ethercat超高速实时运动控制卡xpcie1032h上位机c#开发（四）：板载io与总线扩展io的编码器与脉冲配置的应用 -k8体育

xpcie1032h功能简介

xpcie1032h是一款基于pci express的ethercat总线运动控制卡，可选6-64轴运动控制，支持多路高速数字输入输出，可轻松实现多轴同步控制和高速数据传输。

xpcie1032h运动控制卡集成了强大的运动控制功能，结合motionrt7运动控制实时软核，解决了高速高精应用中，pc windows开发的非实时痛点，指令交互速度比传统的pci/pcie快10倍。

xpcie1032h运动控制卡支持pwm，pso功能，板载16进16出通用io口，其中输出口全部为高速输出口，可配置为4路pwm输出口或者16路高速pso硬件比较输出口。输入口含有8路高速输入口，可配置为4路高速色标锁存或两路编码器输入。

xpcie1032h运动控制卡搭配motionrt7运动控制实时内核，使用本地local接口连接，通过高速的核内交互 ， 可以做到更快速的指令交互，单条指令与多条指令一次性交互时间可以达到3-5us左右。

?xpcie1032h运动控制卡与motionrt7运动控制实时内核的配合具有以下优势：

1.支持多种上位机语言开发，所有系列产品均可调用同一套api函数库；

2.借助核内交互，可以快速调用运动指令，响应时间快至微秒级，比传统pci/pcie快10倍；

3.解决传统pci/pcie运动控制卡在windows环境下控制系统的非实时性问题；

4.支持一维/二维/三维pso（高速硬件位置比较输出），适用于视觉飞拍、精密点胶和激光能量控制等应用；

5.提供高速输入接口，便于实现位置锁存；

6.支持ethercat总线和脉冲输出混合联动、混合插补。

?使用xpcie1032h运动控制卡和motionrt7运动控制实时内核进行项目开发时，通常需要进行以下步骤：

1.安装驱动程序，识别xpcie1032h；

2.打开并执行文件“motionrt710.exe”，配置参数和运行运动控制实时内核；

3.使用zdevelop软件连接到控制器，进行参数监控。连接时请使用pci/local方式，并确保zdevelop软件版本在3.10以上；

4.完成控制程序开发，通过local链接方式连接到运动控制卡，实现实时运动控制。

?与传统pci/pcie卡和plc的测试数据结果对比：

我们可以从测试对比结果看出，xpcie1032h运动控制卡配合实时运动控制内核motionrt7，在local链接（核内交互）的方式下，指令交互的效率是非常稳定，当测试数量从1w增加到10w时，单条指令交互时间与多条指令交互时间波动不大，非常适用于高速高精的应用。

xpcie1032h控制卡安装

• 关闭计算机电源。

• 打开计算机机箱，选择一条空闲的xpcie卡槽，用螺丝刀卸下相应的挡板条。

• 将运动控制卡插入该槽，拧紧挡板条上的固定螺丝。

xpcie1032h驱动安装与建立连接参考往期文章 。

一、c#语言进行运动控制开发

到正运动技术k8体育官网的下载中心选择需要的平台库文件。

下载地址：http://www.zmotion.com.cn/download_list_21.html

解压下载的安装包找到 “ zmcaux.cs ” ， “zauxdll.dll ” ， “zmotion.dll ” 放入到项目文件中。

1、“zmcaux.cs”放在项目根目录文件中，与bin目录同级。

2、“zauxdll.dll”，“zmotion.dll”放在bin -> debug。

用vs打开新建的项目文件，在右边的k8体育的解决方案资源管理器中点击显示所有，选中项目，右键“添加”->“现有项”，选中zmcaux.cs文件添加进在项目中。

双击form1.cs里面的form1，出现代码编辑界面，在文件开头写入using cszmcaux，并声明控制器句柄g_handle。

二、相关pc函数介绍

相关pc函数介绍详情可参考“zmotion pc函数库编程手册 v2.1.1”。

三、xpcie1032h板载io的编码器与脉冲配置

1、xpcie1032h的io接口规格如下

2、io端子定义如下

端子定义表

注意事项：

⊙只能使用24v编码器，编码器0和编码器1的脉冲输入最高频率为500khz，可以接高速编码器，其它的为普通输入，脉冲最高频率10khz，只能接手轮之类的低速编码器。

⊙脉冲输出和编码器输入后的编号为默认的轴号，通过atype指令切换io口是否为通用io（目标轴的atype=0为通用io，atype=1为脉冲输出，atype=3为编码器输入，atype=4为脉冲输出 编码器输入）。

