EtherCAT运动控制器上位机之Python+Qt（一）：链接与单轴运动

科技科技 2024-07-30 07:02 广东

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ZMC408CE硬件介绍

ZMC408CE是正运动推出的一款多轴高性能EtherCAT总线运动控制器，具有EtherCAT、EtherNET、RS232、CAN和U盘等通讯接口，ZMC系列运动控制器可应用于各种需要脱机或联机运行的场合。

ZMC408CE支持8轴运动控制，最多可扩展至32轴，支持直线插补、任意圆弧插补、空间圆弧、螺旋插补、电子凸轮、电子齿轮、同步跟随等功能。

ZMC408CE支持PLC、Basic、HMI组态三种编程方式。PC上位机API编程支持C#、C++、LabVIEW、Matlab、Qt、Linux、VB.Net、Python等接口。

ZMC408CE支持8轴运动控制，可采用脉冲轴（带编码器反馈）或EtherCAT总线轴，通用IO包含24路输入口和16路输出口，部分IO为高速IO，模拟量AD/DA各两路，EtherCAT最快125us的刷新周期。

ZMC408CE支持8个通道的硬件比较输出、硬件定时器、运动中精准输出，还支持8通道PWM输出，对应的输出口为OUT0-7，支持8个通道同时触发硬件比较输出。

ZMC408CE视频介绍

更多关于ZMC408CE的详情介绍，点击“推荐|8通道PSO的高性能EtherCAT总线运动控制器”查看。

PCIE464M硬件介绍

PCIE464M是一款基于PCIe的PCI Express的EtherCAT总线运动控制卡，具有多项实时和高精度运动控制控制功能。

用户可直接将PCIE464M嵌入标准PC机实现高性能的EtherCAT运动控制功能，实现高精多轴同步控制，EtherCAT控制周期最小可达100us！

PCIE464M内置多路高速IO输入输出，可满足用户的多样化高速IO应用需求，如：高速色标锁存、高速PWM、多维位置比较输出PSO、视觉飞拍、速度前瞻、编码器位置检测等应用。

PCIE464M运动控制卡上自带16进16出，第三方图像处理工控机或PC无需额外配置IO数据采集卡和PLC，即可实现IPC形态的机器视觉运动控制一体机，简化硬件架构，节省成本，软硬件一体化。

