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EtherCAT運(yùn)動(dòng)控制器中脈沖接口的快速調(diào)試與診斷

2023/3/22 11:19:22

脈沖型驅(qū)動(dòng)器試運(yùn)行可借助ZDevelop軟件快速驗(yàn)證，主要包含以下四個(gè)部分：硬件接線，ZDevelop連接控制器，配置軸參數(shù)，發(fā)送運(yùn)動(dòng)命令查看電機(jī)是否轉(zhuǎn)動(dòng)。若無法運(yùn)行參見問題排查部分解決。

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一、硬件接線

以ZMC432總線運(yùn)動(dòng)控制器為例，支持EtherCAT、EtherNET、RS232、RS485、CAN、U盤等通訊接口，觀察控制器上的硬件接口，控制器參考架構(gòu)如下圖。

可通過EtherNET網(wǎng)口或RS232串口連接到ZDevelop軟件完成試運(yùn)行。

1.脈沖接口

正運(yùn)動(dòng)技術(shù)大部分控制器的脈沖控制接口為面板上提供的DB26母頭的端子，例如下圖ZMC432的AXIS端子，板載6個(gè)脈沖軸的接口。

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AIXS端子內(nèi)主要包含脈沖輸出的接線端子，編碼器反饋的接線端子，驅(qū)動(dòng)器的使能和報(bào)警信號(hào)，5V電源輸出和公共端，如下表所示。
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參考下圖完成控制器與驅(qū)動(dòng)器的脈沖控制接線，采用了差分接法，脈沖輸出包含四個(gè)端子PUL+、PUL-、DIR+、DIR-，分別與驅(qū)動(dòng)器一一對(duì)應(yīng)連接即可。

帶編碼器反饋的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，差分接線方式是將EA+、EA-、EB+、EB-、EZ+、EZ-分別連接編碼器。

再將針腳3接入驅(qū)動(dòng)器的使能端子上，用于控制器給驅(qū)動(dòng)器上使能信號(hào)。參考上圖。

AXIS 0 軸接口端子內(nèi)的使能信號(hào)為OUT12；

AXIS 1 軸接口端子內(nèi)的使能信號(hào)為OUT13；

依此類推。

使能操作：OP(12,ON)，OP(13,ON)等。

驅(qū)動(dòng)器報(bào)警信號(hào)通過針腳2傳入控制器，參考上圖。

AXIS 0 軸接口端子內(nèi)的報(bào)警信號(hào)為IN24；

AXIS 1 軸接口端子內(nèi)的報(bào)警信號(hào)為IN25；

依此類推。

驅(qū)動(dòng)器報(bào)警輸入信號(hào)需要使用ALM_IN指令配置：ALM_IN(0)=24，ALM_IN(1)=25等。

脈沖的單端連接方式如下圖，下圖采用共陽極的接法，將驅(qū)動(dòng)器的公共端接入DB26提供的+5V端子上。

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編碼器的單端接線圖如下，編碼器的A，B（無Z信號(hào)的型號(hào)只接AB兩相）與控制器正端子EA+、EB+一一對(duì)應(yīng)連接，控制器的負(fù)端子懸空，編碼器的0V或地線端子，連接控制器軸接口內(nèi)的GND端子即可，再按編碼器的供電要求接入電源。

2.IO接口

如下圖，ZMC432支持6路脈沖軸控制，IO口分普通IO口和高速IO口，普通IO口的響應(yīng)頻率為10KHz，高速IO口的響應(yīng)頻率為500KHz，ZMC432的高速IO口除了響應(yīng)更快之外，部分還集成了特殊功能，參見下文說明。

（1）輸出口

輸出口內(nèi)部電路如下圖，輸出口0-1支持PWM脈沖寬度調(diào)制輸出，同時(shí)還支持高速硬件比較輸出（PSO功能）。

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PSO功能：PSO（positionsynchronizedoutput）即位置同步輸出，本質(zhì)是通過采集實(shí)時(shí)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(jìn)行比較，控制OP高速同步輸出信號(hào)，PSO示意圖如下。

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PSO一般與激光器（或點(diǎn)膠噴射閥等設(shè)備）同步輸出信號(hào)進(jìn)行相位同步，在運(yùn)動(dòng)軌跡的所有階段以恒定的空間（或恒定時(shí)間）間隔觸發(fā)輸出開關(guān)，包括加速、減速和勻速段，從而實(shí)現(xiàn)脈沖能量均勻地作用在被加工物體上。

