EtherCAT運動控制器的MATLAB開發

ZMC408CE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PLC、Basic、HMI組態三種編程方式。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路輸入口和16路輸出口，部分IO為高速IO，模擬量AD/DA各兩路，EtherCAT最快125us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個通道同時觸發硬件比較輸出。

01 MATLAB進行運動控制開發

1.在MATLAB R2019a菜單“主頁”→“新建”→“工程”→“空白工程”，啟動創建項目向導。

2.新建GUI。命令行輸入guide，新建GUI。

3.找到廠家提供的光盤資料里面的MATLAB函數庫，路徑如下(64位庫為例)。

A.進入廠商提供的光盤資料找到“8.PC函數”文件夾，并點擊進入。

B.選擇“函數庫2.1”文件夾。

C.選擇“Windows平臺”文件夾。

D.根據需要選擇對應的函數庫這里選擇64位庫。

E.解壓MATLAB壓縮包，里面有對應的函數庫。

4.將廠商提供的庫文件以及相關文件復制到MATLAB工作目錄下。

（1）“zauxdll.dll”、“zmotion.dll”、“zauxdll2.h”、“zmotion.h”四個文件拷貝到matlab工作目錄下。

如：C:.......R2019abin

（2）將“zauxdll2.h”、“zmotion.h”兩個文件拷貝到include目錄。

如：C:.......R2019aexterninclude

（3）拷貝“zauxdll.dll”文件到新建的工程目錄中。

5.配置MATLAB開發環境。

（1）在matlab命令行輸入“mbuild -setup”以及“mex -setup”，選擇安裝的c語言編譯器。

（2）使用loadlibrary('zauxdll.dll','zauxdll2.h');加載函數庫。

（3）libfunctions zauxdll -full;或 libfunctionsview zauxdll;顯示共享庫函數簽名。

6.使用“calllib”調用zauxdll函數庫中函數，詳細可查看MATLAB幫助。

有關參數傳遞，在calllib幫助→傳遞參數。

至此函數庫添加完成，可進行MATLAB項目開發。

02 相關PC函數介紹

1.PC函數手冊在光盤資料查看，具體路徑如下：“光盤資料8.PC函數函數庫2.1ZMotion函數庫編程手冊 V2.1.pdf”。

2.PC編程，一般如果網口對控制器和工控機進行鏈接。網口鏈接函數接口是ZAux_OpenEth()；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對控制器的控制。

（1）ZAux_OpenEth()接口說明

（2）項目應用截圖

（3）命令行應用截圖

3、使用單軸運動相關的指令操作鏈接句柄“g_handle”，對控制器進行單軸運動控制，單軸運動相關的指令如下。

（1）單軸相對運動指令

（2）單軸絕對運動指令

（3）單軸持續運動

（4）單軸停止運動

03 MATLAB進行單軸運動開發

1.單軸運動控制人機交互界面如下。

2.例程簡易流程圖。

3.在MATLAB的GUI界面中新建控件進行程序編寫。

A.在工具欄新建“普通按鈕”和可編輯文本，并雙擊修改屬性。

B.控件右鍵，查看回調，“CallBack”創建回調響應函數，此時自動新建.m格式文件，在這里進行界面響應程序編寫。

C.將自動創建的文件添加到項目中。

D.在“XXX_OpeningFcn”函數中加載函數庫，并定義全局變量。

% --- Executes just before untitled is made visible. function untitled_OpeningFcn(hObject, eventdata, handles, varargin) % This function has no output args, see OutputFcn. % hObject handle to figure % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % varargin command line arguments to untitled (see VARARGIN) % Choose default command line output for untitled handles.output = hObject; % Update handles structure guidata(hObject, handles); if not(libisloaded('zauxdll'))%加載函數庫 loadlibrary('zauxdll.dll','zauxdll2.h'); end disp("加載函數庫");%命令行打印 global g_handleptr;%定義連接句柄 global g_nAxis;%定義軸號 global g_Dir;%定義運動方向 global g_Moveway;%定義運動方式 g_handleptr= libpointer('voidPtrPtr'); g_Dir=1; g_Moveway=0; g_nAxis=0;

