工控自動化技術文摘：EtherCAT運動控製器在數控加工手輪隨動中的應用

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EtherCAT運動控製器在數控加工手輪隨動中的應用
深圳市正運動技術有限公司

本文以正運動技術具備專用手輪接口的運動控製器ZMC408CE為例，介紹手輪、手輪的作用及原理、控製器手輪接口接線以及手輪程序配置。

01 手輪作用及原理

手輪也稱手搖脈衝發生器，主要用於數控機床、立體加工中心、臥式加工中心、龍門加工中心等數控設備。當手輪旋轉時，編碼器產生與手輪運動相對應的信號，通過數控係統選定座標並對座標進行定位。

手動脈衝發生器它中心有軸的光電碼盤，其上有環形通、暗的刻線，搖動手輪後，由光電發射和接收器件讀取，獲得2組正弦波信號HA、HB，每個正弦波相差90度相位差。由於HA、HB兩信號相差90度，可通過A相在前還是B相在前，給出正轉脈衝或反轉脈衝去控製伺服電機正轉或反轉。

02 手輪介紹

1. 通過手輪上的“軸選擇旋鈕”選擇需要移動的坐標軸；

2. 通過“倍率選擇旋鈕”選擇合適的移動倍（×1/×10/×100）；

3. 旋轉“手輪搖柄”移動坐標軸。順時針旋轉為正向移動，逆時針旋轉為負向移動，旋轉速度快慢可以控製坐標軸的運動速度；

4. 按鈕“急停”，緊急停止手輪運動；

5. 控製器手輪接口為雙排標準DB15母頭，需要手輪接頭為雙排標準DB15公頭。

手輪接口圖示

03 控製器手輪接口接線

1.硬件介紹

案例采用ZMC408CE運動控製器，具備專用的手輪接口。

ZMC408CE是正運動技術推出的一款高性能EtherCAT總線運動控製器，核心技術采用了先進的FPGA技術，實現硬件位置比較輸出、精準輸出功能，保證連續軌跡加工的出色性能和穩定性，以及動態數據捕獲的實時性，從而實現更加精準控製和提高生產效率和品質。

ZMC408CE支持EtherCAT總線軸 + 脈衝軸混合插補，可脫機或聯機運行，可控電機軸數8軸，特殊型號提供16或32軸可選，支持ZDevelop + 多種高級上位機混合編程，可以實現點位運動、電子凸輪、直線插補、圓弧插補、連續軌跡加工和30+種機器人模型的控製。

ZMC408CE產品亮點

1.高性能處理器，提升運算速度、響應時間和掃描周期等；

2.一維/二維/三維、多通道視覺飛拍，高速高精；

3.位置同步輸出PSO，連續軌跡加工中對精密點膠膠量控製和激光能量控製等；

4.多軸同步控製，多坐標係獨立控製等；

5.EtherCAT同步周期可快至125us；

6.EtherCAT總線和脈衝軸混合插補；

7.直線插補、任意空間圓弧插補、螺旋插補、樣條插補等；

8.應用靈活，可PC上位機開發，也可脫機獨立運行；

ZMC408CE視頻介紹

2.控製器手輪接口MPG定義

3.手輪接線參考

4.注意事項

手輪編碼器軸接口接線原理如上圖所示，手輪廠家的設計多種多樣，請先查看手輪內部的設計圖後與運動控製器確認正確後謹慎接線；請使用雙絞屏蔽線，尤其是環境惡劣的場合，務必使屏蔽層充分接地。

04 程序配置

1.參考以上手輪接線示意圖正確連接手輪和控製器；

2.上電後請選EtherNET、RS232、RS485任一種接口連接ZDevelop；

3. 配置軸號：該控製器手輪接口無可用默認AXIS軸號（映射需避開脈衝軸號），必須進行重映射，操作步驟如下：
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4. 配置IO：根據需要賦予軸選（HSX，HSY，HSZ，HSU）和倍率（HX1，HX10，HX100）以及緊急停止（HEMGN）功能；這些信號本質為數字輸入信號，有固定的編號（參見上節），但無固定的功能，需要ZDevelop開發；其名稱為推薦配置的功能，軸選即為CONNECT同步運動的被連接軸，倍率即CONNECT比率。

5.完成以上配置即可開始使用手輪。

程序示例如下，運行下方程序後，便可實現手輪的控製。

'不同控製器型號，手輪軸號，倍率和軸選擇IN編號不一樣，參考控製器使用手冊，本例程使用控製器型號為ZMC408CE
'不同手輪控製軸數不一樣，本例程控製軸數為6個

'軸號設置
global const axis_X  = 0    'X軸
global const axis_Y  = 1    'Y軸
global const axis_Z  = 2    'Z軸
global const axis_U  = 3    'U軸
global const axis_V  = 4    'V軸
global const axis_W  = 5    'W軸
global const def_R      = 8    '手輪默認軸號
global const axis_R  = 10    '手輪重新映射軸號 

