本文主要介紹正運(yùn)動技術(shù)EtherCAT控制器在VS平臺采用C++語言實(shí)現(xiàn)的各種PSO功能。正運(yùn)動提供多種PSO模式供用戶搭配不同的場景使用。上節(jié)講解了多軸PSO等距周期和固定時間周期兩種比較輸出模式，本節(jié)主要講解二維三維比較輸出模式。

　　01、硬件介紹

　　ZMC408CE是正運(yùn)動推出的一款多軸高性能EtherCAT總線運(yùn)動控制器，具有EtherCAT、EtherNET、RS232、CAN和U盤等通訊接口，ZMC系列運(yùn)動控制器可應(yīng)用于各種需要脫機(jī)或聯(lián)機(jī)運(yùn)行的場合。

　　ZMC408CE支持8軸運(yùn)動控制，最多可擴(kuò)展至32軸，支持直線插補(bǔ)、任意圓弧插補(bǔ)、空間圓弧、螺旋插補(bǔ)、電子凸輪、電子齒輪、同步跟隨等功能。ZMC408CE支持8軸運(yùn)動控制，可采用脈沖軸(帶編碼器反饋)或EtherCAT總線軸，通用IO包含24個輸入口和16個輸出口，部分IO為高速IO，EtherCAT最快100us的刷新周期。ZMC408CE支持8個通道的硬件比較輸出、硬件定時器、運(yùn)動中精準(zhǔn)輸出，還支持8通道PWM輸出，對應(yīng)的輸出口為OUT0-7，支持8個通道同時觸發(fā)硬件比較輸出，用于多通道的視覺飛拍場合等。ZMC408CE支持PLC、Basic、HMI組態(tài)三種編程方式。PC上位機(jī)API編程支持C#、C++、LabVIEW、Matlab、Qt、Linux、VB.Net、Python等接口。

　　ZMC408CE內(nèi)置高精度PSO位置同步輸出功能，在加工圓角與曲線時即使進(jìn)行有減速調(diào)整，在高速加工的場合中也能控制激光輸出的等間距輸出。

　　02、PSO技術(shù)介紹

　　PSO(position synchronized output)即位置同步輸出，本質(zhì)是通過采集實(shí)時的編碼器反饋位置(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，PSO示意圖如下。

　　PSO一般與激光器(或點(diǎn)膠噴射閥等設(shè)備)同步輸出信號進(jìn)行相位同步，在運(yùn)動軌跡的所有階段以恒定的空間(或恒定時間)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)是能高速且穩(wěn)定的輸出信號，因?yàn)檩敵鼍茸銐蚋?，所以能夠在整個運(yùn)動軌跡中以固定的距離觸發(fā)輸出信號而不用考慮總體速度，即在直線部分以很快的速度運(yùn)動，而在圓角部分減速的同時也能保證輸出間距恒定。通常圓角加工部分在整個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，就可以最大限度地提高產(chǎn)能。

　　正運(yùn)動的PSO功能調(diào)用ZAux_Direct_HwPswitch2函數(shù)接口實(shí)現(xiàn)，該函數(shù)采用硬件實(shí)現(xiàn)IO的高速比較輸出，響應(yīng)速度達(dá)到微秒級別，故名硬件比較輸出。

　　03、C++語言MFC進(jìn)行運(yùn)動控制項(xiàng)目的開發(fā)

　　1.新建MFC項(xiàng)目并添加函數(shù)庫

　　注：本例程在VS2010編譯環(huán)境下，基于.NET Framework 4.0框架創(chuàng)建的MFC窗體應(yīng)用程序。

　　(1)工具欄菜單“文件”→“新建”→“項(xiàng)目”，啟動創(chuàng)建項(xiàng)目向?qū)А?/p>

　　(2)選擇開發(fā)語言為“Visual C++”和.NET Framework 4以及MFC應(yīng)用程序，填寫好程序名以及選擇好程序存放路徑，點(diǎn)擊確定。

