36：三維的比較模式； opnum：對應(yīng)的輸出口； opstate：第一個比較點的輸出狀態(tài)； maxerr：比較位置每個軸左右的脈沖偏差，進入偏差范圍后開始比較，此參數(shù)不能寫0； num：table里面存儲的比較點坐標(biāo)個數(shù)； tablepos：第一個比較點坐標(biāo)所在table編號； * 以下參數(shù)和HW_TIMER二選一，HW_TIMER單獨寫可以動態(tài)調(diào)整參數(shù) * ophwtimeus：脈沖時間； ophwtimes：脈沖個數(shù)； hwcyctimeus：脈沖周期。
該模式主要功能為，碰到設(shè)置好的三維比較點之后，輸出口輸出一斷設(shè)置好的定時脈沖。 該模式使用時，需要指定高速輸出口，將首個比較點的輸出狀態(tài)、比較軸設(shè)置好之后，再設(shè)置比較點（即設(shè)置table寄存器，點數(shù)量等），設(shè)置好比較點之后再設(shè)置脈沖有效時間，脈沖周期時間，以及脈沖個數(shù)（重復(fù)次數(shù)），設(shè)置比較點的脈沖最大誤差等參數(shù)后，啟動比較。緊接著驅(qū)動軸運動即可。 如下圖所示，設(shè)置高速比較輸出口為0，首個比較點的輸出狀態(tài)為1，比較軸為0，1，2；設(shè)置4個比較點，比較點坐標(biāo)分別為：（80，40，20），（160，80，40），（240，120，60），（320，160，80）。 即當(dāng)軸運動到點（80，40，20），（160，80，40），（240，120，60），（320，160，80），誤差范圍在±10個脈沖左右的范圍時，都會觸發(fā)電平變化。都會觸發(fā)兩個周期為40ms，脈沖有效時間為20ms的脈沖。
示波器波形如圖所示：在坐標(biāo)（80，40，20），（160，80，40），（240，120，60），（320，160，80）時會觸發(fā)兩個周期為40ms，脈沖有效時間為20ms的脈沖。
核心程序示例：
?
/*參數(shù)：mode 25, 26 ,35,36.2D/3D的比較模式
Axisnum:軸數(shù)組
Opnum :對應(yīng)的輸出口
Opstate: 第一個比較點的輸出狀態(tài).
maxerr:比較位置每個軸左右的脈沖偏差, 進入偏差范圍后開始比較.
num:TABLE 里面存儲的比較點個數(shù).
tablepos: 第一個比較點坐標(biāo)所在 TABLE 編號
與 hwtimer 并用時, 可以動態(tài)調(diào)整 hwtimer 參數(shù).
ModePara1:脈沖時間
ModePara2:脈沖個數(shù)
ModePara3:脈沖周期
*/
int32 CMyControlDlg:: ZAux_Direct_HwPswitch2_2D(ZMC_HANDLE handle, int *Axisnum,int Mode,int Opnum , int Opstate,int maxerr,int num, int tablepos, float ModePara1, float ModePara2,float ModePara3)
{
if(0 > Axisnum[0] || Axisnum[0] > MAX_AXIS_AUX)
{
return ERR_AUX_PARAERR;
}
char cmdbuff[2048];
char tempbuff[2048];
char cmdbuffAck[2048];
//生成命令
sprintf(cmdbuff, "BASE(%d,%d)
", Axisnum[0], Axisnum[1]);
switch(Mode)
{
case 25:
sprintf(tempbuff, "HW_PSWITCH2(%d,%d,%d,%d,%d,%d)", Mode, Opnum, Opstate, maxerr,num,tablepos);
strcat(cmdbuff, tempbuff);
break;
case 26:
sprintf(tempbuff, "HW_PSWITCH2(%d,%d,%d,%d,%d,%d,%f,%f,%f)", Mode,Opnum, Opstate, maxerr,num,tablepos,ModePara1,ModePara2,ModePara3);
strcat(cmdbuff, tempbuff);
break;
case 35:
sprintf(tempbuff, "HW_PSWITCH2(%d,%d,%d,%d,%d,%d)", Mode, Opnum, Opstate, maxerr,num,tablepos);
strcat(cmdbuff, tempbuff);
break;
case 36:
sprintf(tempbuff, "HW_PSWITCH2(%d,%d,%d,%d,%d,%d,%f,%f,%f)", Mode,Opnum, Opstate, maxerr,num,tablepos,ModePara1,ModePara2,ModePara3);
strcat(cmdbuff, tempbuff);
break;
default:
return ERR_AUX_PARAERR;
break;
}
//調(diào)用命令執(zhí)行函數(shù)
int ret=ZAux_Execute(handle, cmdbuff, cmdbuffAck,2048);
if (strlen(cmdbuffAck)!=0)
return ERR_ACKERROR;
return ret;
}
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審核編輯：劉清
工商網(wǎng)監(jiān)
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