導(dǎo)讀

面對(duì)一臺(tái)ZMC600E運(yùn)動(dòng)控制器與多臺(tái)伺服電機(jī)，我們?cè)撛鯓幼屗ぷ髌饋恚勘疚膸懔私?a target="_blank">PLCOPen，并詳細(xì)講解如何使用AWStudio控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)。

在自動(dòng)化領(lǐng)域，運(yùn)動(dòng)控制是一件很復(fù)雜的事情，包含了上位機(jī)通訊，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線通信協(xié)議，運(yùn)動(dòng)控制算法，伺服電機(jī)控制等領(lǐng)域知識(shí)。致遠(yuǎn)電子自主研發(fā)的AWStudio 的 AWPLC 解決方案可以快速實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制編程。

AWStudio 的邏輯組態(tài)提供了符合 IEC61131-3 標(biāo)準(zhǔn)的 ST 語(yǔ)言編程環(huán)境，該開發(fā)環(huán)境和運(yùn)行時(shí)均是由 ZLG 致遠(yuǎn)電子自主研發(fā)，提供了帶智能提示的代碼編輯器，以及多種程序調(diào)試手段，讓用戶可以輕松開發(fā) PLC 程序。AWPLC 提供了 PLC 的運(yùn)行時(shí)環(huán)境，可以運(yùn)行用戶開發(fā)的 PLC 程序（開發(fā)環(huán)境生成的二進(jìn)制文件），進(jìn)而控制硬件 IO 或電機(jī)伺服器等按程序邏輯進(jìn)行工作。AWPLC 運(yùn)行時(shí)環(huán)境是一個(gè)軟 PLC 的引擎，需要在一個(gè)硬件載體上運(yùn)行，比如 ZLG 致遠(yuǎn)電子的運(yùn)動(dòng)控制器，或者 PC 機(jī)等。PLCOPen 是總部在歐洲的 IEC61131-3 推廣團(tuán)體，目的是為了使得不同 PLC 廠家的產(chǎn)品應(yīng)用編程通用化，消除產(chǎn)品技術(shù)差異和壁壘，在用戶選用不同品牌 PLC 時(shí)，不必另外學(xué)習(xí)相應(yīng)的編程方法。PLCOPen 對(duì)運(yùn)動(dòng)控制功能塊 MC 的技術(shù)規(guī)格進(jìn)行了約定，包括 MC 功能模塊的命名、具體功能、輸入輸出變量定義、相關(guān)時(shí)序邏輯等，最大限度地保證用戶編程技術(shù)的互通。AWStudio提供了支持PLCOPen規(guī)范的運(yùn)動(dòng)控制接口，包含了 MC_Power、MC_MoveAbsolute、MC_MoveRelative、MC_Reset等單軸功能塊。接下來，我們介紹如何通過 AWStudio 快速地創(chuàng)建ZMC600E應(yīng)用示例：控制 ZMC600E 打印字符，通過EtherCAT控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。

?編譯環(huán)境搭建

首先需要搭建編譯環(huán)境，準(zhǔn)備硬件和軟件。

1. 必備硬件

x86架構(gòu)Windows系統(tǒng)的個(gè)人電腦；

ZMC600E運(yùn)動(dòng)控制器；

支持EtherCAT 協(xié)議的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和伺服電機(jī)。

2. 軟件工具

電腦端安裝 AWStudio 軟件 ；

ZMC600E端安裝 awplc運(yùn)行時(shí)。

配置電腦與ZMC600E設(shè)備的連接：使用網(wǎng)線連接windows10電腦端網(wǎng)絡(luò)端口與ZMC600E 運(yùn)動(dòng)控制器的NET2網(wǎng)絡(luò)端口，在電腦上配置在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng)。配置ZMC600E設(shè)備與從站的連接，使用網(wǎng)線連接ZMC600E運(yùn)動(dòng)控制器的ECAT網(wǎng)絡(luò)端口與從站網(wǎng)絡(luò)端口。

?新建工程雙擊AWStudio圖標(biāo)啟動(dòng)程序。

圖1 AWstudio界面圖接下來創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)控制器解決方案。

圖2 新建解決方案對(duì)話框圖

1. 單擊工具欄的【新建】按鈕。
2. 選擇【運(yùn)動(dòng)控制器】-【AWPLC編程】解決方案。
3. 修改解決方案名稱。
4. 點(diǎn)擊【確定】按鈕。