　　(3)點(diǎn)擊下一步。

　　(4)選擇類型為“基于對話框”，點(diǎn)擊下一步或者完成即可。

　　2.找到廠家提供的C++函數(shù)庫文件

       (1)進(jìn)入廠商提供的光盤資料，找到“8.PC函數(shù)”文件夾，并點(diǎn)擊進(jìn)入，找到C++函數(shù)庫，路徑如下(64位庫為例)。

　　(2)選擇“函數(shù)庫2.1”文件夾。

　　(3)選擇“Windows平臺”文件夾。

　　(4)根據(jù)需要選擇對應(yīng)的函數(shù)庫，這里選擇“64位庫”。(5)解壓C++壓縮包，里面有C++對應(yīng)的函數(shù)庫。

　　(6)函數(shù)庫具體路徑如下。

　　(7)將廠商提供的C++庫文件以及相關(guān)文件復(fù)制到新建的項(xiàng)目中。

　　3.在項(xiàng)目中添加靜態(tài)庫和相關(guān)頭文件靜態(tài)庫：zauxdll.lib, zmotion.lib相關(guān)頭文件：zauxdll2.h, zmotion.h

       (1)先右擊頭文件，接著依次選擇:“添加”→“現(xiàn)有項(xiàng)”。

　　(2)在彈出的窗口中依次添加靜態(tài)庫和相關(guān)頭文件。

　　(3)聲明用到的頭文件和定義控制器連接句柄。

　　至此，項(xiàng)目新建完成。

　　4.查看PC函數(shù)手冊

　　用戶需要從PC函數(shù)手冊中獲取運(yùn)動控制開發(fā)使用的函數(shù)接口，對照手冊說明使用，PC函數(shù)手冊在光盤資料查看，具體路徑如下：“光盤資料\8.PC函數(shù)\函數(shù)庫2.1\ZMotion函數(shù)庫編程手冊V2.1.pdf”。

　　5.控制器網(wǎng)口連接函數(shù)接口

　　PC編程一般使用網(wǎng)口對控制器和工控機(jī)進(jìn)行鏈接。ZAux_FastOpen();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(shí)現(xiàn)對控制器的控制。ZAux_OpenEth()接口說明：

　　項(xiàng)目應(yīng)用截圖：

　　6.硬件比較輸出函數(shù)接口使用對下位機(jī)寄存器操作的指令操作鏈接句柄“g_handle”，對控制器進(jìn)行寄存器內(nèi)容取值，實(shí)時控制下位機(jī)相關(guān)的指令如下。實(shí)時全局變量指令：ZAux_Direct_HwPswitch2硬件比較輸出指令到位置后硬件自動觸發(fā)op輸出信號。

　　7.硬件定時器函數(shù)接口

　　ZAux_Direct_HwTimer硬件定時器硬件比較輸出后一段時間還原電平。

　　04、MFC程序的運(yùn)行和讀寫控制開發(fā)

　　1.Demo交互界面如下

　　2.二維比較模式

　　(1)2D比較(模式25)

　　語法：HW_PSWITCH2(25，opnum，opstate，maxerr，num，tablepos)mode 25：二維的比較模式;opnum：對應(yīng)的輸出口;

　　opstate：第一個比較點(diǎn)的輸出狀態(tài);

　　maxerr：比較位置每個軸左右的脈沖偏差，進(jìn)入偏差范圍后開始比較，此參數(shù)不能寫0;

　　num：table里面存儲的比較點(diǎn)坐標(biāo)個數(shù);

　　tablepos：第一個比較點(diǎn)坐標(biāo)所在table編號。

　　說明：比較點(diǎn)寫在TABLE中，兩個連續(xù)的TABLE數(shù)據(jù)組成一個2D坐標(biāo)，每到達(dá)一個比較位置OP反轉(zhuǎn)一次。圖中藍(lán)色段表示OP開啟，各類常用插補(bǔ)運(yùn)動均支持比較，比較點(diǎn)坐標(biāo)一定的要準(zhǔn)確，否則會影響后面點(diǎn)的比較。

