基于EtherCAT總線的NJ控制器與Kubler編碼器通信

洪 磊，封 峰，黃建民

(揚力集團股份有限公司，江蘇 揚州 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

(揚力集團股份有限公司，江蘇 揚州 225127)

介紹了EtherCAT總線與Kuble編碼器的基本原理，詳細研究了基于EtherCAT總線實現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

總線是一種全數字式通信控制方式，有效支持分布式控制和實時控制，具有高性能、高可靠性、實時性好等特點，廣泛應用于機械行業伺服控制系統中。目前應用比較廣泛的有 ProfiBus、ProfiNet、DeviveNet、CanOpen、EtherNet和EtherCat等現場總線通信方式。

工業以太網是當今控制領域最流行的一種總線。PLC是工業現場控制領域廣泛使用的控制器件，隨著分布式與遠程式控制的興起，控制系統迅速向網絡化方向發展。各PLC生產商紛紛開發與各種網絡的軟硬件接口，提高PLC的網絡通信能力。EtherCAT技術突破了其他以太網解決方案系統，設備間的通信連接就像PC設備間的網絡連接，每個電氣設備之間只需要一根網線就足夠把所有的控制信號和采集數據進行通信交換。

1 EtherCAT總線

EtherCAT控制網絡采用主從模式訪問控制方式。EtherCAT控制網絡由一個主站設備和多個從站設備組成，主站設備使用標準的以太網控制器，具有非常出色的兼容性，任何具有標準的商用以太網控制器的計算機和控制設備都能夠作為EtherCAT的主站設備。

圖1 EherCAT幀結構

在一個通訊周期內，主站發送一幀數據給各個從站，EtherCAT從站設備在報文經過其節點時讀取相應的編址數據，同樣，輸入數據也是在報文經過時插入至報文中。當數據幀到達最后一個從站后返回，并通過網絡中第一個從站設備將其發送回主站控制器，實現一次數據通訊。整個過程中，報文只有幾納秒的時間延遲。這樣的通訊方式刷新所有的從站設備數據只需要一條報文，大大提高了以太網的有效帶寬利用率。

2 Kubler編碼器

Kubler EtherCAT接口高分辨率絕對值型編碼器具備智能診斷功能與高速數據傳輸功能，可實現工業自動化應用中的絕對位置與速度的高精度測量。其強大的工作溫度、工作時間等參數的診斷與錯誤及早檢測功能，極大提升了網絡穩定性；嵌入式交換機技術，最大程度提升了系統的可用性，從而提升生產效率。

本文選用的Kubler編碼器型號為8.5868.12B2.B212，每旋轉一圈，最多能發出8192個光電脈沖信號，編碼器最大測量值能旋轉0～4096周，當計數到4096周后復位為第0周，重新計數編碼器旋轉周數。

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。每個型號的驅動器都會有兩個配置文件，分別是XML和EDS文件。 其中XML為配置描述，EDS文件則記錄了驅動器所有變量的地址。

圖2 添加ESI文件

3.2 編碼器的地址設置

庫伯勒編碼器是無需撥碼設置站號的，可以自行適應。也就是說初始時將編碼器作為從站設備連接，該編碼器沒有硬件撥碼的站號設置。實際在NJ控制器的Sysmac自動化編程平臺使用“與物理網絡比較并合并”時會報錯，可以用以下辦法解決報警：點擊“寫入從設備節點地址”后，彈出的窗口中顯示站號為0的從站，就是編碼器，此時就可以手動修改站號。確定站號后分配給編碼器，此時還需要再次在Sysmac自動化編程平臺下同步軟硬件，將站號信息同步下載，之后NJ控制器就能正常連接編碼器。

表1 通訊參數

圖3 6000H數據結構

3.3 編碼器的通訊參數

NJ控制器與從站編碼器的SDO通信即對編碼器的數據對象有讀寫需求，編碼器通訊的最基本的幾個參數如表1所示。

其中，對象6000H的數據結構如圖3所示。

圖中，CS代表編碼器的運轉方向：CS=0時代表順時針方向；CS=1時代表逆時針方向。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。

寫入單圈多圈值時比較復雜，必須對參數進行設置后，保證啟用單圈多圈縮放功能以及多圈單圈倍數功能方能有效，所以要先將參數進行修改，然后進行單圈多圈的寫入。相關設定程序如圖4、圖5所示。

圖4 單圈值設定相關程序

一系列寫入結束后，才能正常結束設置。對于客戶來說，單圈多圈的修改只有初次上電使用，完全為了計算方便。只有當前值預設是需要多次使用的，用于對上死點、下死點的校準。同樣最后也是數據的保存，必須保存，否則數據斷電后丟失，又恢復成出廠設置。保存程序如圖6所示。

依據上述，NJ控制器與Kubler編碼器的通訊就已經完成，下面只要根據實際測量寫入當前值，保存參數，即可讀取編碼器的值供程序使用。

圖5 多圈值設定相關程序

圖6 參數保存程序

4 結束語

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自動調模上得以實現，EtherCAT總線傳輸速率快速、穩定，配合選用的高分辨率Kubler編碼器，使得機床模高調整精確度達到0.1mm。

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

[2] 胡 超，魏國勇，竇 磊，等.調速壓力機自動停準上死點方法[J].鍛壓裝備與制造技術，2010，45(3)：27-28.

[3] 霍海鋒，李 陳.基于PLC技術的低壓智能控制屏的設計與應用[J].自動化與信息工程，2008，29(3).

[4] 陽憲惠.現場總線技術及其應用[M].北京：清華大學出版社，1999：56-100.

[5]OMRON技術控制中心.SYSMAC CS/CJ系列可編程序控制器指令參考手冊.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，從事檢測技術與自動化裝置研究。E-mail：304596735@qq.com