PSO功能的特點(diǎn)就是能高速且穩(wěn)定的輸出信號(hào)，因?yàn)檩敵鼍茸銐蚋?，所以能夠在整個(gè)運(yùn)動(dòng)軌跡中以固定的距離觸發(fā)輸出信號(hào)而不用考慮總體速度，即在直線部分以很快的速度運(yùn)動(dòng)，而在圓角部分減速的同時(shí)也能保證輸出間距恒定。

通常圓角加工部分在整個(gè)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(shí)，就可以最大限度地提高產(chǎn)能。

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PSO功能由HW_PSWITCH2指令實(shí)現(xiàn)，此指令有多種模式，支持等距輸出、固定周期輸出，自定義位置輸出等，精度高，響應(yīng)快，具體應(yīng)用方法參見歷史文章。

PWM功能：對(duì)支持PWM的OUT開啟PWM功能，需設(shè)置PWM的頻率和占空比，用于點(diǎn)膠閥的流速控制、激光器的功率控制等場合。

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（2）輸入口

輸入口內(nèi)部電路如下圖，輸入口IN0-1支持鎖存功能。

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鎖存：通過傳感器輸入信號(hào)，輸入口快速響應(yīng)并鎖存編碼器當(dāng)前的位置信息，支持單次鎖存和連續(xù)鎖存。

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二、ZDevelop連接控制器

采用正運(yùn)動(dòng)的ZDevelop開發(fā)軟件可快速完成設(shè)備的試運(yùn)行，控制器一般使用網(wǎng)口連接到ZDevelop，選擇IP地址連接，默認(rèn)出廠IP：192.168.0.11，注意控制器需與PC處于同一網(wǎng)段。

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也可以使用串口連接控制器，串口默認(rèn)參數(shù)波特率38400，數(shù)據(jù)位8，無校驗(yàn)，掉電后恢復(fù)默認(rèn)參數(shù)。

三、配置脈沖軸參數(shù)

連接控制器之后先使能驅(qū)動(dòng)器，根據(jù)硬件手冊(cè)描述的軸接口內(nèi)的使能信號(hào)OUT編號(hào)，發(fā)送OP（ionum,ON）打開使能，例如ZMC432發(fā)送OP（12,ON）使能AXIS 0上的驅(qū)動(dòng)器。

在線命令發(fā)送或視圖“輸出口”操作OP，上電即使能的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)無需此操作。

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以下軸參數(shù)可在“視圖”-“手動(dòng)運(yùn)動(dòng)”或“軸參數(shù)”窗口快速配置，或新建工程寫入指令語句下載到控制器。

1.BASE

BASE選擇脈沖軸接入的軸號(hào)，接在DB頭上軸編號(hào)即為面板上標(biāo)識(shí)的AXIS編號(hào)。

2.ATYPE

ATYPE設(shè)置軸的類型，不帶反饋的脈沖軸ATYPE=1/7，帶編碼器反饋的ATYPE=4/5，編碼器單獨(dú)接入設(shè)置ATYPE=3/6。
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3.UNITS

UNITS設(shè)置脈沖當(dāng)量，根據(jù)驅(qū)動(dòng)器的一圈脈沖數(shù)配置，作為控制器的基本單位，可設(shè)為電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)1°需要的脈沖數(shù)，驅(qū)動(dòng)器若10000個(gè)脈沖轉(zhuǎn)一圈，可設(shè)置為UNITS=10000/360。

換算關(guān)系：若UNITS=10000，直線命令MOVE(5)表示下發(fā)50000個(gè)脈沖；運(yùn)行速度SPEED=10，表示每秒下發(fā)100000個(gè)脈沖。

4.速度

SPEED運(yùn)行速度、ACCEL加速度、DECEL減速度等基礎(chǔ)速度參數(shù)的設(shè)置；SRAMP指令設(shè)置S曲線，延長加速的時(shí)間，速度變化更為平緩，減少抖動(dòng)，VP_MODE指令設(shè)置SS曲線，加速度平穩(wěn)過渡，使軌跡更柔順，沖擊更小。

