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• 關鍵詞：正運動技術,EtherCAT,運動控制卡

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• 摘要：今天，正運動技術給大家分享一下EtherCAT運動控制卡之ECI2828如何使用C#進行設置前瞻功能并使用在連續插補運動中。

一運動控制卡硬件介紹

ECI2828系列運動控制卡支持多達 16 軸直線插補、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、虛擬軸、機械手指令等；采用優化的網絡通訊協議可以實現實時的運動控制。

ECI2828系列運動運動控制卡支持以太網，232 通訊接口和電腦相連，接收電腦的指令運行，可以通過EtherCAT總線和CAN總線去連接各個擴展模塊，從而擴展輸入輸出點數或運動軸。

ECI2828系列運動控制卡的應用程序可以使用 VC,VB，VS，C++，C#等軟件來開發，程序運行時需要動態庫 zmotion.dll。調試時可以把ZDevelop軟件同時連接到控制器，從而方便調試、方便觀察。

二C#語言運動控制開發

（一）新建WinForm項目并添加函數庫

1.在VS2015菜單“文件”→“新建”→“項目”，啟動創建項目向導。

2.選擇開發語言為“Visual C#”和.NETframework 4以及Windows 窗體應用程序。

3.找到廠家提供的光盤資料里面的C#函數庫，路徑如下(64位庫為例)：

1）進入廠商提供的光盤資料找到“8.PC函數”文件夾，并點擊進入。

2）選擇“函數庫2.1”文件夾。

3）選擇“Windows平臺”文件夾。

4）根據需要選擇對應的函數庫這里選擇64位庫。

5）解壓C#的壓縮包,里面有C#對應的函數庫。

6）函數庫具體路徑如下。

4.將廠商提供的C#的庫文件以及相關文件復制到新建的項目中。

1）將zmcaux.cs文件復制到新建的項目里面中。

2）將zaux.dll和zmotion.dll文件放入bindebug文件夾中。

5.用vs打開新建的項目文件，在右邊的解決方案資源管理器中點擊顯示所有，然后鼠標右鍵點擊zmcaux.cs文件，點擊包括在項目中。

6.雙擊Form1.cs里面的Form1，出現代碼編輯界面，在文件開頭寫入 using cszmcaux,并聲明控制器句柄g_handle。

至此項目新建完成，可進行C#項目開發。

（二）查看PC函數手冊

1.PC函數手冊也在光盤資料里面，具體路徑如下：“光盤資料8.PC函數函數庫2.1Motion函數庫編程手冊 V2.1.pdf”。

2.PC編程，一般如果網口對控制器和工控機進行鏈接。網口鏈接函數接口是ZAux_OpenEth（）；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對控制器的控制。

ZAux_OpenEth()接口說明：

項目應用截圖：

3.使用連續插補運動相關的指令操作鏈接句柄“g_handle”，對控制器進行連續插補運動控制，連續插補運動相關的指令如下。

ZAux_Direct_MoveAbs絕對直線插補運動指令：

ZAux_Direct_Move相對直線插補運動指令：

ZAux_Direct_MoveCirc2Abs三點定圓絕對圓弧插補指令：

ZAux_Direct_MoveCirc2三點定圓相對對圓弧插補指令：

ZAux_Direct_MHelical2Abs三點定圓絕對螺旋插補指令：

ZAux_Direct_MHelical2Abs三點定圓絕對螺旋插補指令：

ZAux_Direct_MHelical三點定圓相對螺旋插補指令：

ZAux_Direct_SetCornerMode前瞻模式設置指令:

ZAux_Direct_SetDecelAngle拐角減速減速角度設置指令：

ZAux_Direct_SetStopAngle拐角減速停止角度設置指令：

ZAux_Direct_SetFullSpRadius小圓限速限速半徑設置指令：

ZAux_Direct_SetZsmooth自動倒角倒角半徑設置指令：

緩沖區指令：

ZAux_Direct_GetRemain_LineBuffer獲取剩余緩沖區大小指令：

（三）C#進行小線段前瞻連續插補運動開發

1.小線段前瞻連續插補運動控制人機交互界面如下。

2.CornerMode功能前瞻設置說明：

系統的速度前瞻功能，一方面可以對指令進行整體規劃，即對各段速度進行整體規劃，再配合指令段內的加減速控制，可以使機床保持高速運行提高效率，使負載運動更加流暢，告別停停走走，系統通過Merge 速度融合功能實現；另一方面，再保證高速運行基礎上為了限制機械沖擊和過切等，還需進行減速識別，通過提前識別軌跡變化，從而按照安全的減速度提前減速，系統通過減速/停止融合功能、 抑制沖擊功能實現。整體來看，速度前瞻功能既可提升整機效率，也可減少沖擊增加柔性，降低零部件磨損，增加設備使用壽命。