　　該模式主要功能為，碰到設(shè)置好的二維比較點(diǎn)之后，輸出口電平反轉(zhuǎn)。

　　該模式使用時需要指定高速輸出口，將首個比較點(diǎn)的輸出狀態(tài)、比較軸設(shè)置好之后，再設(shè)置比較點(diǎn)(即設(shè)置table寄存器，點(diǎn)數(shù)量等)，設(shè)置比較點(diǎn)脈沖最大誤差等參數(shù)后，啟動比較。緊接著驅(qū)動軸運(yùn)動即可。脈沖偏差說明：2D模式下設(shè)置XY坐標(biāo)需要準(zhǔn)確，軸運(yùn)動不到準(zhǔn)確的TABLE比較點(diǎn)時將無法觸發(fā)，3D模式同理。故多維比較模式引入一個特殊參數(shù)maxerr位置范圍偏差，左右范圍均有效，即實(shí)際位置坐標(biāo)點(diǎn)與TABLE的比較點(diǎn)的差值在maxerr范圍內(nèi)便有效，觸發(fā)時刻為當(dāng)前位置進(jìn)入比較點(diǎn)的觸發(fā)范圍內(nèi)便觸發(fā)比較，比較范圍示意圖如下。

　　注意：maxerr的單位為脈沖數(shù)的偏差，不是距離的偏差。如下圖所示，設(shè)置高速比較輸出口為0，首個比較點(diǎn)的輸出狀態(tài)為1，比較軸為0，1;設(shè)置兩個比較點(diǎn)，比較點(diǎn)坐標(biāo)分別為：(100，50)，(160，80)。即當(dāng)軸運(yùn)動到點(diǎn)(100，50)和點(diǎn)(160，80)，誤差范圍在±50個脈沖左右的范圍時，都會觸發(fā)電平變化。

　　示波器波形如圖所示：在坐標(biāo)(100，50)時輸出為1，直到坐標(biāo)(160，80)的時候恢復(fù)為0。

　　(2)2D比較(模式26)

　　語法：HW_PSWITCH2(26，opnum，opstate，maxerr，num，tablepos，[ophwtimeus，ophwtimes，hwcyctimeus])

　　mode 26：二維的比較模式;opnum：對應(yīng)的輸出口;opstate：第一個比較點(diǎn)的輸出狀態(tài);maxerr：比較位置每個軸左右的脈沖偏差，進(jìn)入偏差范圍后開始比較，此參數(shù)不能寫0;num：table里面存儲的比較點(diǎn)坐標(biāo)個數(shù);tablepos：第一個比較點(diǎn)坐標(biāo)所在table編號;* 以下參數(shù)和HW_TIMER二選一，HW_TIMER單獨(dú)寫可以動態(tài)調(diào)整參數(shù) *ophwtimeus：脈沖時間;ophwtimes：脈沖個數(shù);hwcyctimeus：脈沖周期。說明：比較點(diǎn)寫在TABLE中，兩個連續(xù)的TABLE數(shù)據(jù)組成一個2D坐標(biāo)，每到達(dá)一個比較位置觸發(fā)OP，每個比較點(diǎn)OP反轉(zhuǎn)的次數(shù)和反轉(zhuǎn)周期由HW_TIMER設(shè)置;到達(dá)下一個TABLE位置，OP再次觸發(fā)。類似模式7和模式36。

