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本文主要介紹正運動技術EtherCAT控制器在VS平臺采用C++語言實現(xiàn)的各種PSO功能。正運動提供多種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是正運動推出的一款多軸高性能EtherCAT總線運動控制器，具有EtherCAT、EtherNET、RS232、CAN和U盤等通訊接口，ZMC系列運動控制器可應用于各種需要脫機或聯(lián)機運行的場合。
ZMC408CE支持8軸運動控制，最多可擴展至32軸，支持直線插補、任意圓弧插補、空間圓弧、螺旋插補、電子凸輪、電子齒輪、同步跟隨等功能。
ZMC408CE支持8軸運動控制，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、運動中精準輸出，還支持8通道PWM輸出，對應的輸出口為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行有減速調整，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技術介紹
PSO（position synchronized output）即位置同步輸出，本質是通過采集實時的編碼器反饋位置(無編碼器可使用輸出的脈沖位置)與比較模式設定的位置進行比較，控制OP高速同步輸出信號，PSO示意圖如下。
PSO一般與激光器(或點膠噴射閥等設備)同步輸出信號進行相位同步，在運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，包括加速、減速和勻速段，從而實現(xiàn)脈沖能量均勻地作用在被加工物體上。
PSO功能的特點是能高速且穩(wěn)定的輸出信號，因為輸出精度足夠高，所以能夠在整個運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。
正運動的PSO功能調用ZAux_Direct_HwPswitch2函數(shù)接口實現(xiàn)，該函數(shù)采用硬件實現(xiàn)IO的高速比較輸出，響應速度達到微秒級別，故名硬件比較輸出。
03 C++語言MFC進行運動控制項目的開發(fā)
1.新建MFC項目并添加函數(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窗體應用程序。
（1）工具欄菜單“文件”→“新建”→“項目”，啟動創(chuàng)建項目向導。
（2）選擇開發(fā)語言為“Visual C++”和.NET Framework 4以及MFC應用程序，填寫好程序名以及選擇好程序存放路徑，點擊確定。
（3）點擊下一步。
（4）選擇類型為“基于對話框”，點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）進入廠商提供的光盤資料，找到“8.PC函數(shù)”文件夾，并點擊進入，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++庫文件以及相關文件復制到新建的項目中。
3.在項目中添加靜態(tài)庫和相關頭文件
靜態(tài)庫：zauxdll.lib, zmotion.lib
相關頭文件：zauxdll2.h, zmotion.h
（1）先右擊頭文件，接著依次選擇:“添加”→“現(xiàn)有項”。
（2）在彈出的窗口中依次添加靜態(tài)庫和相關頭文件。
（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進行鏈接。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現(xiàn)對控制器的控制。
ZAux_OpenEth()接口說明：
項目應用截圖：
6.硬件比較輸出函數(shù)接口
使用對下位機寄存器操作的指令操作鏈接句柄“g_handle”，對控制器進行寄存器內(nèi)容取值，實時控制下位機相關的指令如下。
實時全局變量指令：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：對應的輸出口；
opstate：第一個比較點的輸出狀態(tài)；
maxerr：比較位置每個軸左右的脈沖偏差，進入偏差范圍后開始比較，此參數(shù)不能寫0；
num：table里面存儲的比較點坐標個數(shù)；
tablepos：第一個比較點坐標所在table編號。
說明：比較點寫在TABLE中，兩個連續(xù)的TABLE數(shù)據(jù)組成一個2D坐標，每到達一個比較位置OP反轉一次。
圖中藍色段表示OP開啟，各類常用插補運動均支持比較，比較點坐標一定的要準確，否則會影響后面點的比較。
該模式主要功能為，碰到設置好的二維比較點之后，輸出口電平反轉。
該模式使用時需要指定高速輸出口，將首個比較點的輸出狀態(tài)、比較軸設置好之后，再設置比較點（即設置table寄存器，點數(shù)量等），設置比較點脈沖最大誤差等參數(shù)后，啟動比較。緊接著驅動軸運動即可。
脈沖偏差說明：2D模式下設置XY坐標需要準確，軸運動不到準確的TABLE比較點時將無法觸發(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，即實際位置坐標點與TABLE的比較點的差值在maxerr范圍內(nèi)便有效，觸發(fā)時刻為當前位置進入比較點的觸發(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，設置高速比較輸出口為0，首個比較點的輸出狀態(tài)為1，比較軸為0，1；設置兩個比較點，比較點坐標分別為：（100，50），（160，80）。即當軸運動到點（100，50）和點（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（100，50）時輸出為1，直到坐標（160，80）的時候恢復為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：對應的輸出口；
