硬件位置比较输出和编码器锁存：EtherCAT超高速实时运动控制卡XPCIE1032H上位机C#开发（六）
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搭配MotionRT7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与MotionRT7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和MotionRT7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EtherCAT超高速实时运动控制卡XPCIE1032H上位机C#开发（一）：驱动安装与建立连接。
一、C#语言进行运动控制项目开发
二、相关PC函数指令介绍
相关PC函数介绍详情可参考“ZMotion PC函数库编程手册 V2.1.1”。
1、硬件位置比较输出函数介绍
2、锁存相关指令介绍
在form设计界面找到需要用到的控件拖拽到窗体中进行UI界面设计，效果如下。
三、相关程序及功能介绍
1.位置比较功能
（1）位置同步输出PSO的原理与应用
PSO（position synchronized output）即位置同步输出，本质是通过采集实时的编码器反馈位置（无编码器可使用输出的脉冲位置）与比较模式设定的位置进行比较，控制OP高速同步输出信号，PSO示意图如下。
PSO一般与激光器（或点胶喷射阀等设备）同步输出信号进行相位同步，在运动轨迹的所有阶段以恒定的空间（或恒定时间）间隔触发输出开关，包括加速、减速和匀速段，从而实现脉冲能量均匀地作用在被加工物体上。
PSO功能的特点是能高速且稳定的输出信号，因为输出精度足够高，所以能够在整个运动轨迹中以固定的距离触发输出信号而不用考虑总体速度，即在直线部分以很快的速度运动，而在圆角部分减速的同时也能保证输出间距恒定。
通常圆角加工部分在整个加工过程中占有比较小的部分，这样在保证加工效果的同时，就可以最大限度地提高产能。
正运动的PSO功能调用ZAux_Direct_HwPswitch2函数接口实现，该函数采用硬件实现IO的高速比较输出，响应速度达到微秒级别，故名硬件比较输出。
（2）程序流程图
（3）相关代码示例
private void Button2_Click(object sender, EventArgs e) //运动按钮
{
//更新界面参数
updata_value();
//判断是否连接控制器
if (g_handle == (IntPtr)0)
{
MessageBox.Show("未链接到控制器!", "提示");
return;
}
int iret = 0;
AxisNum = 0;
//获取轴个数
foreach (Control item in this.Controls)
if (item is CheckBox)
{
CheckBox checkBox = (CheckBox)item;
if (checkBox.CheckState == CheckState.Checked)
AxisNum++;
}
//判断是否选择轴
if (AxisNum == 0)
{
MessageBox.Show("没选轴!", "提示");
return;
}
int[] axislist = new int[AxisNum];
float[] Distancelist = new float[AxisNum];
foreach (int item in axislist)
axislist[iret++] = -1;
//获取运动的轴数组和运动距离
foreach (Control item in this.Controls)
if (item is CheckBox)
{
CheckBox checkBox = (CheckBox)item;
if (checkBox.CheckState == CheckState.Checked)
{
int axis = Convert.ToInt32(checkBox.Name.Substring(checkBox.Name.Length - 1, 1));
int index = Array.IndexOf(axislist, -1);
axislist[index] = axis;
string DistanceName = "Distance" + axis.ToString();
Distancelist[index] = float.Parse(((System.Windows.Forms.TextBox)this.Controls.Find(DistanceName, false)[0]).Text);
}
}
//初始化输出口
for (int i = 0; i < 3; i++)
iret = zmcaux.ZAux_Direct_SetOp(g_handle, i, 0);
//选择运动的轴
iret = zmcaux.ZAux_Direct_Base(g_handle, AxisNum, axislist);
//初始化运动参数
foreach (int item in axislist)
{
iret = zmcaux.ZAux_Direct_SetUnits(g_handle, item, 100);
iret = zmcaux.ZAux_Direct_SetSpeed(g_handle, item, 100);
iret = zmcaux.ZAux_Direct_SetAccel(g_handle, item, 2000);
iret = zmcaux.ZAux_Direct_HwPswitch2(g_handle, item, 2, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0); //清除前面的比较输出指令
}
iret = zmcaux.ZAux_Direct_HwTimer(g_handle, 2, 0, 0, 0, 0, 0); //关闭硬件定时器
//起点输出口状态设置
int tempoutstatus = 0;
if (ModePara2 == 0)
tempoutstatus = 1;
else
tempoutstatus = 0;
//硬件定时器设置
if (m_Timer_IfOpen == false)
{
iret = zmcaux.ZAux_Direct_HwTimer(g_handle, 2, m_Timer_Cycle, m_Timer_Valid, m_Timer_Num, tempoutstatus, ModePara1);
if (iret != 0)
{
string tempstr;
tempstr = "HwTimer失败 返回值：" + iret.ToString();
MessageBox.Show(tempstr, "提示");
return;
}
}
else
{
iret = zmcaux.ZAux_Direct_HwTimer(g_handle, 0, m_Timer_Cycle, m_Timer_Valid, m_Timer_Num, tempoutstatus, ModePara1);
if (iret != 0)
{
string tempstr;
tempstr = "HwTimer失败 返回值：" + iret.ToString();
MessageBox.Show(tempstr, "提示");
return;