　　該模式主要功能為，碰到設(shè)置好的二維比較點(diǎn)之后，輸出口輸出一斷設(shè)置好的定時脈沖。該模式使用時，需要指定高速輸出口，將首個比較點(diǎn)的輸出狀態(tài)、比較軸設(shè)置好之后，再設(shè)置比較點(diǎn)(即設(shè)置table寄存器，點(diǎn)數(shù)量等)，設(shè)置好比較點(diǎn)之后再設(shè)置脈沖有效時間、脈沖周期時間，以及脈沖個數(shù)(重復(fù)次數(shù))，設(shè)置比較點(diǎn)的脈沖最大誤差等參數(shù)后，啟動比較。緊接著驅(qū)動軸運(yùn)動即可。如下圖所示，設(shè)置高速比較輸出口為0，首個比較點(diǎn)的輸出狀態(tài)為1，比較軸為0，1;設(shè)置兩個比較點(diǎn)，比較點(diǎn)坐標(biāo)分別為：(100，100)，(200，200)。即當(dāng)軸運(yùn)動到點(diǎn)(100，100)，點(diǎn)(200，200)，誤差范圍在±10個脈沖左右的范圍時，都會觸發(fā)兩個周期為60ms，脈沖有效時間為20ms的脈沖。

　　示波器波形如圖所示：在坐標(biāo)(100，100)，(200，200)的時候都會觸發(fā)兩個周期為60ms，脈沖有效時間為20ms的脈沖。

　　3.三維比較模式

　　(1)3D比較(模式35)

　　語法：HW_PSWITCH2(35，opnum，opstate，maxerr，num，tablepos)

　　mode 35:三維的比較模式;opnum：對應(yīng)的輸出口;opstate：第一個比較點(diǎn)的輸出狀態(tài);maxerr：比較位置每個軸左右的脈沖偏差，進(jìn)入偏差范圍后開始比較，此參數(shù)不能寫0;num：table里面存儲的比較點(diǎn)坐標(biāo)個數(shù);tablepos：第一個比較點(diǎn)坐標(biāo)所在table編號;說明：比較點(diǎn)寫在TABLE中，三個連續(xù)的TABLE數(shù)據(jù)組成一個3D坐標(biāo)，每到達(dá)一個比較位置觸發(fā)OP，每個比較點(diǎn)OP反轉(zhuǎn)的次數(shù)和反轉(zhuǎn)周期由HW_TIMER設(shè)置;到達(dá)下一個TABLE位置，OP再次觸發(fā)。類似模式26和模式7。

　　該模式主要功能為，碰到設(shè)置好的三維比較點(diǎn)之后，輸出口電平反轉(zhuǎn)。

　　該模式使用時需要指定高速輸出口，將首個比較點(diǎn)的輸出狀態(tài)、比較軸設(shè)置好之后，再設(shè)置比較點(diǎn)(即設(shè)置table寄存器，點(diǎn)數(shù)量等)，設(shè)置比較點(diǎn)的脈沖最大誤差等參數(shù)后，啟動比較。緊接著驅(qū)動軸運(yùn)動即可。如下圖所示，設(shè)置高速比較輸出口為0，首個比較點(diǎn)的輸出狀態(tài)為1，比較軸為0，1，2;設(shè)置4個比較點(diǎn)，比較點(diǎn)坐標(biāo)分別為：(80，40，20)，(160，80，40)，(240，120，60)，(320，160，80)。即當(dāng)軸運(yùn)動到點(diǎn)(80，40，20)，(160，80，40)，(240，120，60)，(320，160，80)，誤差范圍在±10個脈沖左右的范圍時，都會觸發(fā)電平變化。