'倍率IN編號設置
const io_Handlow = 42  '1倍率
const io_Handmid = 43  '10倍率
const io_Handhigh = 44  '100倍率

'軸選擇IN編號設置 
const io_HandX = 45    '手輪X軸
const io_HandY = 46    '手輪Y軸
const io_HandZ = 47     '手輪Z軸
const io_HandU = 48   '手輪U軸
const io_HandV = 49     '手輪V軸
const io_HandW = 50   '手輪W軸

'緊急停止信號IN編號設置
const io_HandEMGN = 51   '急停
global dim conflag      '手輪連接軸標記
conflag = -1
ATYPE(def_R) = 0 '還原軸 8 軸類型
ATYPE(axis_R) = 0 '還原軸 10 軸類型
AXIS_ADDRESS(axis_R) = (-1<<16)+ def_R '將 MPG 手脈軸地址映射到軸 10
ATYPE(axis_R) = 3 '設置手脈軸軸類型為正交編碼器類型
UNITS(axis_R) = 1 '設置手脈軸脈衝當量脈衝為單位
While 1
  if  in(io_handX) = on  then
    if in(io_handlow) = on then
      connect(1, axis_R) axis(axis_X)  '鏈接到軸X, 倍率 1
    elseif in(io_handmid) = on then
      connect(10, axis_R) axis(axis_X)  '鏈接到軸X, 倍率 10
    elseif in(io_handhigh) = on then
      connect(100, axis_R) axis(axis_X)  '鏈接到軸X, 倍率 100
    endif
    conflag = axis_X
  elseif  in(io_handY) = on  then
    if in(io_handlow) = on then
      connect(1, axis_R) axis(axis_Y)  
    elseif in(io_handmid) = on then
      connect(10, axis_R) axis(axis_Y)  
    elseif in(io_handhigh) = on then
      connect(100, axis_R) axis(axis_Y)  
    endif
    conflag = axis_Y
  elseif  in(io_handZ) = on  then
    if in(io_handlow) = on then
      connect(1, axis_R) axis(axis_Z)
    elseif in(io_handmid) = on then
      connect(10, axis_R) axis(axis_Z)  
    elseif in(io_handhigh) = on then
      connect(100, axis_R) axis(axis_Z)  
    end if
    conflag = axis_Z
  elseif  in(io_handU) = on  then
    if in(io_handlow) = on then
      connect(1, axis_R) axis(axis_U)
    elseif in(io_handmid) = on then
      connect(10, axis_R) axis(axis_U)  
    elseif in(io_handhigh) = on then
      connect(100, axis_R) axis(axis_U)  
    endif
    conflag = axis_U
  elseif  in(io_handV) = on  then
    if in(io_handlow) = on then
      connect(1, axis_R) axis(axis_V)
    elseif in(io_handmid) = on then
      connect(10, axis_R) axis(axis_V)  
    elseif in(io_handhigh) = on then
      connect(100, axis_R) axis(axis_V)  
    endif
    conflag = axis_V
  elseif  in(io_handW) = on  then
    if in(io_handlow) = on then
      connect(1, axis_R) axis(axis_W)
    elseif in(io_handmid) = on then
      connect(10, axis_R) axis(axis_W)  
    elseif in(io_handhigh) = on then
      connect(100, axis_R) axis(axis_W)  
    endif
    conflag = axis_W
  elseif conflag <> -1 then    '取消連接
    cancel(2) axis(conflag)
    conflag = -1
  elseif   in(io_HandEMGN) = off  then
      RAPIDSTOP(2)
  endif 
Wend

本次，正運動技術 EtherCAT運動控製器在數控加工手輪隨動中的應用，就分享到這裏。

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正運動技術專注於運動控製技術研究和通用運動控製軟硬件產品的研發，是國家級高新技術企業。正運動技術彙集了來自華為、中(zhong)興(xing)等(deng)公(gong)司(si)的(de)優(you)秀(xiu)人(ren)才(cai)，在(zai)堅(jian)持(chi)自(zi)主(zhu)創(chuang)新(xin)的(de)同(tong)時(shi)，積(ji)極(ji)聯(lian)合(he)各(ge)大(da)高(gao)校(xiao)協(xie)同(tong)運(yun)動(dong)控(kong)製(zhi)基(ji)礎(chu)技(ji)術(shu)的(de)研(yan)究(jiu)，是(shi)國(guo)內(nei)工(gong)控(kong)領(ling)域(yu)發(fa)展(zhan)最(zui)快(kuai)的(de)企(qi)業(ye)之(zhi)一(yi)，也(ye)是(shi)國(guo)內(nei)少(shao)有(you)、完整掌握運動控製核心技術和實時工控軟件平台技術的企業。主要業務有：運動控製卡_運動控製器_EtherCAT運動控製卡_EtherCAT控製器_運動控製係統_視覺控製器__運動控製PLC_運動控製_機器人控製器_視覺定位_XPCIe/XPCI係列運動控製卡等等。

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