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EtherCAT是自動(dòng)化控制最好的實(shí)時(shí)環(huán)形控制總線之一，本文以最簡(jiǎn)單的方式帶你實(shí)際操作ZMC300E的EtherCAT總線，讓你的EtherCAT電機(jī)轉(zhuǎn)起來(lái)。

前言

當(dāng)一個(gè)鼠標(biāo)插入到電腦時(shí)，發(fā)生了什么？

首先電腦會(huì)檢測(cè)到有USB插入；
然后，電腦會(huì)提示安裝驅(qū)動(dòng)；
最后，就可以通過(guò)鼠標(biāo)來(lái)移動(dòng)光標(biāo)、單擊、雙擊等操作了。

這有問(wèn)題么？當(dāng)前沒(méi)有問(wèn)題，但作為程序猿，有兩個(gè)地方值得深挖一下。

1、電腦安裝的驅(qū)動(dòng)，是什么驅(qū)動(dòng)？當(dāng)然是鼠標(biāo)驅(qū)動(dòng)，因?yàn)槲覀兘尤氲氖鞘髽?biāo)。但電腦是如何知道呢？原來(lái)USB規(guī)范中，要求每個(gè)USB設(shè)備都要有自己的設(shè)備描述符，電腦通過(guò)分析該描述符，才知道接入的是什么設(shè)備。

2、為什么能通過(guò)鼠標(biāo)來(lái)移動(dòng)光標(biāo)？這是雙方共同合作的結(jié)果。首先鼠標(biāo)提供光標(biāo)位置的數(shù)據(jù)，然后電腦收到鼠標(biāo)的數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)作用到光標(biāo)的位置上產(chǎn)生移動(dòng)效果。這需要有個(gè)前提，即鼠標(biāo)數(shù)據(jù)的格式，電腦需要先知道其格式，才能解釋這份數(shù)據(jù)。這份數(shù)據(jù)格式的定義，在USB的接口描述符規(guī)范中進(jìn)行了定義。

說(shuō)了這么多，這和EtherCAT有關(guān)系么？當(dāng)然有，對(duì)于EtherCAT或者任意一個(gè)總線來(lái)說(shuō)，都需要知道接入設(shè)備的類型及數(shù)據(jù)格式，否則是無(wú)法解釋數(shù)據(jù)的，通常有兩種方式：

事先約定：通過(guò)事先約定的來(lái)確定工作如何進(jìn)行。這就像發(fā)個(gè)信息說(shuō)“我們晚上8點(diǎn)一起看電影吧“一樣簡(jiǎn)單，這是小編喜歡它的原因。但這個(gè)約定有時(shí)就像友誼的小船說(shuō)翻就翻，對(duì)方招呼也不打，只剩你一個(gè)人還傻傻地站在的電影院門口；
協(xié)議規(guī)范：定義一套完整的規(guī)范，大家一起遵循它。規(guī)范通常都很多很雜，學(xué)習(xí)成本較高，按規(guī)范開(kāi)發(fā)就像是你去做的基金定投，短期收益低，但穩(wěn)定可靠。

EhterCAT和USB一樣都采用了協(xié)議規(guī)范這種方式，這里簡(jiǎn)單介紹一下EtherCAT的相關(guān)規(guī)范及用途：

ESI(EtherCAT Slave Information):這個(gè)是從站提供的標(biāo)準(zhǔn)描述規(guī)范文件，該文件描述了設(shè)備的類型、數(shù)據(jù)格式及一些“特殊癖好”，這就相當(dāng)于USB的設(shè)備描述符+接口描述符。
ENI(EtherCAT Network Information):這個(gè)是用于給主站啟動(dòng)時(shí)，加載的標(biāo)準(zhǔn)配置規(guī)范文件，用于初始化所有的從站。這個(gè)文件描述了從站的數(shù)量、每個(gè)從站的類型及數(shù)據(jù)格式、DC等配置信息。

ESI還理解，為啥還多了個(gè)ENI呢？EtherCAT規(guī)范為了滿足工業(yè)控制的復(fù)雜性，ESI中提供了非常強(qiáng)大的可配置功能，相對(duì)的使用起來(lái)也變得困難了。因此EtherCAT采用靜態(tài)化配置，即由PC使用可視化工具進(jìn)行對(duì)應(yīng)的配置工作，配置完成后導(dǎo)出不可變的ENI配置，給到具體的主站設(shè)備來(lái)執(zhí)行。所謂靜態(tài)化配置，即EtherCAT網(wǎng)絡(luò)設(shè)備發(fā)生變化時(shí)，需要重新執(zhí)行配置工作，相比于USB的全自動(dòng)配置，功能強(qiáng)大了，但使用也麻煩了。有得必有失，這是EtherCAT的選擇。