　　示波器波形如圖所示：在坐標(biāo)(80，40，20)，(160，80，40)，(240，120，60)，(320，160，80)時會發(fā)生電平變化。

　　核心程序示例：

　　·

　　/*參數(shù)：mode 25, 26 ,35,36.2D/3D的比較模式Axisnum:軸數(shù)組Opnum :對應(yīng)的輸出口Opstate: 第一個比較點(diǎn)的輸出狀態(tài).maxerr:比較位置每個軸左右的脈沖偏差, 進(jìn)入偏差范圍后開始比較.num :TABLE 里面存儲的比較點(diǎn)個數(shù).tablepos: 第一個比較點(diǎn)坐標(biāo)所在 TABLE 編號與 hwtimer 并用時, 可以動態(tài)調(diào)整 hwtimer 參數(shù).ModePara1:脈沖時間ModePara2:脈沖個數(shù)ModePara3:脈沖周期*/int32 CMyControlDlg:: ZAux_Direct_HwPswitch2_2D(ZMC_HANDLE handle, int *Axisnum,int Mode,int Opnum , int Opstate,int maxerr,int num, int tablepos, float ModePara1, float ModePara2,float ModePara3){ if(0 > Axisnum[0] || Axisnum[0] > MAX_AXIS_AUX) { return ERR_AUX_PARAERR; } char cmdbuff[2048]; char tempbuff[2048]; char cmdbuffAck[2048]; //生成命令 sprintf(cmdbuff, "BASE(%d,%d)\n", Axisnum[0], Axisnum[1]); switch(Mode) { case 25: sprintf(tempbuff, "HW_PSWITCH2(%d,%d,%d,%d,%d,%d)", Mode, Opnum, Opstate, maxerr,num,tablepos); strcat(cmdbuff, tempbuff); break; case 26: sprintf(tempbuff, "HW_PSWITCH2(%d,%d,%d,%d,%d,%d,%f,%f,%f)", Mode,Opnum, Opstate, maxerr,num,tablepos,ModePara1,ModePara2,ModePara3); strcat(cmdbuff, tempbuff); break; case 35: sprintf(tempbuff, "HW_PSWITCH2(%d,%d,%d,%d,%d,%d)", Mode, Opnum, Opstate, maxerr,num,tablepos); strcat(cmdbuff, tempbuff); break; case 36: sprintf(tempbuff, "HW_PSWITCH2(%d,%d,%d,%d,%d,%d,%f,%f,%f)", Mode,Opnum, Opstate, maxerr,num,tablepos,ModePara1,ModePara2,ModePara3); strcat(cmdbuff, tempbuff); break; default: return ERR_AUX_PARAERR; break; } //調(diào)用命令執(zhí)行函數(shù) int ret=ZAux_Execute(handle, cmdbuff, cmdbuffAck,2048); if (strlen(cmdbuffAck)!=0) return ERR_ACKERROR; return ret;}

　　(2)3D比較(模式36)

　　語法：HW_PSWITCH2(36，opnum，opstate，maxerr，num，tablepos， [ophwtimeus，ophwtimes，hwcyctimeus])mode 36：三維的比較模式;opnum：對應(yīng)的輸出口;opstate：第一個比較點(diǎn)的輸出狀態(tài);maxerr：比較位置每個軸左右的脈沖偏差，進(jìn)入偏差范圍后開始比較，此參數(shù)不能寫0;num：table里面存儲的比較點(diǎn)坐標(biāo)個數(shù);tablepos：第一個比較點(diǎn)坐標(biāo)所在table編號;* 以下參數(shù)和HW_TIMER二選一，HW_TIMER單獨(dú)寫可以動態(tài)調(diào)整參數(shù) *ophwtimeus：脈沖時間;ophwtimes：脈沖個數(shù);hwcyctimeus：脈沖周期。

