【產(chǎn)品應(yīng)用】三個步驟，讓你的EtherCAT電機轉(zhuǎn)起來

EtherCAT是自動化控制最好的實時環(huán)形控制總線之一，本文以最簡單的方式帶你實際操作ZMC300E的EtherCAT總線，讓你的EtherCAT電機轉(zhuǎn)起來。

前言

當一個鼠標插入到電腦時，發(fā)生了什么？

首先電腦會檢測到有USB插入；然后，電腦會提示安裝驅(qū)動；最后，就可以通過鼠標來移動光標、單擊、雙擊等操作了。

這有問題么？當前沒有問題，但作為程序猿，有兩個地方值得深挖一下。

1、電腦安裝的驅(qū)動，是什么驅(qū)動？當然是鼠標驅(qū)動，因為我們接入的是鼠標。但電腦是如何知道呢？原來USB規(guī)范中，要求每個USB設(shè)備都要有自己的設(shè)備描述符，電腦通過分析該描述符，才知道接入的是什么設(shè)備。

2、為什么能通過鼠標來移動光標？這是雙方共同合作的結(jié)果。首先鼠標提供光標位置的數(shù)據(jù)，然后電腦收到鼠標的數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)作用到光標的位置上產(chǎn)生移動效果。這需要有個前提，即鼠標數(shù)據(jù)的格式，電腦需要先知道其格式，才能解釋這份數(shù)據(jù)。這份數(shù)據(jù)格式的定義，在USB的接口描述符規(guī)范中進行了定義。

說了這么多，這和EtherCAT有關(guān)系么？當然有，對于EtherCAT或者任意一個總線來說，都需要知道接入設(shè)備的類型及數(shù)據(jù)格式，否則是無法解釋數(shù)據(jù)的，通常有兩種方式：

事先約定：通過事先約定的來確定工作如何進行。這就像發(fā)個信息說“我們晚上8點一起看電影吧“一樣簡單，這是小編喜歡它的原因。但這個約定有時就像友誼的小船說翻就翻，對方招呼也不打，只剩你一個人還傻傻地站在的電影院門口；

協(xié)議規(guī)范：定義一套完整的規(guī)范，大家一起遵循它。規(guī)范通常都很多很雜，學習成本較高，按規(guī)范開發(fā)就像是你去做的基金定投，短期收益低，但穩(wěn)定可靠。

EhterCAT和USB一樣都采用了協(xié)議規(guī)范這種方式，這里簡單介紹一下EtherCAT的相關(guān)規(guī)范及用途：

ESI(EtherCAT Slave Information):這個是從站提供的標準描述規(guī)范文件，該文件描述了設(shè)備的類型、數(shù)據(jù)格式及一些“特殊癖好”，這就相當于USB的設(shè)備描述符+接口描述符。

ENI(EtherCAT Network Information):這個是用于給主站啟動時，加載的標準配置規(guī)范文件，用于初始化所有的從站。這個文件描述了從站的數(shù)量、每個從站的類型及數(shù)據(jù)格式、DC等配置信息。

ESI還理解，為啥還多了個ENI呢？EtherCAT規(guī)范為了滿足工業(yè)控制的復(fù)雜性，ESI中提供了非常強大的可配置功能，相對的使用起來也變得困難了。因此EtherCAT采用靜態(tài)化配置，即由PC使用可視化工具進行對應(yīng)的配置工作，配置完成后導(dǎo)出不可變的ENI配置，給到具體的主站設(shè)備來執(zhí)行。所謂靜態(tài)化配置，即EtherCAT網(wǎng)絡(luò)設(shè)備發(fā)生變化時，需要重新執(zhí)行配置工作，相比于USB的全自動配置，功能強大了，但使用也麻煩了。有得必有失，這是EtherCAT的選擇。簡單總結(jié)一下EtherCAT開發(fā)，可分三步走：生成ENI，加載ENI，解釋輸入輸出數(shù)據(jù)。

