基于EtherCAT總線的西門子S1500控制器與Kubler編碼器通信

朱 霖，王 維，夏良辰

（揚(yáng)力集團(tuán)股份有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225000）

EtherCAT（以太網(wǎng)控制自動化技術(shù)）是一個開放架構(gòu)，以以太網(wǎng)為基礎(chǔ)的現(xiàn)場總線系統(tǒng)。自動化對通訊一般會要求較短的資料更新時間、資料同步時的通訊抖動量低，而且硬件的成本要低，EtherCAT開發(fā)的目的就是讓以太網(wǎng)可以運(yùn)用在自動化應(yīng)用中。EtherCAT為系統(tǒng)的實(shí)時性能和拓?fù)涞撵`活性樹立了新的標(biāo)準(zhǔn)，同時，它還符合甚至降低了現(xiàn)場總線的使用成本；EtherCAT的特點(diǎn)還包括高精度設(shè)備同步，可選線纜冗余，和功能性安全協(xié)議（SIL3）。

1 Kubler編碼器

編碼器是將信號（如比特流）或數(shù)據(jù)進(jìn)行編制、轉(zhuǎn)換為可用以通訊、傳輸和存儲的信號形式的設(shè)備。編碼器把角位移或直線位移轉(zhuǎn)換成電信號，前者稱為碼盤，后者稱為碼尺。按照讀出方式編碼器可以分為接觸式和非接觸式兩種；按照工作原理編碼器可分為增量式和絕對式兩類。增量式編碼器是將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號，再把這個電信號轉(zhuǎn)變成計(jì)數(shù)脈沖，用脈沖的個數(shù)表示位移的大小。絕對式編碼器的每一個位置對應(yīng)一個確定的數(shù)字碼，因此它的示值只與測量的起始和終止位置有關(guān)，而與測量的中間過程無關(guān)。庫伯勒Sendix5868型編碼器是具有Profibus接口和可選傳感器技術(shù)的絕對式多圈編碼器，最大分辨率達(dá)28bits，可采用直徑最大為15mm的盲空心軸，通過西門子S1500系列PLC與庫伯勒Sendix5868型編碼器通訊可設(shè)定其旋轉(zhuǎn)方向，縮放（每一圈的步驟數(shù)），預(yù)設(shè)值，診斷模式等。

2 庫伯勒編碼器的配置文件

本文采用西門子S1500系列控制器和庫伯勒8.5868.12C2.C212編碼器建立通訊。首先安裝庫伯勒廠家提供的編碼器GSDML文件，將壓縮包內(nèi)選中的文件后綴是BMP和XML的文件，放入同一個文件夾，之后通過TIA加載GSDML文件，安裝即可。安裝成功后，顯示GSD已經(jīng)安裝。

3 編碼器硬件組態(tài)

如圖1所示在博圖V14網(wǎng)絡(luò)視圖中找到編碼器，之后拖入到Profnet網(wǎng)絡(luò)中。

轉(zhuǎn)到設(shè)備視圖，對編碼器進(jìn)行進(jìn)一步配置，分配編碼器名稱，并將Mantel860模塊拖入到設(shè)備中，選擇Tel860，對編碼器的IO地址進(jìn)行分配，此處分配的地址為輸入和輸出地址從0起始，如圖2所示。

4 編碼器參數(shù)設(shè)置

選擇Parameter_Submod，對編碼器的參數(shù)進(jìn)行配置，配置完成之后，對在線編碼器分配設(shè)備名稱，搜索在線設(shè)備，對設(shè)備進(jìn)行名稱分配。編碼器參數(shù)配置界面如圖3所示。

（1）Code Sequence Counter Clockwise：編碼器計(jì)數(shù)方向選擇，此選項(xiàng)默認(rèn)關(guān)閉，編碼器順時針旋轉(zhuǎn)，數(shù)據(jù)增大。如果選中此選項(xiàng)，編碼器逆時針旋轉(zhuǎn)，數(shù)據(jù)增大。

（2）Scaling Function Control：選中開啟編碼器分辨率可修改功能，編碼器分辨率設(shè)置參見Measuring Units per Revolution和 Total Measuring Range。

（3）Measuring Units per Revolution（MUR）：編碼器單圈分辨率（數(shù)值范圍 1.....216，編碼器旋轉(zhuǎn)一圈輸出的數(shù)值）。

圖1 編碼器硬件組態(tài)圖

圖2 編碼器地址分配圖

圖3 編碼器參數(shù)配置圖

（4）Total Measuring Range（TMR）：編碼器總分辨率設(shè)置。①1.....228：針對多圈編碼器；②1.....216：針對單圈編碼器；③Example：UR=8192,TMR=65536，單圈分辨率為8192，總分辨率為 65536，TMR/MUR=8，編碼器旋轉(zhuǎn)圈數(shù)為8圈；④Example：MUR=8192,TMR=33554432，單圈分辨率為8192，總分辨率為33554432，TMR/MUR=4096，編碼器旋轉(zhuǎn)圈數(shù)為4096圈；⑤Example：MUR=8192,TMR=8192，單圈分辨率為8192，總分辨率為8192，TMR/MUR=1，編碼器旋轉(zhuǎn)圈數(shù)為1圈，編碼器即為單圈編碼器；⑥ -TMR/MUR=max.212（multiturn） or 1（singleturn）-TMR/MUR=power of 2（e.g.1/4,1/2,1,2,4,8, …,4096），2的X次冪。

（5）Velocity Measuring Unit：編碼器輸出速度模式選擇，共有如下4種可選擇。①Steps（positions）/second；②Steps（positions）/0.1second；③Steps（positions）/0.01 second；④revolutions/minute。

5 編碼器通訊地址及編程

圖4 編碼器通訊編程圖

編碼器輸入輸出模板解析，ManTel860==Manufacturer Telegram 860。輸入地址對應(yīng)8個字節(jié)，前四個字節(jié) 0-3（ID0w為編碼器位置數(shù)據(jù)32位無符號整數(shù)，后四個字節(jié) 4-7（ID4）為編碼器的速度數(shù)據(jù)32位有符號整數(shù)讀取ID0為編碼器位置數(shù)據(jù)，讀取ID4為編碼器速度數(shù)據(jù)，輸出地址對應(yīng)4個字節(jié)，最高位為觸發(fā)位，對Bit31進(jìn)行操作，Bit31由0變?yōu)?后，再變回0，編碼器完成一次完整的觸發(fā)預(yù)制數(shù)值操作。Bit30-Bit28，始終保持0，Bit27-Bit0，預(yù)制數(shù)值數(shù)據(jù)位，置零操作，Q地址為0，則對QD0進(jìn)行操作，寫入QD16#80000000，觸發(fā)復(fù)位置零，10ms延時后，將QD恢復(fù)成0，完成置零操作，通訊程序如圖4所示。

6 結(jié)束語

本文介紹的的庫伯勒編碼器與西門子S1500控制器通訊在我公司P2H系列閉式高速壓力機(jī)自動調(diào)模及曲軸實(shí)時位置讀取和監(jiān)控上得到實(shí)現(xiàn)，該通訊具有傳輸速率快速、穩(wěn)定、精確等特點(diǎn)。