基于EtherCAT總線的NJ控制器與Kubler編碼器通信

洪 磊，封 峰，黃建民

(揚(yáng)力集團(tuán)股份有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225127)

基于EtherCAT總線的NJ控制器與Kubler編碼器通信

洪 磊，封 峰，黃建民

(揚(yáng)力集團(tuán)股份有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225127)

介紹了EtherCAT總線與Kuble編碼器的基本原理，詳細(xì)研究了基于EtherCAT總線實(shí)現(xiàn)OMRON的NJ型控制器與庫伯勒編碼器通訊方法。

NJ控制器；Kubler編碼器；EtherCAT總線

總線是一種全數(shù)字式通信控制方式，有效支持分布式控制和實(shí)時(shí)控制，具有高性能、高可靠性、實(shí)時(shí)性好等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于機(jī)械行業(yè)伺服控制系統(tǒng)中。目前應(yīng)用比較廣泛的有 ProfiBus、ProfiNet、DeviveNet、CanOpen、EtherNet和EtherCat等現(xiàn)場總線通信方式。

工業(yè)以太網(wǎng)是當(dāng)今控制領(lǐng)域最流行的一種總線。PLC是工業(yè)現(xiàn)場控制領(lǐng)域廣泛使用的控制器件，隨著分布式與遠(yuǎn)程式控制的興起，控制系統(tǒng)迅速向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。各PLC生產(chǎn)商紛紛開發(fā)與各種網(wǎng)絡(luò)的軟硬件接口，提高PLC的網(wǎng)絡(luò)通信能力。EtherCAT技術(shù)突破了其他以太網(wǎng)解決方案系統(tǒng)，設(shè)備間的通信連接就像PC設(shè)備間的網(wǎng)絡(luò)連接，每個(gè)電氣設(shè)備之間只需要一根網(wǎng)線就足夠把所有的控制信號(hào)和采集數(shù)據(jù)進(jìn)行通信交換。

1 EtherCAT總線

EtherCAT控制網(wǎng)絡(luò)采用主從模式訪問控制方式。EtherCAT控制網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)主站設(shè)備和多個(gè)從站設(shè)備組成，主站設(shè)備使用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)控制器，具有非常出色的兼容性，任何具有標(biāo)準(zhǔn)的商用以太網(wǎng)控制器的計(jì)算機(jī)和控制設(shè)備都能夠作為EtherCAT的主站設(shè)備。

圖1 EherCAT幀結(jié)構(gòu)

在一個(gè)通訊周期內(nèi)，主站發(fā)送一幀數(shù)據(jù)給各個(gè)從站，EtherCAT從站設(shè)備在報(bào)文經(jīng)過其節(jié)點(diǎn)時(shí)讀取相應(yīng)的編址數(shù)據(jù)，同樣，輸入數(shù)據(jù)也是在報(bào)文經(jīng)過時(shí)插入至報(bào)文中。當(dāng)數(shù)據(jù)幀到達(dá)最后一個(gè)從站后返回，并通過網(wǎng)絡(luò)中第一個(gè)從站設(shè)備將其發(fā)送回主站控制器，實(shí)現(xiàn)一次數(shù)據(jù)通訊。整個(gè)過程中，報(bào)文只有幾納秒的時(shí)間延遲。這樣的通訊方式刷新所有的從站設(shè)備數(shù)據(jù)只需要一條報(bào)文，大大提高了以太網(wǎng)的有效帶寬利用率。

2 Kubler編碼器

Kubler EtherCAT接口高分辨率絕對(duì)值型編碼器具備智能診斷功能與高速數(shù)據(jù)傳輸功能，可實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用中的絕對(duì)位置與速度的高精度測量。其強(qiáng)大的工作溫度、工作時(shí)間等參數(shù)的診斷與錯(cuò)誤及早檢測功能，極大提升了網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性；嵌入式交換機(jī)技術(shù)，最大程度提升了系統(tǒng)的可用性，從而提升生產(chǎn)效率。

本文選用的Kubler編碼器型號(hào)為8.5868.12B2.B212，每旋轉(zhuǎn)一圈，最多能發(fā)出8192個(gè)光電脈沖信號(hào)，編碼器最大測量值能旋轉(zhuǎn)0～4096周，當(dāng)計(jì)數(shù)到4096周后復(fù)位為第0周，重新計(jì)數(shù)編碼器旋轉(zhuǎn)周數(shù)。

3 NJ控制器與Kubker通訊

3.1 編碼器的配置文件

如圖2所示，添加庫伯勒廠家提供的ESI文件。每個(gè)型號(hào)的驅(qū)動(dòng)器都會(huì)有兩個(gè)配置文件，分別是XML和EDS文件。 其中XML為配置描述，EDS文件則記錄了驅(qū)動(dòng)器所有變量的地址。