opstate：第一個比較點的輸出狀態(tài)；
maxerr：比較位置每個軸左右的脈沖偏差，進入偏差范圍后開始比較，此參數(shù)不能寫0；
num：table里面存儲的比較點坐標個數(shù)；
tablepos：第一個比較點坐標所在table編號；
* 以下參數(shù)和HW_TIMER二選一，HW_TIMER單獨寫可以動態(tài)調整參數(shù) *
ophwtimeus：脈沖時間；
ophwtimes：脈沖個數(shù)；
hwcyctimeus：脈沖周期。
說明：比較點寫在TABLE中，兩個連續(xù)的TABLE數(shù)據(jù)組成一個2D坐標，每到達一個比較位置觸發(fā)OP，每個比較點OP反轉的次數(shù)和反轉周期由HW_TIMER設置；到達下一個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，碰到設置好的二維比較點之后，輸出口輸出一斷設置好的定時脈沖。
該模式使用時，需要指定高速輸出口，將首個比較點的輸出狀態(tài)、比較軸設置好之后，再設置比較點（即設置table寄存器，點數(shù)量等），設置好比較點之后再設置脈沖有效時間、脈沖周期時間，以及脈沖個數(shù)（重復次數(shù)），設置比較點的脈沖最大誤差等參數(shù)后，啟動比較。緊接著驅動軸運動即可。
如下圖所示，設置高速比較輸出口為0，首個比較點的輸出狀態(tài)為1，比較軸為0，1；設置兩個比較點，比較點坐標分別為：（100，100），（200，200）。即當軸運動到點（100，100），點（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（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：對應的輸出口；
opstate：第一個比較點的輸出狀態(tài)；
maxerr：比較位置每個軸左右的脈沖偏差，進入偏差范圍后開始比較，此參數(shù)不能寫0；
num：table里面存儲的比較點坐標個數(shù)；
tablepos：第一個比較點坐標所在table編號；
說明：比較點寫在TABLE中，三個連續(xù)的TABLE數(shù)據(jù)組成一個3D坐標，每到達一個比較位置觸發(fā)OP，每個比較點OP反轉的次數(shù)和反轉周期由HW_TIMER設置；到達下一個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，碰到設置好的三維比較點之后，輸出口電平反轉。
該模式使用時需要指定高速輸出口，將首個比較點的輸出狀態(tài)、比較軸設置好之后，再設置比較點（即設置table寄存器，點數(shù)量等），設置比較點的脈沖最大誤差等參數(shù)后，啟動比較。緊接著驅動軸運動即可。
如下圖所示，設置高速比較輸出口為0，首個比較點的輸出狀態(tài)為1，比較軸為0，1，2；設置4個比較點，比較點坐標分別為：（80，40，20），（160，80，40），（240，120，60），（320，160，80）。即當軸運動到點（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（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 :對應的輸出口
Opstate: 第一個比較點的輸出狀態(tài).
maxerr:比較位置每個軸左右的脈沖偏差, 進入偏差范圍后開始比較.
num :TABLE 里面存儲的比較點個數(shù).
tablepos: 第一個比較點坐標所在 TABLE 編號
與 hwtimer 并用時, 可以動態(tài)調整 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：對應的輸出口；
opstate：第一個比較點的輸出狀態(tài)；
maxerr：比較位置每個軸左右的脈沖偏差，進入偏差范圍后開始比較，此參數(shù)不能寫0；
num：table里面存儲的比較點坐標個數(shù)；
tablepos：第一個比較點坐標所在table編號；
* 以下參數(shù)和HW_TIMER二選一，HW_TIMER單獨寫可以動態(tài)調整參數(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，碰到設置好的三維比較點之后，輸出口輸出一斷設置好的定時脈沖。
該模式使用時，需要指定高速輸出口，將首個比較點的輸出狀態(tài)、比較軸設置好之后，再設置比較點（即設置table寄存器，點數(shù)量等），設置好比較點之后再設置脈沖有效時間，脈沖周期時間，以及脈沖個數(shù)（重復次數(shù)），設置比較點的脈沖最大誤差等參數(shù)后，啟動比較。緊接著驅動軸運動即可。
如下圖所示，設置高速比較輸出口為0，首個比較點的輸出狀態(tài)為1，比較軸為0，1，2；設置4個比較點，比較點坐標分別為：（80，40，20），（160，80，40），（240，120，60），（320，160，80）。
即當軸運動到點（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（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 :對應的輸出口
Opstate: 第一個比較點的輸出狀態(tài).
maxerr:比較位置每個軸左右的脈沖偏差, 進入偏差范圍后開始比較.
num:TABLE 里面存儲的比較點個數(shù).
tablepos: 第一個比較點坐標所在 TABLE 編號
與 hwtimer 并用時, 可以動態(tài)調整 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;
}
本次，正運動技術運動控制器PSO視覺飛拍與精準輸出的C++開發(fā)（三）：二維/三維/多軸PSO輸出，就分享到這里。
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