}
}
//HwPswitch设置
if (m_POS_IfOpen)
{
//将比较点填入TABLE
switch (PsoMode)
{
case 1:
case 3:
iret = zmcaux.ZAux_Direct_SetTable(g_handle, ModePara3, ModePara4 - ModePara3 + 1, fPointPos);
break;
case 25:
case 26:
iret = zmcaux.ZAux_Direct_SetTable(g_handle, ModePara5, ModePara4 * 2, fPointPos);
break;
case 35:
case 36:
iret = zmcaux.ZAux_Direct_SetTable(g_handle, ModePara5, ModePara4 * 3, fPointPos);
break;
}
if (iret != 0)
{
string tempstr;
tempstr = "SetTable失败 返回值：" + iret.ToString();
MessageBox.Show(tempstr, "提示");
return;
}
//初始化矢量位置
switch (PsoMode)
{
case 3:
case 4:
case 5:
case 6:
case 7: zmcaux.ZAux_Direct_SetParam(g_handle, "VECTOR_MOVED", 0, 0); break;
}
//PSO指令设置
switch (PsoMode)
{
case 1:
case 2:
case 3:
case 4:
case 5:
case 6:
iret = zmcaux.ZAux_Direct_HwPswitch2(g_handle, axislist[0], PsoMode, ModePara1, ModePara2, ModePara3, ModePara4, ModePara5, ModePara6, ModePara7, ModePara8);
break;
case 7:
case 25:
case 26:
case 35:
case 36:
iret = ZAux_Direct_HwPswitch2_2D();
break;
}
if (iret != 0)
{
string tempstr;
tempstr = "HwPswitch2失败 返回值：" + iret.ToString();
MessageBox.Show(tempstr, "提示");
return;
}
}
else
{
iret = 0;
iret = zmcaux.ZAux_Direct_HwPswitch2(g_handle, axislist[0], 2, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0); //清除比较输出指令
if (iret != 0)
{
string tempstr;
tempstr = "HwPswitch2失败 返回值：" + iret.ToString();
MessageBox.Show(tempstr, "提示");
return;
}
}
//触发示波器
zmcaux.ZAux_Trigger(g_handle);
//多轴插补运动
iret = zmcaux.ZAux_Direct_Move(g_handle, AxisNum, axislist, Distancelist);
}
2.锁存功能
（1）锁存的原理和应用
锁存的原理是通过高速输入口的感应来记录当前编码器的位置。当锁存信号被触发时，当前位置信息立即被捕获到位置锁存器中，并将前一次锁存的位置坐标 清除。读取锁存位置信息时，读取的是最后一次锁存信号触发时锁存的位置信息。
锁存一般应用于包装，印刷，点胶，视觉飞拍等。
（2）程序流程图
（3）相关代码示例
private void Button1_Click(object sender, EventArgs e) //启动锁存
{
if (g_handle == (IntPtr)0)
{
MessageBox.Show("未链接到控制器!", "提示");
return;
}
int iret = 0;
if (m_Regist_IfOpen == false)
{
m_RegistCount = 0;
iret = zmcaux.ZAux_Direct_SetAtype(g_handle, m_RegistAxis, 1); //必须是编码器轴才可以锁存
int ReglistListSel = ComboBox1.SelectedIndex;
if (ReglistListSel >= 0 && ReglistListSel <= 3)
{
RegistMode = ReglistListSel + 1;
}
else if (ReglistListSel == 4 || ReglistListSel == 5)
{
RegistMode = 10 + ReglistListSel;
}
else if (ReglistListSel > 5 || ReglistListSel < 9)
{
RegistMode = 12 + ReglistListSel;
}
iret = zmcaux.ZAux_Direct_Regist(g_handle, m_RegistAxis, RegistMode);
timer2.Start();
//m_Regist_IfOpen 标志位变true 表示开启了锁存
//反转按钮的设置
m_Regist_IfOpen = true;
//不允许修改锁存轴轴号
//将启动锁存按钮变成停止锁存
ComboBox1.Enabled = false;
Button1.Text = "停止锁存";
}
else
{
timer2.Stop();
m_Regist_IfOpen = false;
ComboBox1.Enabled = true;
Button1.Text = "启动锁存";
DataGridView2.Rows.Clear();
}
}
四、XPCIE1032H的IO接口介绍
1.IO规格介绍
2.IO端子定义
3.端子定义表
下文内容中效果演示就是使用高速输出口0实现PSO高速输出，高速输入口0实现锁存输入。
4.IO接线图
五、效果演示
根据上面的开发流程操作后，编译运行例程。同时连接ZDevelop软件进行调试，对运动控制的轴参数和运动情况进行监控。
如下图设置：LOCAL连接上控制卡后，首先开启PSO硬件位置比较输出功能；
第一步：设置高速比较输出口0，首个比较点的输出状态为1，设置比较轴为0。设置4个比较点，比较点坐标分别为：100，200，300，400。
第二步：开启开启编码器锁存功能：设置锁存轴号为0，锁存模式为3。
第三步：勾选运动轴号0并填上运动距离5000，最后将输入口0和输出口0接上。
即当轴运动到100，200，300，400时，都会触发电平变化，并且会通过锁存将锁存的位置保存下来。
例程接线示意图
参数设置示意图
效果演示示意图
示波器波形如下图所示：
硬件位置比较输出和编码器锁存例程讲解：
硬件位置比较输出和编码器锁存
本次，正运动技术硬件位置比较输出和编码器锁存：EtherCAT超高速实时运动控制卡XPCIE1032H上位机C#开发（六），就分享到这里。
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