簡(jiǎn)單總結(jié)一下EtherCAT開(kāi)發(fā)，可分三步走：生成ENI，加載ENI，解釋輸入輸出數(shù)據(jù)。

準(zhǔn)備工作

開(kāi)始EtherCAT測(cè)試前，需要準(zhǔn)備以下硬件：一臺(tái)電腦、一臺(tái)ZMC300E運(yùn)動(dòng)控制器、一臺(tái)EtherCAT伺服驅(qū)動(dòng)器、2根網(wǎng)線，然后使用網(wǎng)線將設(shè)備按如下示意圖進(jìn)行連接。

生成ENI文件

1. 啟動(dòng)EtherCAT服務(wù)

打開(kāi)putty.exe軟件，輸入運(yùn)動(dòng)控制器NET1的默認(rèn)IP地址：192.168.1.136，賬號(hào)和密碼為root。

2.連接設(shè)備

啟動(dòng)ZlgEtherCatStudio上位機(jī)配置軟件，輸入運(yùn)動(dòng)控制器NET1的默認(rèn)IP地址：192.168.1.136，點(diǎn)擊回車。

3. 掃描網(wǎng)絡(luò)

通過(guò)掃描EtherCAT總線，來(lái)識(shí)別接入了多少個(gè)設(shè)備，并將其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涮砑拥奖镜刂髡緲?shù)節(jié)點(diǎn)。

4.導(dǎo)入ESI

如果該從站無(wú)法正確識(shí)別，可手動(dòng)導(dǎo)入從站ESI（EtherCAT Slave Information）文件。

5. 配置FMMU

一般應(yīng)用不需配置從站FMMU/SM，使用從站默認(rèn)配置即可。當(dāng)需要改變輸入輸出變量時(shí)，可通過(guò)本配置項(xiàng)配置。

6. 生成ENI文件

導(dǎo)出ENI，取名為text_eni。

加載ENI文件

1.將上一步生成的test_eni.xml文件，通過(guò)WinSCP工具上傳到運(yùn)動(dòng)控制器的目錄/opt中。

2. 使用控制器加載ENI配置/文件

在putty.exe工具，先輸入ctrl+c結(jié)束當(dāng)前主站程序，輸入以下命令啟動(dòng)主站并加載ENI配置文件：

/opt/ecat_test/master /opt/test_eni.xml，看到輸出ethercat start success即代表成功。

解釋輸入輸出數(shù)據(jù)

在CiA402規(guī)范中，定義了伺服類設(shè)備的數(shù)據(jù)格式，這里給大家介紹一下最常用的位置控制模式的數(shù)據(jù)格式。

1.輸出數(shù)據(jù)

Controlword：控制字，16Bit，主要用于控制電機(jī)上下電，抱閘等；
Target Position：目標(biāo)位置，32Bit，用于控制電機(jī)轉(zhuǎn)到指定的位置。

2.輸入數(shù)據(jù)（相對(duì)于設(shè)備）

Statusword：控制字，16Bit，主要用于控制電機(jī)上電、下電、抱閘等操作；
Position Actual Value：實(shí)際位置，用于反饋電機(jī)當(dāng)前所在位置。我們要做的就是周期性解釋以上4個(gè)數(shù)據(jù)，然后執(zhí)行對(duì)應(yīng)的操作即可，可參考如下代碼：

電機(jī)測(cè)試

在putty.exe工具中，可使用以下命令，對(duì)電機(jī)進(jìn)行簡(jiǎn)易測(cè)試，這些命令是基于CiA402規(guī)范進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的。

1. move_test命令

angle表示電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度，輸入該命令后，電機(jī)會(huì)一直重復(fù)執(zhí)行輸出：先正轉(zhuǎn)angle度，然后反轉(zhuǎn)angle度。

輸入move_test 90，仔細(xì)觀察電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，如果發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度比90度小，則說(shuō)明脈沖當(dāng)量偏小，應(yīng)適當(dāng)增加。推薦10倍住上遞增進(jìn)行測(cè)試，該值默認(rèn)為1。

2、units命令

unit表示脈沖當(dāng)量，units 1000命令用于將軸0的脈沖當(dāng)量設(shè)置成1000。使用units?查看所有軸的脈沖當(dāng)量。

其它補(bǔ)充

1. 關(guān)于脈沖當(dāng)量

在實(shí)際應(yīng)用中，脈沖當(dāng)量的準(zhǔn)備值，是如何計(jì)算出來(lái)的？這個(gè)應(yīng)根據(jù)實(shí)際的場(chǎng)景及所需要單位來(lái)確定，這里給出一個(gè)常見(jiàn)的，以角度為單位的脈沖當(dāng)量計(jì)算公式。

編碼器的分辨率，可以從伺服驅(qū)動(dòng)器的手冊(cè)得到。

2. 關(guān)于EtherCAT主站

ZMC300E提供的EtherCAT主站，采用的是KPA master主站，商業(yè)授權(quán)，其主要特點(diǎn)是高效、穩(wěn)定、支持通過(guò)硬件來(lái)消除幀抖動(dòng)（ZMC300E可做到±15us的抖動(dòng)），我司已購(gòu)買其版權(quán)，用戶可免費(fèi)自由使用。

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