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5. 確認(rèn)脈沖模式

控制器出廠默認(rèn)的脈沖模式是脈沖+方向，脈沖模式需要匹配才能運(yùn)行，需確認(rèn)驅(qū)動(dòng)器的脈沖模式。

控制器支持三種脈沖模式，脈沖+方向，雙脈沖和正交脈沖（4系列及以上支持）三種，正/負(fù)邏輯均可配置。

脈沖模式修改使用INVERT_STEP指令，初始值INVERT_STEP=0，脈沖+方向模式。

語法INVERT_STEP = mode

mode：模式選擇，缺省0，低8位（位0-位7）表示的模式值如下：
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各個(gè)模式對(duì)應(yīng)的電平如下：若極性對(duì)調(diào)，參考運(yùn)動(dòng)方向與原來相反。
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高8位（位8-位15）表示方向變化保護(hù)時(shí)間，單位微秒：0-255

設(shè)置方法：INVERT_STEP(軸號(hào)) = 256*100+6，雙脈沖模式6，保護(hù)時(shí)間100微秒。

6.運(yùn)動(dòng)

采用視圖菜單的手動(dòng)運(yùn)動(dòng)窗口或在線命令發(fā)送MOVE直線運(yùn)動(dòng)指令調(diào)試，通過DPOS目標(biāo)位置（或MPOS反饋位置）等獲取軸的運(yùn)動(dòng)情況，也可采用ZDevelop軟件的視圖窗口“示波器”實(shí)時(shí)采樣運(yùn)動(dòng)波形。

電機(jī)運(yùn)動(dòng)方向與電機(jī)極性設(shè)置和INVERT_STEP正/負(fù)邏輯設(shè)置有關(guān)。

7.參數(shù)查看

軸參數(shù)配置完成可再“軸參數(shù)”窗口查看，實(shí)時(shí)自動(dòng)刷新和顯示軸參數(shù)，支持雙擊直接修改配置參數(shù)。

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軸選擇：用于選擇要顯示的軸號(hào)信息。

參數(shù)選擇：用于自定義顯示關(guān)注的軸參數(shù)。

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8.異常報(bào)警

發(fā)生異常報(bào)警ZDevelop軟件的“命令與輸出”窗口打印錯(cuò)誤信息提示，或產(chǎn)生AXISSTATUS報(bào)警提示。

AXISSTATUS為軸狀態(tài)參數(shù)，用于判斷軸當(dāng)前是否發(fā)生異常，按位提示異常信息，可多種異常信息疊加，查詢下表確認(rèn)，例如AXISSTATUS顯示20h，表示當(dāng)前碰到負(fù)向硬限位，會(huì)導(dǎo)致軸立即停止。

AXISSTATUS顯示1000h，表示下發(fā)脈沖頻率太快，一般只有在高分辨率的設(shè)備會(huì)產(chǎn)生此類問題，出現(xiàn)此報(bào)警將MAX_SPEED改大即可解決。
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試運(yùn)行前要確保硬限位開關(guān)配置成功，作為機(jī)臺(tái)的安全保護(hù)，防止過沖。

機(jī)臺(tái)確認(rèn)可以動(dòng)作之后，通過DATUM指令配置回零模式，DATUM_IN指令配置原點(diǎn)傳感器映射到輸入口，回零說明參見歷史文章。

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硬限位開關(guān)是限制軸的最大“允許行進(jìn)范圍”的限位開關(guān)。硬限位開關(guān)是安裝在軸運(yùn)動(dòng)行程上的物理開關(guān)元件，一般是一個(gè)傳感器，硬限位開關(guān)由指令映射到相應(yīng)輸入開關(guān)信號(hào)上，根據(jù)開關(guān)信號(hào)是常開還是常閉確定是否要對(duì)信號(hào)進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，設(shè)置完成后，碰到硬限位開關(guān)，對(duì)應(yīng)軸立即停止運(yùn)動(dòng)，停止減速度為FASTDEC。

軟限位開關(guān)將限制軸的“工作范圍”，由指令直接設(shè)置限位位置，軸走到設(shè)置的DPOS坐標(biāo)位置后，立即采用減速度FASTDEC停止運(yùn)動(dòng)，根據(jù)實(shí)際需求配置軟限位。

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9.配置語法

FWD_IN = 正向硬限位接入的輸入口編號(hào)，-1取消映射；

REV_IN = 負(fù)向硬限位接入的輸入口編號(hào)，-1取消映射；

FS_LIMIT = 正向運(yùn)動(dòng)行程限制，取消設(shè)置較大值；

RS_LIMIT = 負(fù)向運(yùn)動(dòng)行程限制，取消設(shè)置較大值。

例如，ZDevelop軟件下方狀態(tài)欄提示axis0 alarm提示紅色的報(bào)警錯(cuò)誤，檢查軸參數(shù)中軸0的AXISSTATUS參數(shù)，提示30h，對(duì)照AXISSTATUS指令說明，得知發(fā)生的是正負(fù)限位報(bào)警，查看限位配置，即FWD_IN(0)=0，REV_IN(0)=1對(duì)應(yīng)的IN0，IN1的配置，以及其相關(guān)的輸入是否INVERT_IN反轉(zhuǎn)了電平狀態(tài)。