PCIE464M视频介绍

更多关于PCIE464M的详情介绍，点击“PCIE464M-高速高精，超高速PCIe EthrtCAT实时运动控制卡”查看。

一

Python语言开发流程

本文案例Python开发环境：

操作系统环境：Win10_64位

Python版本：python-3.10.10-amd64.exe

Pycharm版本：pycharm-community-2024.1.3.exe

1、Python开发前对环境、解析器进行配置。

1）安装汉化包：点击file → setting → plugins，然后搜索Chinese中文包。

2）python解析器安装Pyside2软件包（QT库）：File → Settings → Project pythonProject。

3）配置自定义控件：File → Settings → Tools → External Tools点击+新增自定义工具。

自定义QtDesigner

目的：用于生成.ui文件

Name：QtDesigner

Group：Qt

Program：PySide2安装路径下的 designer.exe 路径

例如：C:\Python\Python39\Scripts\pyside2-designer.exe

Working directory：$ProjectFileDir$

自定义Pyside2-uic

目的：将制作好的.ui文件转化为.py文件

Name：Pyside2-uic

Group：Qt

Program：Python安装目录下Scripts\pyside2-uic.exe

例如：C:\Python\Python39\Scripts\pyside2-uic.exe

Arguments：$FileName$ -o $FileNameWithoutExtension$.py

Working directory：$FileDir$

自定义Pyside2-rcc

目的：将图片文件转化为.py文件

Name：Pyside2-rcc

Group：Qt

Program：Python安装目录下Scripts\pyside2-rcc.exe

例如：C:\Python\Python39\Scripts\pyside2-rcc.exe

Arguments：$FileName$ -o $FileNameWithoutExtension$_rc.py

Working directory：$FileDir$

4）配置好自定义控件后，后续可以直接在pycharm菜单中使用。

二

Python+Qt进行运动控制开发

1、新建项目

2、UI设置界面

1）进入项目ui设置界面：工具 → Qt → QtDesigner。

2）设置项目Ui：通过拖动控件到界面设置ui。

3）ui设置完后保存文件：文件 → 保存。

3、Python运行UI

1）添加UI运行的python文件：选中项目右键 → 新建 → Python File。

2）Ui_Weiget文件里面添加UI处理的类。

from PySide2.QtCore import QFilefrom PySide2.QtUiTools import QUiLoaderclass UiInterFace:    def __init__(self):        # 从文件中加载UI定义        q_state_file = QFile("mainWeiget.ui")        q_state_file.open(QFile.ReadOnly)        q_state_file.close()        # 从 UI 定义中动态 创建一个相应的窗口对象        self.ui = QUiLoader().load(q_state_file)

3）同步骤1添加主运行python文件Main，并添加主入口运行函数。

from PySide2.QtWidgets import QApplicationfrom Ui_Weiget import UiInterFaceif __name__ == "__main__":    app = QApplication([])  #加载所有控件    ui_interface = UiInterFace()   #创建窗体对象    ui_interface.ui.show()    #主窗口的控件，全部显示在界面上    app.exec_()             #进入QApplication的事件处理循环

4）此时在Main文件点击运行按钮，可以运行程序显示UI界面。

4、添加库文件、库函数封装的Python文件。

1）找到厂家提供的光盘资料里面的python函数库，路径如下（64位库为例）。

A、进入厂商提供的光盘资料找到“04PC函数”文件夹，并点击进入。

B、选择“PC函数库V2.1”文件夹。

C、选择“Windows平台”文件夹。

D、根据需要选择对应的函数库，这里选择64位库。

E、解压Python64压缩包,里面有Python对应的函数库，与运动函数封装的python文件。

2）将厂商提供的python的库文件以及相关文件复制到新建的项目中。

A、进入dll文件夹，选中zauxdll.dl、zmotion.dll、zauxdllPython.py三个文件复制。

B、选中新建的项目粘贴，便把对应的库文件与封装的运动Python文件粘贴到了项目中。

3）进入ui的python文件在文件开头处导入zauxdllPython文件的ZAUXDLL类，并在界面类中创建ZAUXDLL对象。

三

相关PC函数介绍

1、PC函数手册可在光盘资料查看，具体路径如下。

2、连接控制器。

指令3

ZAux_OpenEth

指令原型

int32 __stdcall ZAux_OpenEth(char *ipaddr, ZMC_HANDLE * phandle)

指令说明

以太网连接控制器。

输入参数

参数名	描述
Ipaddr	连接的IP地址

输出参数

参数名	描述
Phandle	返回的连接句柄

返回值

成功返回值为0，非0详见错误码说明。

指令示例

网口连接控制器

详细说明

1.网口采用RJ45标准网线接口，通讯速率为100Mbit/s。

2.控制器出厂的IP地址为192.168.0.11，端口号为502。对端通讯设备需与控制器处于同一网段,才可进行连接。

3.最常用的控制器连接方式。

4.ZMC_HANDLE类型：Zmotion库中，专门用于控制卡连接数据定义类型；

3、读取当前轴运动是否在运动中。

指令39

ZAux_Direct_GetIfIdle

指令原型

int32 __stdcall ZAux_Direct_GetIfIdle(ZMC_HANDLE handle, int iaxis, int *piValue)

