基于EtherCAT总线的NJ控制器与Kubler编码器通信

洪 磊，封 峰，黄建民

(扬力集团股份有限公司，江苏 扬州 225127)

基于EtherCAT总线的NJ控制器与Kubler编码器通信

洪 磊，封 峰，黄建民

(扬力集团股份有限公司，江苏 扬州 225127)

介绍了EtherCAT总线与Kuble编码器的基本原理，详细研究了基于EtherCAT总线实现OMRON的NJ型控制器与库伯勒编码器通讯方法。

NJ控制器；Kubler编码器；EtherCAT总线

总线是一种全数字式通信控制方式，有效支持分布式控制和实时控制，具有高性能、高可靠性、实时性好等特点，广泛应用于机械行业伺服控制系统中。目前应用比较广泛的有 ProfiBus、ProfiNet、DeviveNet、CanOpen、EtherNet和EtherCat等现场总线通信方式。

工业以太网是当今控制领域最流行的一种总线。PLC是工业现场控制领域广泛使用的控制器件，随着分布式与远程式控制的兴起，控制系统迅速向网络化方向发展。各PLC生产商纷纷开发与各种网络的软硬件接口，提高PLC的网络通信能力。EtherCAT技术突破了其他以太网解决方案系统，设备间的通信连接就像PC设备间的网络连接，每个电气设备之间只需要一根网线就足够把所有的控制信号和采集数据进行通信交换。

1 EtherCAT总线

EtherCAT控制网络采用主从模式访问控制方式。EtherCAT控制网络由一个主站设备和多个从站设备组成，主站设备使用标准的以太网控制器，具有非常出色的兼容性，任何具有标准的商用以太网控制器的计算机和控制设备都能够作为EtherCAT的主站设备。

图1 EherCAT帧结构

在一个通讯周期内，主站发送一帧数据给各个从站，EtherCAT从站设备在报文经过其节点时读取相应的编址数据，同样，输入数据也是在报文经过时插入至报文中。当数据帧到达最后一个从站后返回，并通过网络中第一个从站设备将其发送回主站控制器，实现一次数据通讯。整个过程中，报文只有几纳秒的时间延迟。这样的通讯方式刷新所有的从站设备数据只需要一条报文，大大提高了以太网的有效带宽利用率。

2 Kubler编码器

Kubler EtherCAT接口高分辨率绝对值型编码器具备智能诊断功能与高速数据传输功能，可实现工业自动化应用中的绝对位置与速度的高精度测量。其强大的工作温度、工作时间等参数的诊断与错误及早检测功能，极大提升了网络稳定性；嵌入式交换机技术，最大程度提升了系统的可用性，从而提升生产效率。

本文选用的Kubler编码器型号为8.5868.12B2.B212，每旋转一圈，最多能发出8192个光电脉冲信号，编码器最大测量值能旋转0～4096周，当计数到4096周后复位为第0周，重新计数编码器旋转周数。

3 NJ控制器与Kubker通讯

3.1 编码器的配置文件

如图2所示，添加库伯勒厂家提供的ESI文件。每个型号的驱动器都会有两个配置文件，分别是XML和EDS文件。 其中XML为配置描述，EDS文件则记录了驱动器所有变量的地址。

图2 添加ESI文件

3.2 编码器的地址设置

库伯勒编码器是无需拨码设置站号的，可以自行适应。也就是说初始时将编码器作为从站设备连接，该编码器没有硬件拨码的站号设置。实际在NJ控制器的Sysmac自动化编程平台使用“与物理网络比较并合并”时会报错，可以用以下办法解决报警：点击“写入从设备节点地址”后，弹出的窗口中显示站号为0的从站，就是编码器，此时就可以手动修改站号。确定站号后分配给编码器，此时还需要再次在Sysmac自动化编程平台下同步软硬件，将站号信息同步下载，之后NJ控制器就能正常连接编码器。

表1 通讯参数

图3 6000H数据结构

3.3 编码器的通讯参数

NJ控制器与从站编码器的SDO通信即对编码器的数据对象有读写需求，编码器通讯的最基本的几个参数如表1所示。

其中，对象6000H的数据结构如图3所示。

图中，CS代表编码器的运转方向：CS=0时代表顺时针方向；CS=1时代表逆时针方向。SFC代表缩放功能使能位：SFC=0不启用缩放功能；SFC=1启用缩放功能。

写入单圈多圈值时比较复杂，必须对参数进行设置后，保证启用单圈多圈缩放功能以及多圈单圈倍数功能方能有效，所以要先将参数进行修改，然后进行单圈多圈的写入。相关设定程序如图4、图5所示。

图4 单圈值设定相关程序

一系列写入结束后，才能正常结束设置。对于客户来说，单圈多圈的修改只有初次上电使用，完全为了计算方便。只有当前值预设是需要多次使用的，用于对上死点、下死点的校准。同样最后也是数据的保存，必须保存，否则数据断电后丢失，又恢复成出厂设置。保存程序如图6所示。

依据上述，NJ控制器与Kubler编码器的通讯就已经完成，下面只要根据实际测量写入当前值，保存参数，即可读取编码器的值供程序使用。

图5 多圈值设定相关程序

图6 参数保存程序

4 结束语

本文所述库伯勒编码器与NJ控制器通讯在我公司P2H系列闭式高速压力机自动调模上得以实现，EtherCAT总线传输速率快速、稳定，配合选用的高分辨率Kubler编码器，使得机床模高调整精确度达到0.1mm。

[1] 刘吉霞，郑义祥，胡 健.绝对值编码器在超行程测量中的应用[J].锻压装备与制造技术，2014，49(4)：63-64.

[2] 胡 超，魏国勇，窦 磊，等.调速压力机自动停准上死点方法[J].锻压装备与制造技术，2010，45(3)：27-28.

[3] 霍海锋，李 陈.基于PLC技术的低压智能控制屏的设计与应用[J].自动化与信息工程，2008，29(3).

[4] 阳宪惠.现场总线技术及其应用[M].北京：清华大学出版社，1999：56-100.

[5]OMRON技术控制中心.SYSMAC CS/CJ系列可编程序控制器指令参考手册.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，硕士，工程师，从事检测技术与自动化装置研究。E-mail：304596735@qq.com