3、输入口做编码器配置

xpcie1032h板载2路24v的单端编码器输入。（ 本例以采用in4-6连接编码器来说明）。

首先按接线图进行接线，接线完成后，因为其中in4为ea1、in5为eb1、in6为ez1，对应的编码器轴号为1。 所以通过上位机把轴1的轴类型设置为3 （ 正交编码器 ） 配置后， in 即可作为编码器输入信号使用。

（1）配置流程图如下。

（2）例程相关代码。

a.通过轴号读取轴类型。

b.通过轴号设置轴类型。

4、输出口做脉冲配置

xpcie032h板载4路单端脉冲输出。（ 本例以采用out8和out9连接驱动器来说明）。

首先按接线图进行接线，接线完成后，因为out8为dir3，out9为pul3，对应的脉冲驱动器轴号为3。 所以得通过上位机把轴3的轴类型设置为1（脉冲方向方式的步进或伺服）配置。

注意：驱动器根据规格可接e24v或e5v。

（1）配置流程图如下。

（2）例程相关代码。

a.通过轴号读取轴类型。

b.通过轴号设置轴类型。

四、ethercat扩展的编码器与脉冲配置

1、 eio16084扩展模块

eio16084扩展模块是ethercat总线控制器使用的扩展模块，可扩展数字量io和脉冲轴这两类资源，当控制器本体上资源不够的时候，ethercat总线控制器可连接多个eio扩展模块进行资源扩展，可查看控制器的io最大扩展点数和最大扩展轴数，支持io的远程扩展。

每个eio扩展模块在扩展接线完成后，不需要进行进行二次开发，只需使用指令在ethercat主站控制器配置唯一的io地址和轴地址，配置完成即可访问。

io地址编号通过总线指令node_io来设置，控制器上程序只需通过io编号就可以访问到扩展模块上的资源。轴地址的配置使用“axis_address”指令映射绑定轴号，绑定完成通过base或axis指令指定轴号。

2、eio24088扩展模块

eio24088总线扩展模块是ethercat总线控制器使用的扩展模块，当数字 io、脉冲轴资源不够需要扩展增加的时候，控制器可通过ethercat总线连接多个 ethercat扩展模块进行扩展。控制器可通过映射编号直接访问eio24088的io资源和轴资源。

当控制器的io或轴资源不够的时候，需要增加扩展模块，控制器可以同时连接多个扩展模块，eio系列扩展模块通过ethercat总线连接，每个扩展模块有唯一的地址，从0开始。

eio24088轴扩展时，为总线转脉冲，将脉冲型驱动器接入到eio24088扩展模块上的脉冲轴接口上。

eio24088带两个ethercat总线接口，接线时注意ethercat in连接主控制器或上级模块，ethercat out连接驱动设备或下一级扩展板，in和out口不可混用。

注意： eio系列带轴的扩展模块的使用方法相同，仅是扩展资源数量的区别。下面以eio16084扩展模块为例，来对eio系列扩展模块进行使用说明。

3、ethercat扩展模块接线参考

eio16084数字量扩展模块为单电源供电，主电源就可以给io供电，主电源采用24v直流电源。

eio16084扩展模块在扩展接线完成后，不需要进行进行二次开发，只需手动在 ethercat主站控制器配置唯一的io地址，配置完成即可访问。io地址编号通过总线指令node_io来设置，控制器上程序只需通过io编号就可以访问到扩展模块上的资源。

接线时注意ethercat in连接上一级模块，ethercat out连接下一级模块，in 和out口不可混用。

eio扩展模块接线参考示例（以zmc432举例）。

上图涉及的编号概念如下： 总线相关指令参数会用到如下编号。

（1）槽位号(slot)

槽位号是指控制器上总线接口的编号，ethercat总线槽位号为0。

（2）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)”指令查看总线上连接的设备总数。

（3）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，映射轴号时将会用到驱动器编号。

4、eio16084接口规格

接口说明如下表：

由上表可知脉冲轴接口可配置为差分脉冲输出和差分编码器输入。

5、脉冲轴接口

eio16084提供4个本地差分脉冲轴接口，每个接口为标准db26母座。

注意： 如果4个本地差分脉冲轴接口还不能满足使用需求，可以把eio16084更换为eio24088。eio24088提供8个本地差分脉冲轴接口，每个接口为标准db26母座。