??準備工作

開始EtherCAT測試前，需要準備以下硬件：一臺電腦、一臺?ZMC300E運動控制器、一臺EtherCAT伺服驅(qū)動器、2根網(wǎng)線，然后使用網(wǎng)線將設(shè)備按如下示意圖進行連接。

??生成ENI文件

1. 啟動EtherCAT服務(wù)

打開putty.exe軟件，輸入運動控制器NET1的默認IP地址：192.168.1.136，賬號和密碼為root。

2.?連接設(shè)備

啟動ZlgEtherCatStudio上位機配置軟件，輸入運動控制器NET1的默認IP地址：192.168.1.136，點擊回車。

3. 掃描網(wǎng)絡(luò)

通過掃描EtherCAT總線，來識別接入了多少個設(shè)備，并將其網(wǎng)絡(luò)拓撲添加到本地主站樹節(jié)點。

4.?導(dǎo)入ESI

如果該從站無法正確識別，可手動導(dǎo)入從站ESI（EtherCAT Slave Information）文件。

5. 配置FMMU

一般應(yīng)用不需配置從站FMMU/SM，使用從站默認配置即可。當需要改變輸入輸出變量時，可通過本配置項配置。

6. 生成ENI文件

導(dǎo)出ENI，取名為text_eni。

? 加載ENI文件

1.?將上一步生成的test_eni.xml文件，通過WinSCP工具上傳到運動控制器的目錄/opt中。

2. 使用控制器加載ENI配置/文件在putty.exe工具，先輸入ctrl+c結(jié)束當前主站程序，輸入以下命令啟動主站并加載ENI配置文件：/opt/ecat_test/master /opt/test_eni.xml，看到輸出ethercat start success即代表成功。

解釋輸入輸出數(shù)據(jù)

在CiA402規(guī)范中，定義了伺服類設(shè)備的數(shù)據(jù)格式，這里給大家介紹一下最常用的位置控制模式的數(shù)據(jù)格式。

1.?輸出數(shù)據(jù)

Controlword：控制字，16Bit，主要用于控制電機上下電，抱閘等；

Target Position：目標位置，32Bit，用于控制電機轉(zhuǎn)到指定的位置。

2.?輸入數(shù)據(jù)（相對于設(shè)備）

Statusword：控制字，16Bit，主要用于控制電機上電、下電、抱閘等操作；

Position Actual Value：實際位置，用于反饋電機當前所在位置。我們要做的就是周期性解釋以上4個數(shù)據(jù)，然后執(zhí)行對應(yīng)的操作即可，可參考如下代碼：

??電機測試

在putty.exe工具中，可使用以下命令，對電機進行簡易測試，這些命令是基于CiA402規(guī)范進行實現(xiàn)的。

1. move_test?<angle>命令

angle表示電機轉(zhuǎn)動角度，輸入該命令后，電機會一直重復(fù)執(zhí)行輸出：先正轉(zhuǎn)angle度，然后反轉(zhuǎn)angle度。

輸入move_test 90，仔細觀察電機的轉(zhuǎn)動，如果發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)動的角度比90度小，則說明脈沖當量偏小，應(yīng)適當增加。推薦10倍住上遞增進行測試，該值默認為1。

2、units?<unit>命令unit表示脈沖當量，units 1000命令用于將軸0的脈沖當量設(shè)置成1000。使用units?查看所有軸的脈沖當量。

其它補充

1. 關(guān)于脈沖當量

在實際應(yīng)用中，脈沖當量的準備值，是如何計算出來的？這個應(yīng)根據(jù)實際的場景及所需要單位來確定，這里給出一個常見的，以角度為單位的脈沖當量計算公式。

編碼器的分辨率，可以從伺服驅(qū)動器的手冊得到。

2. 關(guān)于EtherCAT主站

ZMC300E提供的EtherCAT主站，采用的是KPA master主站，商業(yè)授權(quán)，其主要特點是高效、穩(wěn)定、支持通過硬件來消除幀抖動（ZMC300E可做到±15us的抖動），我司已購買其版權(quán)，用戶可免費自由使用。