圖3 新建解決方案對(duì)話框圖選擇控制器型號(hào)為ZMC600E，點(diǎn)擊【確定】按鈕。

圖4 選擇運(yùn)動(dòng)控制器型號(hào)圖打開了空白項(xiàng)目。

圖5 打開空白控制器項(xiàng)目

?編寫簡(jiǎn)單腳本

我們嘗試編寫一個(gè)簡(jiǎn)單的st腳本，腳本功能是打印字符串。新建一個(gè)整型變量。

1. 單擊main.st激活編輯頁(yè)
2. 單擊變量新建的【+】按鈕
3. 輸入變量名
4. 單擊類型選擇下拉按鈕
5. 單擊以選擇類型
6. 點(diǎn)擊【確定】按鈕

圖6新建變量對(duì)話框

編寫st腳本，包含兩條語(yǔ)句：計(jì)數(shù)遞增，打印計(jì)數(shù)。

PRINT_STR('cnt = ' + DWORD_TO_STRING(cnt));cnt := cnt + 1;

圖7 代碼編輯圖

POU調(diào)度程序會(huì)在每個(gè)周期調(diào)用main.st程序。

?仿真運(yùn)行程序

AWStudio提供了仿真模式，無需連接目標(biāo)設(shè)備，程序可以運(yùn)行于windows系統(tǒng)的仿真器。

圖8 工程啟動(dòng)過程圖

1. 點(diǎn)擊界面下方的【輸出】按鍵。
2. 選擇【輸出】-【啟動(dòng)Solution】子頁(yè)。
3. 點(diǎn)擊工具欄的【啟動(dòng)】按鈕，【啟動(dòng)】按鈕切換成【停止】按鈕。；
4. 觀察【輸出】文本框，將會(huì)顯示打印內(nèi)容。
5. 點(diǎn)擊電機(jī)工具欄的【停止】按鈕。

可以在輸出-啟動(dòng)區(qū)域看到打印結(jié)果，計(jì)數(shù)每次累加1并打印到屏幕。 ?在目標(biāo)設(shè)備運(yùn)行連接ZMC600E設(shè)備運(yùn)行。

1. 點(diǎn)擊設(shè)備下拉按鈕。
2. 電機(jī)刷新搜索設(shè)備按鈕。
3. 單擊選擇設(shè)備。

圖9 設(shè)備連接示意圖

輸入管理密碼，登錄到設(shè)備。

圖10 登錄對(duì)話框圖登錄成功時(shí)，下方狀態(tài)欄會(huì)顯示連接設(shè)備和對(duì)應(yīng)的MAC地址。

在設(shè)備端運(yùn)行st腳本。

圖11 設(shè)備端啟動(dòng)過程圖

點(diǎn)擊工具欄的【啟動(dòng)】按鈕，【啟動(dòng)】按鈕切換成【停止】按鈕。

觀察【輸出】文本框，將會(huì)顯示打印內(nèi)容。

點(diǎn)擊電機(jī)工具欄的【停止】按鈕。

可以在輸出文本框區(qū)域看到打印結(jié)果，計(jì)數(shù)每次累加1并打印到屏幕。

在電腦端編寫代碼，單擊一個(gè)按鈕就能編譯程序并在設(shè)備端運(yùn)行程序，非常方便。實(shí)際上 AWStudio在后臺(tái)做了編譯相關(guān)工作，把構(gòu)建好的st程序打包發(fā)送到 ZMC600E設(shè)備，并通知守護(hù)進(jìn)程啟動(dòng)st腳本程序。

?添加主站從站

ZMC600E控制器通過 EtherCAT 協(xié)議連接了從站設(shè)備（電機(jī)驅(qū)動(dòng)器）。首先添加一個(gè) EtherCAT 主站總線，如下圖。