　　該模式主要功能為，碰到設(shè)置好的三維比較點(diǎn)之后，輸出口輸出一斷設(shè)置好的定時脈沖。該模式使用時，需要指定高速輸出口，將首個比較點(diǎn)的輸出狀態(tài)、比較軸設(shè)置好之后，再設(shè)置比較點(diǎn)(即設(shè)置table寄存器，點(diǎn)數(shù)量等)，設(shè)置好比較點(diǎn)之后再設(shè)置脈沖有效時間，脈沖周期時間，以及脈沖個數(shù)(重復(fù)次數(shù))，設(shè)置比較點(diǎn)的脈沖最大誤差等參數(shù)后，啟動比較。緊接著驅(qū)動軸運(yùn)動即可。如下圖所示，設(shè)置高速比較輸出口為0，首個比較點(diǎn)的輸出狀態(tài)為1，比較軸為0，1，2;設(shè)置4個比較點(diǎn)，比較點(diǎn)坐標(biāo)分別為：(80，40，20)，(160，80，40)，(240，120，60)，(320，160，80)。即當(dāng)軸運(yùn)動到點(diǎn)(80，40，20)，(160，80，40)，(240，120，60)，(320，160，80)，誤差范圍在±10個脈沖左右的范圍時，都會觸發(fā)電平變化。都會觸發(fā)兩個周期為40ms，脈沖有效時間為20ms的脈沖。

　　示波器波形如圖所示：在坐標(biāo)(80，40，20)，(160，80，40)，(240，120，60)，(320，160，80)時會觸發(fā)兩個周期為40ms，脈沖有效時間為20ms的脈沖。

　　核心程序示例：

　　·

　　/*參數(shù)：mode 25, 26 ,35,36.2D/3D的比較模式Axisnum:軸數(shù)組Opnum :對應(yīng)的輸出口Opstate: 第一個比較點(diǎn)的輸出狀態(tài).maxerr:比較位置每個軸左右的脈沖偏差, 進(jìn)入偏差范圍后開始比較.num:TABLE 里面存儲的比較點(diǎn)個數(shù).tablepos: 第一個比較點(diǎn)坐標(biāo)所在 TABLE 編號與 hwtimer 并用時, 可以動態(tài)調(diào)整 hwtimer 參數(shù).ModePara1:脈沖時間ModePara2:脈沖個數(shù)ModePara3:脈沖周期*/int32 CMyControlDlg:: ZAux_Direct_HwPswitch2_2D(ZMC_HANDLE handle, int *Axisnum,int Mode,int Opnum , int Opstate,int maxerr,int num, int tablepos, float ModePara1, float ModePara2,float ModePara3){ if(0 > Axisnum[0] || Axisnum[0] > MAX_AXIS_AUX) { return ERR_AUX_PARAERR; } char cmdbuff[2048]; char tempbuff[2048]; char cmdbuffAck[2048]; //生成命令 sprintf(cmdbuff, "BASE(%d,%d)\n", Axisnum[0], Axisnum[1]); switch(Mode) { case 25: sprintf(tempbuff, "HW_PSWITCH2(%d,%d,%d,%d,%d,%d)", Mode, Opnum, Opstate, maxerr,num,tablepos); strcat(cmdbuff, tempbuff); break; case 26: sprintf(tempbuff, "HW_PSWITCH2(%d,%d,%d,%d,%d,%d,%f,%f,%f)", Mode,Opnum, Opstate, maxerr,num,tablepos,ModePara1,ModePara2,ModePara3); strcat(cmdbuff, tempbuff); break; case 35: sprintf(tempbuff, "HW_PSWITCH2(%d,%d,%d,%d,%d,%d)", Mode, Opnum, Opstate, maxerr,num,tablepos); strcat(cmdbuff, tempbuff); break; case 36: sprintf(tempbuff, "HW_PSWITCH2(%d,%d,%d,%d,%d,%d,%f,%f,%f)", Mode,Opnum, Opstate, maxerr,num,tablepos,ModePara1,ModePara2,ModePara3); strcat(cmdbuff, tempbuff); break; default: return ERR_AUX_PARAERR; break; } //調(diào)用命令執(zhí)行函數(shù) int ret=ZAux_Execute(handle, cmdbuff, cmdbuffAck,2048); if (strlen(cmdbuffAck)!=0) return ERR_ACKERROR; return ret;}

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　　本次，正運(yùn)動技術(shù)運(yùn)動控制器PSO視覺飛拍與精準(zhǔn)輸出的C++開發(fā)(三)：二維/三維/多軸PSO輸出，就分享到這里。

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