快速入门 | 篇八：如何进行运动控制器EtherCAT总线的基础使用？

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之前正运动技术与大家分享了，运动控制器的固件升级、ZBasic程序开发、ZPLC程序开发、与触摸屏通讯和输入/输出IO的应用、运动控制器数据与存储的应用以及运动控制器ZCAN总线扩展模块的使用等。

今天，我们来讲解一下正运动技术运动控制器EtherCAT总线的基础使用。

教学视频

1、材料准备与控制器接线参考

材料准备：

1）电脑1台，安装ZDevelop3.01以上版本软件。

2）控制器1个。

3）24V直流电源2个（主电源，IO电源）。

4）总线驱动器+电机（或步进驱动器+电机）若干。

5）控制器接线端子若干。

6）网线若干。

7）连接线若干。

8）不同类型扩展模块多个（扩展模块接线参考参见下文）。

控制器接线参考

2、扩展模块的作用

当控制器自身的轴资源、IO资源不够用时，可采用扩展模块来扩展，可以扩展脉冲轴、数字量输入输出、模拟量输入输出这三种类型。只有带脉冲轴接口的扩展模块才支持扩展脉冲轴数，总线轴不可扩展。

扩展模块按连接方式可分为ZCAN总线扩展模块和EtherCAT扩展模块两类。

按产品系列划分，可分为ZCAN扩展模块，EtherCAT扩展模块、ZMIO300扩展模块三大类。

IO数字量扩展：ZMC控制器4系列及以上的型号IO点数可扩展至4096点。

AIO模拟量扩展：ZMC控制器4系列及以上的型号AIO点数可扩展至520点。

轴扩展：只能扩展脉冲轴，鉴于成本和使用方面，不建议使用过多轴扩展板，可选用支持脉冲轴数较多的控制器型号。

控制器可扩展的IO点数可在硬件手册或“命令与输出”窗口输入?*max打印查看。

3、EtherCAT总线扩展模块

EtherCAT总线扩展模块包含两个系列：可分为EIO扩展模块、ZMIO300-ECAT扩展模块。

EIO1616MT支持扩展数字量IO，包含16路输入和16路输出。

EIO24088可扩展数字量IO和脉冲轴，支持扩展8个脉冲轴，包含24路输入和8路输出。

ZMIO300-ECAT扩展模块为立式组合模块，可扩展数字量IO和模拟量。

EtherCAT通讯建议采用带屏蔽层的双绞线进行网络数据传输。

EIO1616MT

EIO24088

ZMIO300-ECAT+16DO+16DI+4DA+4AD

1）EIO扩展模块

A、EIO扩展模块使用EtherCAT总线扩展，可选型号如下表：

EIO1616双电源供电(除了主电源，IO也需要单独供电)，EIO24088为单电源供电。

扩展模块数字量IO接口默认支持NPN型。

EtherCAT扩展模块接线只需将各个模块的EtherCAT口相互连接即可，EIO扩展板带两个EtherCAT接口，EtherCAT IN口接主控制器，EtherCAT OUT口接下级扩展板或驱动设备，不可混用。

B、EIO扩展模块使用接线

EIO扩展接线参考如下：

ZMC432+EIO24088+EIO1616

2）ZMIO300-ECAT扩展模块

A、ZMIO300-ECAT扩展模块可搭配子模块如下表：

模拟量精度为16位，有NPN和PNP两种输入方式可选，数字量输入输出口带信号状态指示灯。

ZMIO300-16DO/ZMIO300-16DOP数字量输出需要一路电源单独供电。

B、ZMIO300-ECAT扩展模块使用接线

ZMIO300-ECAT扩展模块接线参考如下，与EIO扩展模块接线方法相同。

EtherCAT IN口与EtherCAT OUT口不可混用。

4、EtherCAT总线使用

EtherCAT总线上连接的电机则需要编写一段程序来进行使能。使能之后的应用与脉冲电机一致，运动指令都是相同的。初始化程序参见文章末尾。

初始化过程主要包含以下几个步骤：

1、总线扫描SLOT_SCAN (slot)

2、轴映射AXIS_ADDRESS，扩展模块IO映射NODE_IO

3、总线开启SLOT_START (slot)

4、清除驱动器错误DRIVE_CLEAR(0)

5、轴使能AXIS_ENABLE(单轴使能)，WDOG(总使能)