圖12 添加總線對(duì)話框圖

ZMC600E充當(dāng)主站控制器，需要配置總線網(wǎng)口。

圖13 資源連接對(duì)話框圖

接下來添加從站設(shè)備。打開添加從站對(duì)話框。

圖14 打開添加從站對(duì)話框圖搜索并添加從站。

圖15 添加從站圖

從站添加成功，右邊是從站詳細(xì)配置頁(yè)面。

圖16 從站詳細(xì)配置圖

從站編輯頁(yè)可以配置從站子頁(yè)，變量子頁(yè)，F(xiàn)MMU/SM子頁(yè)，郵箱子頁(yè)，初始化命令子頁(yè)，分布時(shí)鐘子頁(yè)。變量頁(yè)包含了PDO詳細(xì)信息，是從站的核心配置。AWStudio提供了自動(dòng)映射機(jī)制，可以自動(dòng)拆包解析PDO變量，避免了用戶直接處理繁瑣又容易出錯(cuò)的PDO。這里我們跳過配置流程，直接使用默認(rèn)配置。如果有多個(gè)從站設(shè)備，需要重復(fù)上述流程添加從站。

?電機(jī)配置

打開電機(jī)配置頁(yè)面。

圖17 Cia402電機(jī)配置圖

映射關(guān)系頁(yè)面，可以查看或修改綁定的變量名。第一個(gè)從機(jī)的電機(jī)變量名稱默認(rèn)為“CiA402_AXIS_0”，該電機(jī)變量就是 PLCOPen 中的軸對(duì)象，后續(xù)我們寫代碼需要用到該變量。

圖18 電機(jī)映射關(guān)系配置頁(yè)面

通用頁(yè)面，可以編輯軸安全配置。

圖19 電機(jī)通用配置頁(yè)面

軸的虛擬模式開關(guān)，支持在仿真模式下模擬軸運(yùn)行，虛擬電機(jī)的控制模式和位置。仿真模式下能模擬EtherCAT主站和從站電機(jī)，便于用戶不連接設(shè)備也能調(diào)試腳本。

切換到縮放/映射頁(yè)面。默認(rèn)脈沖比是1：1，不需要特別配置。

圖20 電機(jī)縮放/映射配置頁(yè)面

如果縮放比分子調(diào)的比較大，則后面的代碼中的運(yùn)動(dòng)功能塊的位置和速度和加速度就需要調(diào)小。

?電機(jī)編程

由于AWStudio提供了PDO映射，所以我們可以免于管理主站和解析變量。此外AWStudio提供了PLCOPen運(yùn)動(dòng)接口，用戶可以方便地控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)，避免直接管理電機(jī)控制和狀態(tài)的字典變量。接下來我們使用PLCOPen接口編寫電機(jī)使能代碼和電機(jī)運(yùn)動(dòng)代碼。

軸是對(duì)伺服電機(jī)的高級(jí)抽象，避免了直接處理從站電機(jī)的狀態(tài)字、控制字、指令位置等對(duì)象字典項(xiàng)，支持軸使能、發(fā)布運(yùn)動(dòng)、軸狀態(tài)查詢等功能。

以下是軸控制功能塊常用接口的簡(jiǎn)單介紹：

MC_Power 控制軸使能（核心功能塊）。

MC_Reset 清除軸錯(cuò)誤。

MC_ReadStatus 查詢軸狀態(tài)。

MC_ReadActualPosition 查詢軸實(shí)際位置。

MC_MoveAbsolute 軸運(yùn)動(dòng)到指定的絕對(duì)位置。

MC_MoveRelative 軸基于當(dāng)前位置按照偏移量運(yùn)動(dòng)。

操作要點(diǎn)：軸要先使能，才能驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)動(dòng)。電機(jī)存在錯(cuò)誤時(shí)，要先清除錯(cuò)誤，才能使能軸。

?電機(jī)使能

首先添加多個(gè)功能塊：軸狀態(tài)查詢，軸位置查詢，軸錯(cuò)誤復(fù)位，軸使能功能塊。

然后編寫一個(gè)簡(jiǎn)單的腳本，執(zhí)行上述的功能塊。

程序每運(yùn)行200個(gè)周期，打印一次當(dāng)前計(jì)數(shù)、實(shí)際位置、軸使能狀態(tài)標(biāo)志。

圖21 代碼編輯框圖

腳本代碼如下:

rdst(Axis:=CiA402_AXIS_0,Enable := true);rdActPos(Axis:=CiA402_AXIS_0, Enable := true, Position => posAct);IF rdst.ErrorStop THEN rst(Axis := CiA402_AXIS_0, Execute := TRUE);END_IF;power(Axis:=CiA402_AXIS_0, Enable := true, bRegulatorOn := true, bDriveStart := true);IF MOD(cnt, 200) = 0 THEN PRINT_STR('cnt = ' + DWORD_TO_STRING(cnt) + ' pos=' + LREAL_TO_STRING(posAct)); PRINT_STR( 'Status ' + BOOL_TO_STRING(power.Status) + ' RegulatorOn ' + BOOL_TO_STRING(power.bRegulatorRealState));END_IF;cnt := cnt + 1;