圖2 添加ESI文件

3.2 編碼器的地址設(shè)置

庫伯勒編碼器是無需撥碼設(shè)置站號(hào)的，可以自行適應(yīng)。也就是說初始時(shí)將編碼器作為從站設(shè)備連接，該編碼器沒有硬件撥碼的站號(hào)設(shè)置。實(shí)際在NJ控制器的Sysmac自動(dòng)化編程平臺(tái)使用“與物理網(wǎng)絡(luò)比較并合并”時(shí)會(huì)報(bào)錯(cuò)，可以用以下辦法解決報(bào)警：點(diǎn)擊“寫入從設(shè)備節(jié)點(diǎn)地址”后，彈出的窗口中顯示站號(hào)為0的從站，就是編碼器，此時(shí)就可以手動(dòng)修改站號(hào)。確定站號(hào)后分配給編碼器，此時(shí)還需要再次在Sysmac自動(dòng)化編程平臺(tái)下同步軟硬件，將站號(hào)信息同步下載，之后NJ控制器就能正常連接編碼器。

表1 通訊參數(shù)

圖3 6000H數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

3.3 編碼器的通訊參數(shù)

NJ控制器與從站編碼器的SDO通信即對(duì)編碼器的數(shù)據(jù)對(duì)象有讀寫需求，編碼器通訊的最基本的幾個(gè)參數(shù)如表1所示。

其中，對(duì)象6000H的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖中，CS代表編碼器的運(yùn)轉(zhuǎn)方向：CS=0時(shí)代表順時(shí)針方向；CS=1時(shí)代表逆時(shí)針方向。SFC代表縮放功能使能位：SFC=0不啟用縮放功能；SFC=1啟用縮放功能。

寫入單圈多圈值時(shí)比較復(fù)雜，必須對(duì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置后，保證啟用單圈多圈縮放功能以及多圈單圈倍數(shù)功能方能有效，所以要先將參數(shù)進(jìn)行修改，然后進(jìn)行單圈多圈的寫入。相關(guān)設(shè)定程序如圖4、圖5所示。

圖4 單圈值設(shè)定相關(guān)程序

一系列寫入結(jié)束后，才能正常結(jié)束設(shè)置。對(duì)于客戶來說，單圈多圈的修改只有初次上電使用，完全為了計(jì)算方便。只有當(dāng)前值預(yù)設(shè)是需要多次使用的，用于對(duì)上死點(diǎn)、下死點(diǎn)的校準(zhǔn)。同樣最后也是數(shù)據(jù)的保存，必須保存，否則數(shù)據(jù)斷電后丟失，又恢復(fù)成出廠設(shè)置。保存程序如圖6所示。

依據(jù)上述，NJ控制器與Kubler編碼器的通訊就已經(jīng)完成，下面只要根據(jù)實(shí)際測量寫入當(dāng)前值，保存參數(shù)，即可讀取編碼器的值供程序使用。

圖5 多圈值設(shè)定相關(guān)程序

圖6 參數(shù)保存程序

4 結(jié)束語

本文所述庫伯勒編碼器與NJ控制器通訊在我公司P2H系列閉式高速壓力機(jī)自動(dòng)調(diào)模上得以實(shí)現(xiàn)，EtherCAT總線傳輸速率快速、穩(wěn)定，配合選用的高分辨率Kubler編碼器，使得機(jī)床模高調(diào)整精確度達(dá)到0.1mm。

[1] 劉吉霞，鄭義祥，胡 健.絕對(duì)值編碼器在超行程測量中的應(yīng)用[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2014，49(4)：63-64.

[2] 胡 超，魏國勇，竇 磊，等.調(diào)速壓力機(jī)自動(dòng)停準(zhǔn)上死點(diǎn)方法[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2010，45(3)：27-28.

[3] 霍海鋒，李 陳.基于PLC技術(shù)的低壓智能控制屏的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].自動(dòng)化與信息工程，2008，29(3).

[4] 陽憲惠.現(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，1999：56-100.

[5]OMRON技術(shù)控制中心.SYSMAC CS/CJ系列可編程序控制器指令參考手冊(cè).OMRON，2003-07.

Communication betweenKubler encoder and NJ controlleron the basis of EtherCAT bus

HONG Lei,FENG Feng,HUANG Jianmin
(Jiangsu Yangli Group Co.,Ltd.,Yangzhou 225127,Jiangsu China)

Firstly,the basic principle of the EtherCAT bus and the Kuble encoder has been introduced in the text.Then,the communication way betweenKubler encoder and NJ controller from OMRON company on the basis of EtherCAT bus has been studied in detail.

NJ controller;EtherCATbus;Kubler encoders

TM571

A

10.16316/j.issn.1672-0121.2017.05.011

1672-0121(2017)05-0038-03

2017-04-14；

2017-05-26

洪 磊(1985-)，男，碩士，工程師，從事檢測技術(shù)與自動(dòng)化裝置研究。E-mail：304596735@qq.com