1）拐角減速：

拐角減速功能解決的問題是：當指令間夾角過大時，如果仍以較大速度運行，會在夾角處產生較大的機械沖擊，軌跡偏離。

控制器會對指令間軌跡變化的夾角進行提前識別，比較其與減速/停止角的大小關系，提前決定是否進行減速，保證在指令連接處平穩過渡。

如圖，OA過渡AB段位置時角度小于減速角度則，S1-S2段不進行減速，AB過渡BC段時角度大于減速角度則進行減速處理過渡過程如S2-S3段，BC過渡CD段角度大于停止角度速度需要降到零如S3-S4段位置處理。

2）小圓限速：

小圓限速功能用于處理，在運行軌跡中可能運行圓弧軌跡擬合成的小圓，由于角度偏轉較大導致出現軌跡偏轉，因此在這種位置需要進行速度限制的處理。開啟小圓限速，小圓半徑超過限速半徑的時候不會對速度限制，小圓半徑小于限速半徑的時候則會開始對速度進行限制。

如圖：

小圓半徑100，限速半徑50：

小圓半徑100，限速半徑150：

3）自動倒角：

自動倒角功能一般是用于拐角處按照一定的倒角半徑進行軌跡的弧度化處理，使速度變化更平滑。如圖：

未倒角：

設置倒角后軌跡：

3.例程簡易流程圖。

4.在Form1的構造函數中調用接口ZAux_OpenEth（），使在系統初始化的時候自動鏈接控制器。

public Form1()

{

    InitializeComponent();

    //鏈接控制器 

    zmcaux.ZAux_OpenEth("192.168.0.11", out g_handle);

    if (g_handle != (IntPtr)0)

    {

          MessageBox.Show("控制器鏈接成功!", "提示");

          timer1.Enabled = true;

    }

    else

    {

          MessageBox.Show("控制器鏈接失敗，請檢測IP地址!", "警告");

    }

}

5.通過定時器更新控制器軸狀態：當前坐標、外設信息等等。

//定時器刷新

private void timer1_Tick(object sender, EventArgs e)

{

      int[] runstate = new int[4];

      float[] curpos = new float[4];

      int RemainBuffer = 0;

      for (int i = 0; i < 4; i++)

      {

            zmcaux.ZAux_Direct_GetIfIdle(g_handle, i, ref runstate[i]);

            zmcaux.ZAux_Direct_GetDpos(g_handle, i, ref curpos[i]);

      }

      zmcaux.ZAux_Direct_GetRemain_LineBuffer(g_handle, 0, ref RemainBuffer);

      label_runstate.Text = "x:" + curpos[0] + "  y:" + curpos[1] + "  z:" + curpos[2] + " 剩余緩沖數: " + RemainBuffer + Convert.ToString(runstate[0] == 0 ? "   運行狀態：運行" : "    運行狀態：停止");

}

6.通過啟動按鈕的事件處理函數來設置軸參數以及前瞻參數并開始運動。

//啟動

private void Button_start_Click(object sender, EventArgs e)

{

    if (g_handle == (IntPtr)0)

    {

        MessageBox.Show("未鏈接到控制器!", "提示");

    }

    else

    {

        int RemainBuffer = 0;

        int CornerMode = 0;

        int[] axislist  = {0,1,2};

        float[] poslist = { Convert.ToSingle(endpos1.Text), Convert.ToSingle(endpos2.Text), Convert.ToSingle(endpos3.Text)};

        float[] midlist = { Convert.ToSingle(midpos1.Text), Convert.ToSingle(midpos2.Text), Convert.ToSingle(midpos3.Text) };

        float[] firstlist = { Convert.ToSingle(firstpos1.Text), Convert.ToSingle(firstpos2.Text), Convert.ToSingle(firstpos3.Text) };

        float[] seclist = { Convert.ToSingle(secpos1.Text), Convert.ToSingle(secpos2.Text), Convert.ToSingle(secpos3.Text) };

        float[] thirdlist = { Convert.ToSingle(thirdpos1.Text), Convert.ToSingle(thirdpos2.Text), Convert.ToSingle(thirdpos3.Text) };

        float[] fourlist = { Convert.ToSingle(fourpos1.Text), Convert.ToSingle(fourpos2.Text), Convert.ToSingle(fourpos3.Text) };

        float[] fivelist = { Convert.ToSingle(fivepos1.Text), Convert.ToSingle(fivepos2.Text), Convert.ToSingle(fivepos3.Text) };

        float[] sixlist = { Convert.ToSingle(sixpos1.Text), Convert.ToSingle(sixpos2.Text), Convert.ToSingle(sixpos3.Text) };

        zmcaux.ZAux_Direct_base(g_handle, 3, axislist); //選擇運動軸列表

        zmcaux.ZAux_Direct_SetMerge(g_handle, axislist[0], 1);

        //插補運動使用的是主軸參數，及base的第一個軸

        zmcaux.ZAux_Direct_SetSpeed(g_handle, axislist[0],Convert.ToSingle(textBox_speed.Text));

        zmcaux.ZAux_Direct_SetAccel(g_handle, axislist[0], Convert.ToSingle(textBox_acc.Text));

        zmcaux.ZAux_Direct_SetDecel(g_handle, axislist[0], Convert.ToSingle(textBox_dec.Text));

        if (checkBox1.Checked == true)