查看打印過程。

圖22電機(jī)使能過程打印圖

可以看到，軸使能標(biāo)志位開始時(shí)為假，然后為真，并打印了電機(jī)實(shí)際位置。

?電機(jī)運(yùn)動(dòng)

電機(jī)使能成功，接下來就可以實(shí)際驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。

首先添加絕對(duì)運(yùn)動(dòng)功能塊，相對(duì)運(yùn)動(dòng)功能塊對(duì)應(yīng)的變量。

然后編寫程序：

等待軸使能狀態(tài)標(biāo)志為真。

軸執(zhí)行絕對(duì)運(yùn)動(dòng)。從當(dāng)前位置運(yùn)動(dòng)到 100單位的位置。

絕對(duì)運(yùn)動(dòng)到達(dá)目標(biāo)后，再執(zhí)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)。從當(dāng)前位置，往前運(yùn)動(dòng)200的單位。

圖23 代碼編輯框圖

代碼中的位置，速度，加速度和減速度僅供參考，用戶可以根據(jù)實(shí)際情況自行縮放。

腳本代碼如下：

power(Axis:=CiA402_AXIS_0, Enable := true, bRegulatorOn := true, bDriveStart := true);if power.bRegulatorRealState THEN movAbs(Axis := CiA402_AXIS_0, Execute := TRUE, Position := 100, Velocity := 50, Acceleration := 100, Deceleration := 100, Jerk := 0); if movAbs.Done THEN moveRel(Axis := CiA402_AXIS_0, Execute := TRUE, Distance := 200, Velocity := 50, Acceleration := 100, Deceleration := 100, Jerk := 0); END_IFEND_IF
IF MOD(cnt, 50) = 0 THEN PRINT_STR('cnt = ' + DWORD_TO_STRING(cnt) + ' pos=' + LREAL_TO_STRING(posAct));END_IF;cnt := cnt + 1;

查看打印過程。

圖24 運(yùn)動(dòng)輪廓打印圖

查看打印過程，可以得到大概的運(yùn)動(dòng)輪廓：初始時(shí)軸在300單位位置，然后軸從300單位運(yùn)動(dòng)到100單位位置，再?gòu)?00單位位置運(yùn)動(dòng)到300單位位置，然后停留不動(dòng)。

?ZMC600E運(yùn)動(dòng)控制器

ZMC600E是廣州致遠(yuǎn)電子股份有限公司開發(fā)的最新一代高性能智能總線型控制器，是面向工廠智能化時(shí)代的機(jī)器人控制器。ZMC600E采用多核異構(gòu)應(yīng)用處理器為核心，其內(nèi)核包括2個(gè)64位的ArmCortex-A53核，主頻1.0GHz；4個(gè)Cortex-R5F內(nèi)核，主頻800MHz，同時(shí)板載1GB DDR4、4GB eMMC以及32KB FRAM。

ZMC600E 示意圖及接口圖如下所示：

圖1 產(chǎn)品示意圖

圖2 ZMC600E接口圖

ZMC600E EtherCAT主站控制器為設(shè)備制造商提供多軸數(shù)、多IO點(diǎn)數(shù)控制的新一代可靠智能的運(yùn)動(dòng)控制解決方案，提供空間直線、圓弧插補(bǔ)算法，可以廣泛應(yīng)用于注塑行業(yè)、沖壓行業(yè)、車床行業(yè)、搬運(yùn)碼垛、關(guān)節(jié)機(jī)器人、噴涂、玻璃機(jī)、壓鑄機(jī)、包裝設(shè)備、3C設(shè)備、鋰電池設(shè)備、紡織、流水線工作站、非標(biāo)自動(dòng)化裝備、特種機(jī)床等高端設(shè)備應(yīng)用。