4.編寫“連接控制器”按鈕程序，調用接口“ZAux_OpenEth（）”，使點擊按鈕時鏈接控制器。

% --- Executes on button press in pushbutton_openZmc. function pushbutton_openZmc_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to pushbutton_openZmc (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) handles.timer = timer('Period',0.05,'ExecutionMode','FixedRate',... 'TimerFcn',{@UpdateSliderData, handles});%定時器 global g_handleptr;%定義連接句柄 ip =get(handles.edit_Ip,'String'); disp("連接控制器:"+ip); zmc_ip = char(ip); [res,~] = calllib('zauxdll','ZAux_OpenEth',zmc_ip ,g_handleptr); commandCheckHandler("ZAux_OpenEth",res); if res==0 fprintf('連接控制器成功n'); set(gcf,'NumberTitle', 'off', 'Name', '連接成功'); %msgbox('Connection successful'); start( handles.timer );%啟動定時器 else fprintf('連接控制器失敗,錯誤碼%dn',res); set(gcf,'NumberTitle', 'off', 'Name', '連接失敗'); msgbox('Connection failure，Please check the IP！');%連接控制器失敗，請檢查IP地址 return; end

5.主界面右鍵添加銷毀函數，調用“ZAux_Close（）”關閉連接。

% --- Executes during object deletion, before destroying properties.關閉連接 function figure1_DeleteFcn(hObject, eventdata, handles) global g_handleptr;%定義連接句柄 calllib('zauxdll','ZAux_Close',g_handleptr); disp("關閉與控制器連接");%打印

6.通過定時器更新控制器軸狀態：當前坐標、當前速度等。

function UpdateSliderData(obj, events, handles) global g_handleptr;%定義連接句柄 global g_nAxis;%定義軸號 [res,~,runstate]=calllib('zauxdll','ZAux_Direct_GetIfIdle',g_handleptr,g_nAxis, 0); commandCheckHandler("ZAux_Direct_GetIfIdle",res); [res,~,curpos]=calllib('zauxdll','ZAux_Direct_GetDpos',g_handleptr, g_nAxis, 0); commandCheckHandler("ZAux_Direct_GetDpos",res); [res,~,curspeed]=calllib('zauxdll','ZAux_Direct_GetVpSpeed',g_handleptr, g_nAxis, 0); commandCheckHandler("ZAux_Direct_GetVpSpeed",res); str_curpos=num2str(curpos); str_curspeed=num2str(curspeed); if (runstate==0) set(handles.edit_runstate,'String',"當前運動狀態:運行"); else set(handles.edit_runstate,'String',"當前運動狀態:停止"); end set(handles.edit_curpos,'String',"當前軸坐標：" +str_curpos); set(handles.edit_curspeed,'String',"當前軸速度：" +str_curspeed);

7.通過啟動按鈕的事件處理函數來設置軸參數并開始運動。

% --- Executes on button press in pushbutton_runmove.運動 function pushbutton_runmove_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to pushbutton_runmove (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) global g_handleptr;%定義連接句柄 global g_nAxis;%定義軸號 global g_Dir;%定義運動方向 global g_Moveway;%定義運動方式 calllib('zauxdll','ZAux_Direct_SetAtype',g_handleptr, g_nAxis,0); calllib('zauxdll','ZAux_Direct_SetUnits',g_handleptr,g_nAxis,str2num(get(handles.edit_units,'String'))); calllib('zauxdll','ZAux_Direct_SetLspeed',g_handleptr, g_nAxis, str2num(get(handles.edit_lspeed,'String'))); calllib('zauxdll','ZAux_Direct_SetSpeed',g_handleptr, g_nAxis, str2num(get(handles.edit_speed,'String'))); calllib('zauxdll','ZAux_Direct_SetAccel',g_handleptr, g_nAxis, str2num(get(handles.edit_acc,'String'))); calllib('zauxdll','ZAux_Direct_SetDecel',g_handleptr, g_nAxis, str2num(get(handles.edit_dec,'String'))); calllib('zauxdll','ZAux_Direct_SetSramp',g_handleptr, g_nAxis, str2num(get(handles.edit_sramp,'String'))); if (g_Moveway) %//連續運動 calllib('zauxdll','ZAux_Direct_Single_Vmove',g_handleptr, g_nAxis,g_Dir); else % //寸動 calllib('zauxdll','ZAux_Direct_Single_Move',g_handleptr, g_nAxis, g_Dir * str2num(get(handles.edit_step,'String'))); end

8.通過停止按鈕的事件處理函數來停止插補運動。

% --- Executes on button press in pushbutton_stopMove.單軸停止 function pushbutton_stopMove_Callback(hObject, eventdata, handles) global g_handleptr;%定義連接句柄 global g_nAxis; calllib('zauxdll','ZAux_Direct_Single_Cancel',g_handleptr,g_nAxis,2);

04 調試與監控

編譯運行例程，同時連接ZDevelop軟件進行調試，對運動控制的軸參數和運動情況進行監控。

1.連接ZDevelop軟件，并點擊“視圖”→“示波器”打開示波器對軸運動情況進行監控。

2.運行上位機軟件進行調試監控。

本次，正運動技術EtherCAT運動控制器的MATLAB開發，就分享到這里。

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審核編輯 黃宇