接口定义如下。

6、轴接口配置为编码器

（1）接线参考

与长春凯尔科技，2500线增量式编码器接线参考示例：

接好线后，还要通过上位机的数据字典写入来配置总线轴的真实轴类型。真实轴类型设置是由数据字典6011h配置。（ 参考下表的参数，按轴号依次设置，第一个驱动器设置数据字典6011h 0*800h，第二个驱动器设置6011h 1*800h，以此类推，每个驱动器加800h，其他参数同理）。

上位机的数据字典写入： zaux_buscmd_sdowrite（连接句柄，槽位号，节点编号，对象字典编号，对象字典子编号，数据类型，写入的数据值）。

（2）例程相关代码

通过设备号和槽位号进行sdo写入。

private void c_sdo_write_click(object sender, eventargs e)
{
    if (g_handle == (intptr)0)
    {
        messagebox.show("未链接到控制器!", "提示");
        return;
    }
    int ret = 0;
    uint m_sdo_node1 = convert.touint32(c_sdonode0.text);
    uint m_sdo_index1 = convert.touint32(c_sdoreg0.text);
    uint m_sdo_sub1 = convert.touint32(c_sdoisub0.text);
    uint m_sdo_type1 = convert.touint32(c_sdotype0.selectedindex.tostring())   1;
    int m_sdo_data1 = convert.toint32(c_sdodata0.text);
    if (bus_type == 0)
    {
        ret = zmcaux.zaux_buscmd_sdowrite(g_handle, 0, m_sdo_node1, m_sdo_index1, m_sdo_sub1, m_sdo_type1, m_sdo_data1);
        if (ret != 0)
        {
            messagebox.show("写入失败");
            return;
        }
    }
    else
    {
        messagebox.show("非ethercat模块");
        return;
    }
}

7、轴接口配置为脉冲轴

（1）接线参考

与松下a5/a6伺服驱动器接线参考示例：

接好线后，还要通过pc函数库的数据字典写入接口来配置总线轴的真实轴类型。真实轴类型设置是由数据字典6011h配置。（ 参考下表的参数，按轴号依次设置，第一个驱动器设置数据字典6011h 0*800h，第二个驱动器设置6011h 1*800h，以此类推，每个驱动器加800h，其他参数同理）。

pc函数库的数据字典写入接口： zaux_buscmd_sdowrite（连接句柄，槽位号，节点编号，对象字典编号，对象字典子编号，数据类型，写入的数据值）。

（2）例程相关代码

通过设备号和槽位号进行sdo写入。

private void c_sdo_write_click(object sender, eventargs e)
{
    if (g_handle == (intptr)0)
    {
        messagebox.show("未链接到控制器!", "提示");
        return;
    }
    int ret = 0;
    uint m_sdo_node1 = convert.touint32(c_sdonode0.text);
    uint m_sdo_index1 = convert.touint32(c_sdoreg0.text);
    uint m_sdo_sub1 = convert.touint32(c_sdoisub0.text);
    uint m_sdo_type1 = convert.touint32(c_sdotype0.selectedindex.tostring())   1;
    int m_sdo_data1 = convert.toint32(c_sdodata0.text);
    if (bus_type == 0)
    {
        ret = zmcaux.zaux_buscmd_sdowrite(g_handle, 0, m_sdo_node1, m_sdo_index1, m_sdo_sub1, m_sdo_type1, m_sdo_data1);
        if (ret != 0)
        {
            messagebox.show("写入失败");
            return;
        }
    }
    else
    {
        messagebox.show("非ethercat模块");
        return;
    }
}

五、例程说明

1、 c#例程界面如下。

2、例程简易流程图。

3、要想通过上位机操控控制器，就必须先链接控制器。例如通过local链接方式的链接按钮的消息响应函数来链接控制器。

通过local链接方式的链接控制器。

private void button4_click(object sender, eventargs e)
{
    if (g_handle == (intptr)0)
    {
        c_close_card_click(sender, e);
    }
    zmcaux.zaux_fastopen(5, combobox1.text, 1000, out g_handle);
    if (g_handle != (intptr)0)
    {
        this.text = "已链接";
        timer1.enabled = true;
    }
    else
    {
        messagebox.show("链接失败，请选择正确的local！");
    }
}