指令说明

读取当前轴运动是否在运动中

输入参数

参数名	描述
handle	连接标识。
iaxis	轴号。

输出参数

参数名

描述

pfValue

返回的状态：

0 –运动中，-1-未运动

返回值

成功返回值为0，非0详见错误码说明。

指令示例

多轴直线插补

详细说明

当轴关联为机械手，CONNFRAME逆解时，关节轴一直返回0；CONNREFRAME正解时，虚拟轴一直返回0。

4、设置脉冲当量。

指令18

ZAux_Direct_SetUnits

指令原型

int32 __stdcall ZAux_Direct_SetUnits(ZMC_HANDLE handle,int iaxis, float fValue)

指令说明

设置脉冲当量，当设置为1时，表示单位为1个脉冲。

脉冲当量，控制器基本单位。指定每单位发送的脉冲数，支持5位小数精度。

控制器以脉冲当量作为基本单位，修改后坐标显示会随脉冲当量改变比例变化。

输入参数

参数名	描述
handle	控制器连接句柄
iaxis	轴号
fValue	设置的脉冲当量

输出参数

返回值

成功返回值为0，非0详见错误码说明。

指令示例

轴基本运动参数设置获取

详细说明

如何设置

假设电机U=3600脉冲转一圈，丝杠一圈螺距P=2mm：

电机转1°对应的脉冲当量UNITS：

UNITS=U/360=3600/360=10；//此时MOVE(1)，电机转1°

工作台走1mm对应的脉冲当量UNTIS：

UNITS=U/P=3600/2=1800，//此时MOVE(1)，工作台走1mm

机台存在减速比时，要把减速比算上，假设减速比i=2:1

UNITS=U*i/P=3600*2/2=3600

5、设置轴运动速度。

指令24

ZAux_Direct_SetSpeed

指令原型

int32 __stdcall ZAux_Direct_SetSpeed(ZMC_HANDLE handle,int iaxis, float fValue)

指令说明

设置轴速度，单位units/s。

输入参数

参数名	描述
handle	连接标识。
iaxis	轴号。
fValue	设置的轴速度。

输出参数

返回值

成功返回值为0，非0详见错误码说明。

指令示例

轴基本运动参数设置获取

详细说明

1.当多轴运动时，插补运动的速度设置主轴速度，作为插补运动的速度。（主轴：轴列表数组里第0个数据所指定的轴号）

2.速度修改后，立刻生效，可以实现动态变速，但是改变瞬间会抖。希望平滑变速请使用SPEED_RATIO（zbasic指令，PC可以用这个函数：

ZAux_Direct_SetParam(句柄, “SPEED_RATIO”,轴号, 当前速度的比例)）来代替掉速度函数，让他在线变速变得相对平滑。

6、单轴持续运动。

指令94

ZAux_Direct_Single_Vmove

指令原型

int32 __stdcall ZAux_Direct_Single_Vmove(ZMC_HANDLE handle, int iaxis, int idir)

指令说明

单轴连续运动指令，连续往一个方向运动。

输入参数

参数名	描述
handle	连接标识。
iaxis	轴号。
idir	方向-1—负向 1—正向。

输出参数

返回值

成功返回值为0，非0详见错误码说明。

指令示例

单轴持续运动

详细说明

当前面的VMOVE运动没有停止时，此VMOVE指令会自动替换前面的VMOVE指令并修改方向，因此无需CANCEL前面的VMOVE指令。

7、单轴绝对运动。

指令93

ZAux_Direct_Single_MoveAbs

指令原型

int32 __stdcall ZAux_Direct_Single_MoveAbs(ZMC_HANDLE handle, int iaxis, float fdistance)

指令说明

单轴绝对运动。

输入参数

参数名	描述
handle	连接标识。
iaxis	轴号。
fdistance	绝对距离。

输出参数

返回值

成功返回值为0，非0详见错误码说明。

指令示例

单轴点位运动

详细说明

8、单轴停止运动。

指令189

ZAux_Direct_Single_Cancel

指令原型

int32 __stdcall ZAux_Direct_Single_Cancel (ZMC_HANDLE handle, int iaxis, int imode);

指令说明

单轴运动停止。

输入参数

参数名	描述
handle	连接标识。
iaxis	轴号。
imode	模式： 0 （缺省）取消当前运动 1 取消缓冲的运动 2 取消当前运动和缓冲运动 3 立即中断脉冲发送