初始化成功后，便可以使用运动控制指令控制总线轴运转。

扩展的资源必须映射到控制器本地资源才可使用。

不同的EtherCAT扩展模块，IO映射、轴映射方法相同。

IO映射采用NODE_IO指令(数字量)、NODE_AIO指令(模拟量)设置，轴映射采用AXIS_ADDRESS指令映射轴号。

IO映射时先查看控制器自身的最大IO编号(包括外部IO接口和脉冲轴内的接口)，再使用指令设置。

若扩展的 IO与控制器自身IO编号重合，二者将同时起作用，所以IO映射的映射的编号在整个控制系统中均不得重复。

5、EtherCAT总线相关概念

总线相关指令参数会用到如下编号：

槽位号(slot)

槽位号是指控制器上总线接口的编号，缺省为0。当控制器上有多个总线接口，?*SLOT查看槽位号。

运动控制器支持单总线时，槽位号为0。

支持双总线时，EtherCAT总线槽位号为0，RTEX总线槽位号为1。

设备号(node)

设备号是指一个槽位上连接的所有设备的编号，从0开始，按设备在总线上的连接顺序自动编号，可以通过NODE_COUNT(slot)指令查看。

驱动器编号

控制器会自动识别出槽位上的驱动器，编号从0开始，按驱动器在总线上的连接顺序自动编号。

驱动器编号与设备号不同，只给槽位上的驱动器设备编号，其他设备忽略。

6、IO映射

1）数字量IO

NODE_IO指令设置设备的数字量IO起始编号，单个设备的输入输出的起始编号一样。必须总线扫描后才能设置。

语法：

NODE_IO(slot, node)=iobase

slot：槽位号，0-缺省

node：设备编号，编号从0开始

iobase：映射IO起始编号，设置结果只会是8的倍数

示例：

SLOT_SCAN(0) ‘扫描总线

IF NODE_COUNT(0)>0 THEN ‘判断槽位0上是否有设备

NODE_IO(0,0)=32 ‘设置槽位0接口设备0的IO起始编号为32

?NODE_IO(0,0) ‘打印出设备0的IO起始编号

ENDIF

2）模拟量IO

NODE_AIO指令设置设备的模拟量IO起始编号，单个设备的输入输出的起始编号一样。必须总线扫描后才能读取。

NODE_AIO(slot, node[,idir])=Aiobase

slot：槽位号，0-缺省

node：设备编号，编号从0开始

idir：AD/DA选择。0-缺省，同时设置AIN、AOUT，读取时只读AIN；3-AIN；4-AOUT

示例：

SLOT_SCAN(0) ‘扫描总线

IF NODE_COUNT(0)>0 THEN ‘判断槽位0上是否有设备

NODE_AIO(0,0,0)=8 ‘设置槽位0接口设备0的AIN和AOUT起始编号都为8

?NODE_AIO(0,0,0) ‘打印出设备0的AIO起始编号

ENDIF

7、EtherCAT总线轴映射

总线轴需要进行轴映射操作，采用AXIS_ADDRESS指令映射，操作方法如下：

AXIS_ADDRESS(轴号)=(槽位号<<16)+驱动器编号+1

轴映射写在总线初始化程序中，总线扫描之后，开启总线之前。

示例：

AXIS_ADDRESS (0)=(0<<16)+0+1 ‘第一个ECAT驱动器，驱动器编号0，绑定为轴0

AXIS_ADDRESS (2)=(0<<16)+1+1 ‘第二个ECAT驱动器，驱动器编号1，绑定为轴2

AXIS_ADDRESS (1)=(0<<16)+2+1 ‘第三个ECAT驱动器，驱动器编号2，绑定为轴1

ATYPE(0)=65 ‘设置为ECAT轴类型， 65-位置 66-速度 67-转矩

ATYPE(1)=65

ATYPE(2)=65

8、EtherCAT总线状态

使用编程软件成功连接到控制器之后，执行总线扫描之后，在线命令栏输入?*EtherCAT打印出每个NODE节点的状态。

Slot 0 contain 1 nodes：0槽位口共连接了1个设备

Lostcount 0-0：丢包数

Node：设备连接NODE编号

Status：设备连接状态，参考NODE_STATUS

Mainid：厂商ID

Productid：设备ID

Axises：设备总轴数

Alstate：设备OP状态

Node_profile：设备Profile设置

Bindaxis：映射到控制器的轴号，-1表示未映射

Drive_profile：设备收发PDO配置

Controlword：控制字

Drive_status：设备当前状态，参考DRIVE_STATUS

Drive_mode：设备控制模式

Target：电机位置

Encode：编码器位置

9、EtherCAT扩展模块参考配置

控制模块接线完成，使用ZDevelop软件连接上控制器，运行总线初始化程序，打开“控制器”-“控制器状态”窗口，查看槽位0节点信息，可以看到EtherCAT总线连接的全部设备的信息。