链接成功后，例程左上角会显示已链接。如果链接失败，还弹出“链接失败，请选择正确的local！”的弹窗。

4、ethercat总线初始化。先将ethercat总线初始化程序下载到控制器中，pc再调用下面的总线初始化函数，即可完成总线初始化。

pc函数库中的“单个.bas文件生成zar并且下载到控制器运行”接口：zaux_basdown（连接句柄，bas文件名带路径，下载模式）。

单个.bas文件生成zar并且下载到控制器运行。

private void c_download_click(object sender, eventargs e)
{
    if (g_handle == (intptr)0)
    {
        messagebox.show("未链接到控制器!", "提示");
    }
    else
    {
        int ret = 0;
        string strfilepath;
        openfiledialog openfiledialog1 = new openfiledialog();
        openfiledialog1.initialdirectory = "\\";
        openfiledialog1.filter = "配置文件(*.bas)|*.bas";
        openfiledialog1.restoredirectory = true;
        openfiledialog1.filterindex = 1;
        if (openfiledialog1.showdialog() == dialogresult.ok)            //打开配置文件
        {
            strfilepath = openfiledialog1.filename;
            c_basfile.text = strfilepath;
            ret = zmcaux.zaux_basdown(g_handle, strfilepath, 1);            //下载到rom
            if (ret != 0)
            {
                messagebox.show("文件下载失败!", "提示");
            }
            g_initstatus = -1;
            g_basflag = true;
        }
    }
}

如果总线初始化还没有成功，例程的初始化状态就会显示未完成，节点数量和轴数量都会显示0。总线初始化成功后，例程的初始化状态就会显示初始化完成。并显示节点数量和轴数量。

注意： 初始化过程中若产生硬限位报警，可在轴参数窗口将硬限位fwd_in和rev_in的映射编号指向-1，表示不映射，需要接入限位开关时再去修改fwd_in和rev_in。

5、设置查看的轴号。就是修改全局变量m_axisnum，并且使用修改后的全局变量m_axisnum去读取轴参数，然后把轴参数显示在例程上。

private void c_move_axis_textchanged(object sender, eventargs e)
{
    if (g_handle == (intptr)0)
    {
        return;
}
    int ret = 0;
    float[] f_axispara = new float[10];
    int m_atype = 0;
    m_axisnum = convert.toint32(c_move_axis.text);
    ret  = zmcaux.zaux_direct_getunits(g_handle, m_axisnum, ref f_axispara[0]);
    ret  = zmcaux.zaux_direct_getspeed(g_handle, m_axisnum, ref f_axispara[1]);
    ret  = zmcaux.zaux_direct_getaccel(g_handle, m_axisnum, ref f_axispara[2]);
    ret  = zmcaux.zaux_direct_getatype(g_handle, m_axisnum, ref m_atype);
    if (ret == 0)
    {
        c_axistype.text = m_atype.tostring();
        c_axisunits.text = f_axispara[0].tostring();
        c_axisspeed.text = f_axispara[1].tostring();
        c_axisacc.text = f_axispara[2].tostring();
    }
}

6、修改轴类型是使用pc函数库中的设置轴类型接口：zaux_direct_setatype（控制器连接句柄，轴号，轴类型）。

private void button1_click (object sender, eventargs e)
{
    if (g_handle == (intptr)0)
    {
        return;
    }
    int ret = 0;
    int m_atype1 = 0;
    m_atype1 = convert.toint32(c_axistype1.text);
    m_axisnum = convert.toint32(c_move_axis.text);
    zmcaux.zaux_direct_setatype(g_handle, m_axisnum, m_atype1);
}

7、轴运动和停止。正转和反转是使用了pc函数库中的单轴持续运动接口：zaux_direct_single_vmove（控制器连接句柄，轴号，方向）。停止是使用了pc函数库中的单轴运动停止接口：zaux_direct_single_cancel（控制器连接句柄，轴号，模式）。

a.单轴持续运动。

private void c_button_fwd_click(object sender, eventargs e)
{
    if (g_handle == (intptr)0)
    {
        messagebox.show("未链接到控制器!", "提示");
        return;
    }
    int ret = 0;
    ret=zmcaux.zaux_direct_setunits(g_handle,m_axisnum,convert.tosingle(c_axisunits.text));
    ret=zmcaux.zaux_direct_setspeed(g_handle,m_axisnum,convert.tosingle(c_axisspeed.text));
    ret=zmcaux.zaux_direct_setaccel(g_handle,m_axisnum,convert.tosingle(c_axisacc.text));
    ret = zmcaux.zaux_direct_single_vmove(g_handle, m_axisnum, 1);
}

b.单轴运动停止。

private void c_button_stop_click(object sender, eventargs e)
{
    if (g_handle == (intptr)0)
    {
        messagebox.show("未链接到控制器!", "提示");
        return;
    }
    int ret = 0;
    ret = zmcaux.zaux_direct_single_cancel(g_handle, m_axisnum, 2);
}

8、读取和设置扩展的脉冲轴的真实轴类型。

总线初始化后，拓展的总线轴的轴类型为65（ethercat周期位置模式），但实际由于是脉冲型驱动器，轴类型并不是65，真实轴类型的读取和配置需要使用pc函数库的数据字典读取和写入接口。