输出参数

返回值

成功返回值为0，非0详见错误码说明。

指令示例

单轴持续运动

详细说明

如果指定轴在插补运动轴列表中，无论主轴或者其他轴，都停止轴组的插补运动

MODE0~2减速度按FASTDEC和DECEL中最大的值。

CANCEL后要调用绝对位置运动，必须先等待停止完成。

四

例程演示

1、连接控制器。

#连接控制器, 控制器默认IP是192.168.0.11，此处使用comboBox内输入的ipdef on_btn_open_clicked(self):    strtemp = self.ui.comboBox.currentText()    print("当前的ip是 ：", strtemp)    if self.Zmc.handle.value is not None:        self.Zmc.ZAux_Close()        self.time1.stop()        self.ui.setWindowTitle("单轴运动")    iresult = self.Zmc.ZAux_OpenEth(strtemp)#连接控制器    if 0 != iresult:        QMessageBox.warning(self.ui, "提示", "连接失败")    else:        QMessageBox.warning(self.ui, "提示", "连接成功")        str_title = self.ui.windowTitle() + strtemp        self.ui.setWindowTitle(str_title)        self.Up_State()  #刷新函数        self.time1.start(100)#开启定时器

2、轴运动。

#轴运行函数def on_btn_Run_clicked(self):    if self.Zmc.handle.value is None:        QMessageBox.warning(self.ui, "警告", "未连接控制器")        return    # 获取轴运动状态0 –运动中，-1-未运动    isidle=self.Zmc.ZAux_Direct_GetIfIdle(self.axis_Num)[1].value     isidle=int(isidle)    if self.mode == 1 and not isidle:        QMessageBox.warning(self.ui, "警告", "未停止")        return    # 设置脉冲当量    str_tmp = self.ui.edit_Units.text()    float_tmp = float(str_tmp)    self.Zmc.ZAux_Direct_SetUnits(self.axis_Num, float_tmp)#设置脉冲单量    # 设置运动速度    str_tmp = self.ui.edit_Speed.text()    float_tmp = float(str_tmp)    self.Zmc.ZAux_Direct_SetSpeed(self.axis_Num, float_tmp)#设置运动速度    # 设置加速度    str_tmp = self.ui.edit_Accel.text()    float_tmp = float(str_tmp)    self.Zmc.ZAux_Direct_SetAccel(self.axis_Num, float_tmp)#设置加速度    # 设置减速度    str_tmp = self.ui.edit_Decel.text()    float_tmp = float(str_tmp)    self.Zmc.ZAux_Direct_SetDecel(self.axis_Num, float_tmp)#设置减速    # 设置S曲线    str_tmp = self.ui.edit_Sramp.text()    float_tmp = float(str_tmp)    self.Zmc.ZAux_Direct_SetSramp(self.axis_Num, float_tmp)# 设置S曲线    if 0 == self.mode:        # 单轴持续运动        self.Zmc.ZAux_Direct_Single_Vmove(self.axis_Num, self.direction)    elif 1 == self.mode:        str_tmp = self.ui.edit_Distance.text()        float_tmp = float(str_tmp)        # 单轴相对运动运动        self.Zmc.ZAux_Direct_Single_Move(self.axis_Num, -float_tmp if self.direction == -1 else float_tmp)

3、停止轴运动。

#停止轴运动def on_btn_Stop_clicked(self):    if self.Zmc.handle.value is None:        QMessageBox.warning(self.ui, "警告", "未连接控制器")        return    #获取轴运动状态0 –运动中，-1-未运动    isidle=self.Zmc.ZAux_Direct_GetIfIdle(self.axis_Num)[1].value    if isidle:        QMessageBox.warning(self.ui, "警告", "已停止")        return    #停止单轴运动    self.Zmc.ZAux_Direct_Single_Cancel(self.axis_Num, 2)