四、手動(dòng)運(yùn)動(dòng)快速調(diào)試

關(guān)閉所有除ZDevelop的軟件，同時(shí)使用ZDevelop連接控制器，下載空程序，按前面說明手動(dòng)設(shè)置選擇要調(diào)試的軸號(hào)、設(shè)置軸類型ATYPE、脈沖當(dāng)量UNITS、加速度ACCEL、減速度DECEL、速度SPEED，然后打開“視圖”-“手動(dòng)運(yùn)動(dòng)”，手動(dòng)操作電機(jī)試運(yùn)行。

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操作方法：按住“左”/“右”不放，電機(jī)持續(xù)運(yùn)動(dòng)，松開停止。“指令位置”顯示當(dāng)前發(fā)出的脈沖DPOS（單位為UNITS）。填寫“距離”參數(shù)，點(diǎn)擊“運(yùn)動(dòng)”，勾選“絕對(duì)”時(shí)，電機(jī)運(yùn)動(dòng)到距離參數(shù)位置；不勾選“絕對(duì)”時(shí)，電機(jī)按距離參數(shù)繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。

按照以上步驟設(shè)置之后，如果電機(jī)無法運(yùn)動(dòng)，參考下節(jié)說明排查。

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一、脈沖軸排查步驟

二、報(bào)錯(cuò)提示

驅(qū)動(dòng)器有無報(bào)警提示，若產(chǎn)生報(bào)警，根據(jù)報(bào)警錯(cuò)誤碼核對(duì)驅(qū)動(dòng)器手冊(cè)說明解決后重新運(yùn)行。

控制器端是否產(chǎn)生報(bào)警信息，根據(jù)ZDevelop報(bào)警打印的錯(cuò)誤信息、錯(cuò)誤碼或AXISSTATUS軸狀態(tài)提示，解除錯(cuò)誤后重新運(yùn)行。

三、參數(shù)設(shè)置不當(dāng)

檢查下列參數(shù)是否設(shè)置合理：

1.電機(jī)是否使能成功，電機(jī)軸無法用手撥動(dòng)即為成功使能；

2.下發(fā)運(yùn)動(dòng)的軸號(hào)一定要選擇正確，否則運(yùn)動(dòng)命令無法下發(fā)給該驅(qū)動(dòng)器；

3.軸的類型根據(jù)ATYPE指令的表格填寫正確類型，類型錯(cuò)誤控制器會(huì)報(bào)錯(cuò)，導(dǎo)致無法運(yùn)動(dòng)；

4.UNITS的值設(shè)置合理，脈沖下發(fā)速度太小導(dǎo)致電機(jī)動(dòng)作微弱，肉眼無法分辨是否運(yùn)動(dòng)；

5.下發(fā)運(yùn)動(dòng)指令后，軸參數(shù)窗口該軸的DPOS是否改變，未變表示脈沖并未發(fā)出，排查AXISSTATUS軸狀態(tài)有無提示，當(dāng)前軸接口是否損壞。

四、動(dòng)作不正確

1.電機(jī)只能單向運(yùn)動(dòng)，可能原因有：

（1）電機(jī)處于限位狀態(tài)，查看AXISSTATUS確認(rèn)；

（2）電機(jī)控制模式不對(duì)，INVERT_STEP設(shè)置為相應(yīng)的脈沖模式（雙脈沖或脈沖+方向）；

（3）電機(jī)接線問題，確認(rèn)接線。

2.DPOS和MPOS極性相反，或電機(jī)轉(zhuǎn)向與預(yù)期相反，解決辦法：

修改電機(jī)的極性，通過INVERT_STEP指令或驅(qū)動(dòng)器軟件修改。

接線錯(cuò)誤時(shí)注意事項(xiàng)：

⊙ 檢查脈沖接線和供電線路是否正確。

⊙ 檢查各模塊是否正確上電。

⊙ 檢查單端接線時(shí)確認(rèn)IO是否上電成功。

本次，正運(yùn)動(dòng)技術(shù)EtherCAT運(yùn)動(dòng)控制器中脈沖接口的快速調(diào)試與診斷，就分享到這里。

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審核編輯(

王靜

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