1）EIO扩展模块

控制模块配置：

1个ZMC432+1个EIO1616MT。

EIO1616MT的节点号为0，扩展的数字量输入IO编号为1024-1039共16个，扩展的数字量输出IO编号为1024-1039共16个。

NODE_IO(0,0)=1024

2）ZMIO300-ECAT扩展模块

控制模块配置：

1个ZMC432+1个ZMIO300-ECAT通讯模块+4个ZMIO300-16DI输入+2个ZMIO300-16DO输出+1个ZMIO300-4AD+1个ZMIO300-4DA。

NODE_IO(0,0)=32 ‘IO映射，起始编号从32开始，扩展了64个输入和32个输出

NODE_AIO(0,0,0)=4 ‘AIO映射，起始编号从4开始，扩展4个输入和4个输出

10、EtherCAT总线参考配置1

控制模块配置：

1个ZMC432+2个总线驱动器。

使用ZDevelop软件连接上控制器，执行完总线初始化程序后，打开“控制器”-“控制器状态”窗口，可查看槽位0节点信息，或在线命令栏输入?*EtherCAT打印出每个NODE节点的状态。

此时总线上可以扫描到两个节点，这两个节点均为总线驱动器，每个驱动器各带一个电机，将节点0的轴映射到轴6，将节点1的轴映射到轴7。

AXIS_ADDRESS(6)= (0<<16)+0+1 ‘映射轴号

AXIS_ADDRESS(7)=(0<<16)+1+1

ATYPE(6)=65 ‘设置控制模式，65-位置 66-速度 67-转矩

ATYPE(7)=65

在线命令栏输入?*EtherCAT打印信息如下：

11、EtherCAT总线参考配置2

控制模块配置：

1个ZMC432+1个EIO1616MT+2个总线驱动器。

此时总线上可以扫描到3个节点，0节点为EIO1616MT数字量IO扩展模块，带16进16出，IO映射编号范围为32-47，NODE_IO(0,0)=32

节点1和2均为总线驱动器，每个驱动器各带一个电机，将这两个轴的轴号分别映射为轴6、轴7。

在线命令栏输入?*EtherCAT打印信息如下：

12、EtherCAT总线初始化程序

此初始化程序为通用版本，以上几种配置均适用，使用时只需更改个别全局定义的参数即可。

运动控制模块根据实际使用情况编写。

'**********ECAT总线初始化主程序***********global CONST PUL_AxisStart   = 0    '本地脉冲轴起始轴号global CONST PUL_AxisNum   = 0    '本地脉冲轴轴数量global CONST Bus_AxisStart   = 6      '总线轴起始轴号global CONST Bus_NodeNum   = 1      '总线配置节点数量,用于判断实际检测到的从站数量是否一致global  MAX_AXISNUM        '最大轴数MAX_AXISNUM = SYS_ZFEATURE(0)   '自动获取控制器支持的轴数global Bus_InitStatus      '总线初始化完成状态Bus_InitStatus = -1global  Bus_TotalAxisnum    '检查扫描的总轴数delay(3000)        '延时3S等待驱动器上电，不同驱动器自身上电时间不同，具体根据驱动器调整延时?"总线通讯周期：",SERVO_PERIOD,"us"Ecat_Init()      '初始化ECAT总线 while (Bus_InitStatus = 0)  Ecat_Init()wendif Bus_InitStatus  = 1 then     '总线初始化是否完成  main()    '运动控制模块 endifEND'************ECAT总线初始化**********'初始流程:  slot_scan（扫描总线） ->   从站节点映射轴/io  ->  SLOT_START（启动总线） -> 初始化成功'***********************************global sub Ecat_Init()  LOCAL  Node_Num          '节点设备编号  LOCAL  Temp_Axis           '当前总线轴的轴号  LOCAL  Drive_Vender        '当前设备厂商编号  LOCAL  Drive_Device        '设备编号  LOCAL  Drive_Alias         '设备拨码ID  RAPIDSTOP(2)  for i=0 to MAX_AXISNUM - 1        '初始化还原轴类型              AXIS_ENABLE(i) = 0                 '关轴使能    atype(i)=0                          '设置为虚拟轴    AXIS_ADDRESS(i) =0    DELAY(10)              '防止所有驱动器全部同时切换使能导致瞬间电流过大  next  Bus_InitStatus = -1  Bus_TotalAxisnum = 0    '将扫描的总线总轴数置0  SLOT_STOP(0)          delay(200)  slot_scan(0)                      '扫描总线  if return then     ?"总线扫描成功","连接从站设备数："NODE_COUNT(0)    if NODE_COUNT(0) <> Bus_NodeNum then    '判断总线检测数量是否为实际接线数量      ?""        ?"