            CornerMode += 2;

        if (checkBox2.Checked == true)

            CornerMode += 8;

        if (checkBox3.Checked == true)

            CornerMode += 32;

        //設置前瞻模式及對應參數

        zmcaux.ZAux_Direct_SetCornerMode(g_handle, axislist[0], CornerMode);

        zmcaux.ZAux_Direct_SetDecelAngle(g_handle, axislist[0], Convert.ToSingle(textBox_DecelAngle.Text));

        zmcaux.ZAux_Direct_SetStopAngle(g_handle, axislist[0], Convert.ToSingle(textBox_StopAngle.Text));

        zmcaux.ZAux_Direct_SetFullSpRadius(g_handle, axislist[0], Convert.ToSingle(textBox_SpRadius.Text));

        zmcaux.ZAux_Direct_SetZsmooth(g_handle, axislist[0], Convert.ToSingle(textBox_ZSmooth.Text));

        zmcaux.ZAux_Direct_SetForceSpeed(g_handle, axislist[0], Convert.ToSingle(textBox_speed.Text));

        //觸發示波器

        zmcaux.ZAux_Trigger(g_handle);

        if (run_mode == 1)          //絕對

        {

    //判斷緩沖區，如果緩沖不夠則等待完成再加載指令

            while (RemainBuffer < 50)

                zmcaux.ZAux_Direct_GetRemain_LineBuffer(g_handle, axislist[0], ref RemainBuffer);

            switch (move_mode)

            { 

                case 2:     //XY圓弧

                    zmcaux.ZAux_Direct_MoveCirc2Abs(g_handle,2,axislist, midlist[0], midlist[1],poslist[0], poslist[1]);

                    break;

                case 3:     //XYZ直線

                    zmcaux.ZAux_Direct_MoveAbs(g_handle, 3, axislist, firstlist);

                    zmcaux.ZAux_Direct_MoveAbs(g_handle, 3,axislist, seclist);

                    zmcaux.ZAux_Direct_MoveAbs(g_handle, 3, axislist, thirdlist);

                    zmcaux.ZAux_Direct_MoveAbs(g_handle, 3, axislist, fourlist);

                    zmcaux.ZAux_Direct_MoveAbs(g_handle, 3, axislist, fivelist);

                    zmcaux.ZAux_Direct_MoveAbs(g_handle, 3, axislist, sixlist);

                    break;

                case 4:      //螺旋插補   

                    zmcaux.ZAux_Direct_MHelical2Abs(g_handle, 3, axislist, midlist[0], midlist[1], poslist[0], poslist[1], poslist[2], 0);

                    break;

                default:

                    break;

            }

        }

        else

        {

            switch (move_mode)

            {

                case 2:

                    zmcaux.ZAux_Direct_MoveCirc2(g_handle, 2, axislist, midlist[0], midlist[1], poslist[0], poslist[1]);

                    break;

                case 3:

                    zmcaux.ZAux_Direct_Move(g_handle, 3, axislist, firstlist);

                    zmcaux.ZAux_Direct_Move(g_handle, 3, axislist, seclist);

                    zmcaux.ZAux_Direct_Move(g_handle, 3, axislist, thirdlist);

                    zmcaux.ZAux_Direct_Move(g_handle, 3, axislist, fourlist);

                    zmcaux.ZAux_Direct_Move(g_handle, 3, axislist, fivelist);

                    zmcaux.ZAux_Direct_Move(g_handle, 3, axislist, sixlist);

                    break;

                case 4:

                    zmcaux.ZAux_Direct_MHelical2(g_handle, 3, axislist, midlist[0], midlist[1], poslist[0], poslist[1], poslist[2], 0);

                    break;

                default:

                    break;

            }        

        }

    }

}

7.通過坐標清零按鈕的事件處理函數來重置當前運動坐標位置。

（四）調試與監控

編譯運行例程，同時連接ZDevelop軟件進行調試，對運動控制的軸參數和運動情況進行監控。

使用不同的前瞻模式以及參數會導致速度和運行軌跡發生變化，如下面加工軌跡以及對應的運行軌跡以及速度曲線圖：

拐角減速開啟，運動達到減速條件：

拐角減速關閉：

倒角未開啟：

倒角開啟，拐角位置圖形變平滑：

小圓半徑大于限速半徑，速度正常達到頂點：

小圓半徑小于限速半徑，速度受到限制：

本次，正運動技術EtherCAT運動控制卡小線段前瞻的連續插補運動，就分享到這里。

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關于正運動技術

正運動技術專注于運動控制技術研究和通用運動控制軟硬件產品的研發，是國家級高新技術企業，主要產品有運動控制器、運動控制卡、視覺運動控制一體機、人機界面以及擴展模塊等。

正運動技術匯集了來自華為、中興等公司的優秀人才，在堅持自主創新的同時，積極聯合各大高校協同運動控制基礎技術的研究，是國內工控領域發展最快的企業之一，也是國內少有、完整掌握運動控制核心技術和實時工控軟件平臺技術的企業。