扩展的脉冲轴的真实轴类型设置通过数据字典6011h设置，（参考下表的参数，按轴号依次设置，第一个驱动器设置数据字典6011h 0*800h，第二个驱动器设置6011h 1*800h，以此类推，每个驱动器加800h，其他参数同理）。

（1）pc函数库中的数据字典读取的接口：

zaux_buscmd_sdoread（连接句柄，槽位号，节点编号，对象字典编号，对象字典子编号，数据类型，读取的数据值）。

例如： 下图中的6和7轴的轴类型都显示65（ethercat周期位置模式），但是通过使用pc函数库中的数据字典读取的接口来读取6011h和6011h 1*800h，得知6轴和7轴的真实轴类型并不一样。

a.轴6。 注意： 24593是由16进制的6011h转换成10进制得来的。

b.轴7。注意 ： 26641是由16进制的6011h 1*800h转换成10进制得来的。

轴6的真实轴类型是7（脉冲方向方式步进或伺服 ez信号输入），轴7的真实轴类型是0（虚拟轴）。

通过设备号和槽位号进行sdo读取。

private void c_sdo_read_click(object sender, eventargs e)
{
    if (g_handle == (intptr)0)
    {
        messagebox.show("未链接到控制器!", "提示");
        return;
    }
    int ret = 0;
    uint m_sdo_node2 = convert.touint32(c_sdonode1.text);
    uint m_sdo_index2 = convert.touint32(c_sdoreg1.text);
    uint m_sdo_sub2 = convert.touint32(c_sdoisub1.text);
    uint m_sdo_type2 = convert.touint32(c_sdotype1.selectedindex.tostring())   1;
    int m_sdo_data2 = 0;
    if (bus_type == 0)
    {
        ret = zmcaux.zaux_buscmd_sdoread(g_handle, 0, m_sdo_node2, m_sdo_index2, m_sdo_sub2, m_sdo_type2, ref m_sdo_data2);
        if (ret != 0)
        {
            messagebox.show("读取失败");
            return;
        }
        c_sdodata1.text = m_sdo_data2.tostring();
    }
    else
    {
        messagebox.show("非ethercat模块");
        return;
    }
}

（2）pc函数库中的数据字典写入的接口：

zaux_buscmd_sdowrite（连接句柄，槽位号，节点编号，对象字典编号，对象字典子编号，数据类型，写入的数据值）。

例如： 下图是6轴的轴参数和使用pc函数库中的数据字典读取的接口来读取6011h得知的真实轴类型。

注意： 24593是由16进制的6011h转换成10进制得来的。

从图得知轴6的真实轴类型是7（ 脉冲方向方式步进或伺服 ez信号输入 ），所以命令位置和反馈位置是一样的。接下来我们将要使用pc函数库中的数据字典写入的接口把轴6的真实轴类型修改为4（脉冲方向输出 正交编码器输入）。

写入后重新读取真实轴类型。

发现真实轴类型已经修改为4（脉冲方向输出 正交编码器输入）了。再看看轴6的参数，会发现命令位置和反馈位置不一样了，那是因为轴6没接编码器，所以 反馈位置变为了0。

通过设备号和槽位号进行sdo写入。

private void c_sdo_write_click(object sender, eventargs e)
{
    if (g_handle == (intptr)0)
    {
        messagebox.show("未链接到控制器!", "提示");
        return;
    }
    int ret = 0;
    uint m_sdo_node1 = convert.touint32(c_sdonode0.text);
    uint m_sdo_index1 = convert.touint32(c_sdoreg0.text);
    uint m_sdo_sub1 = convert.touint32(c_sdoisub0.text);
    uint m_sdo_type1 = convert.touint32(c_sdotype0.selectedindex.tostring())   1;
    int m_sdo_data1 = convert.toint32(c_sdodata0.text);
    if (bus_type == 0)
    {
        ret = zmcaux.zaux_buscmd_sdowrite(g_handle, 0, m_sdo_node1, m_sdo_index1, m_sdo_sub1, m_sdo_type1, m_sdo_data1);
        if (ret != 0)
        {
            messagebox.show("写入失败");
            return;
        }
    }
    else
    {
        messagebox.show("非ethercat模块");
        return;
    }
}

9、视频讲解。

本次，正运动技术ethercat超高速实时运动控制卡xpcie1032h上位机c#开发（四） ：板载io与总线扩展io的编码器与脉冲配置的应用，就 分享到这里。

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