扫描节点数量与程序配置数量不一致!" ,"配置数量:"Bus_NodeNum,"检测数量："NODE_COUNT(0)      Bus_InitStatus = 0    '初始化失败。报警提示      'return    endif       '"开始映射轴号"    for Node_Num=0 to NODE_COUNT(0)-1            '遍历扫描到的所有从站节点      Drive_Vender = NODE_INFO(0,Node_Num,0)        '读取设备厂商      Drive_Device = NODE_INFO(0,Node_Num,1)        '读取设备编号      Drive_Alias = NODE_INFO(0,Node_Num,3)        '读取设备拨码ID      if NODE_AXIS_COUNT(0,Node_Num) <> 0  then      '判断当前节点是否有电机        for j=0 to NODE_AXIS_COUNT(0,Node_Num)-1      '根据节点带的电机数量循环配置轴参数(针对一拖多驱动器)          Temp_Axis = Bus_AxisStart + Bus_TotalAxisnum    '轴号按NODE顺序分配，总线开始轴号+总线扫描轴号          'Temp_Axis = Drive_Alias              '轴号按驱动器设定的拨码分配（一拖多需要特殊处理）                    base(Temp_Axis)          AXIS_ADDRESS(Temp_Axis)= (0<<16)+ Bus_TotalAxisnum + 1  '映射轴号          ATYPE=65    '设置控制模式 65-位置 66-速度 67-转矩             disable_group(Temp_Axis)                      '每轴单独分组          Bus_TotalAxisnum=Bus_TotalAxisnum+1                  '总轴数+1        next      else                            'IO扩展模块        Sub_SetNodeIo(Node_Num,Drive_Vender,Drive_Device,1024 + 32*Node_Num)    '映射扩展模块IO        ?"扩展IO映射完成"        endif    next    ?"轴号映射完成","连接总轴数："Bus_TotalAxisnum    wa 200    SLOT_START(0)        '启动总线    if return then       wdog=1              '使能总开关      '?"开始清除驱动器错误"      for i= Bus_AxisStart to Bus_AxisStart + Bus_TotalAxisnum - 1         BASE(i)        DRIVE_CLEAR(0)        DELAY 50        '?"驱动器错误清除完成"        datum(0)            '清除控制器轴状态错误"        wa 100          '"轴使能"        AXIS_ENABLE=1      next      Bus_InitStatus  = 1      ?"轴使能完成"      '本地脉冲轴配置      for i = 0 to PUL_AxisNum - 1        base(PUL_AxisStart + i)        AXIS_ADDRESS  = (-1<<16) +  i        ATYPE = 4      next      ?"总线开启成功"          else      ?"总线开启失败"      Bus_InitStatus = 0    endif    else    ?"总线扫描失败"    Bus_InitStatus = 0  endifend sub'********总线IO模块映射********'通过NODE_IO(0,Node_Num)分配模块IO起始地址，不使用扩展模块的时候删掉此段'*****************************global sub Sub_SetNodeIo(iNode,iVender,iDevice,i_IoNum)  if  iVender = $41B then    '正运动IO扩展模块    NODE_IO(0,iNode) = i_IoNum    'NODE_AIO(0,iNode) = 4*（iNode+1）    ?"IO映射成功"  endifend sub
'**********运动控制模块********'初始化完成后，使用运动控制指令控制ECAT总线轴运动'*****************************global sub main()  RAPIDSTOP(2)  WAIT IDLE  BASE(6,7)          '选择总线轴轴号  ATYPE=65,65         UNITS=100,100      '脉冲当量设置  SPEED=100,100  ACCEL=1000,1000  DECEL=1000,1000  DPOS=0,0  MPOS=0,0  TRIGGER              '自动触发示波器  MOVE(100,100)             '先运动100,100位置  MOVECIRC(200,0,100,0,1)  '半径100顺时针画半圆，终点坐标（300,100）end sub