分享一下運動控制器軸回零的配置與實現

今天分享一下運動控制器軸回零的配置與實現。本文主要介紹控制器提供的回零模式，驅動器自身的回零模式我們將在下篇為大家講解。 ? ?

01 軸回零

一、回零說明

在高精度自動化設備上都有自己的參考坐標系，工件的運動可以定義為在坐標系上的運動，坐標系的原點即為運動的起始位置，各種加工數據都是以原點為參考點計算的。

所以啟動控制器執行運動指令之前，設備都要進行回零操作，回到設定的參考坐標系原點，若不進行回零操作，會導致后續運動軌跡錯誤。

正運動控制器提供了多種回零方式，通過DATUM單軸回零指令設置，不同模式值選擇不同的回零方式，各軸按照設置回零的方式自動回零。

DATUM指令為單軸回零指令，每次作用在一個軸上，多軸回零時，需要對每個軸都使用DATUM指令回零。

回零時機臺需要接入原點開關（指示原點的位置的到位傳感器）和正負限位開關（均為傳感器，傳感器檢測到信號后，表示有輸入信號，傳給控制器處理）。

單軸找原點時，原點開關通過DATUM_IN設置，正負限位開關分別通過FWD_IN和REV_IN設置。控制器正/負限位信號生效后，會立即停止軸，停止減速度為FASTDEC。

設備回零方式有控制器回零和伺服參數回零。

控制器回零是把零點位置傳感器連接到運動控制器上，控制器通過搜索零點傳感器位置回零點。本文主要介紹控制器提供的回零模式。

伺服參數回零是將零點傳感器連接到伺服驅動器上，控制器通過發送命令給伺服驅動器，伺服驅動器進行回零的操作。驅動器自身的回零模式請參考下篇。

二、回零相關指令

運動控制器回零常用的相關指令如下表所示。

命令	含義	說明
DATUM	回原點指令	單軸找原點運動
DATUM_IN	映射原點開關信號	通用輸入口設置為原點開關信號，-1無效
SPEED	運動速度	找原點開關的速度
CREEP	反向爬行速度	軸回零時的反向爬行速度
HOMEWAIT	回零反找延時	回原點運動，當反找時要等待一定時間
FWD_IN	映射正限位輸入	正向限位開關，限制軸的行程范圍
REV_IN	映射負限位輸入	負向限位開關，限制軸的行程范圍
INVERT_IN	輸入信號電平反轉	根據實際的光電開關常開常閉確定
AXISSTATUS	軸狀態	查看軸當前的狀態

1.回零指令DATUM

DATUM是運動控制器的回零指令，相關回零搜索模式很多，根據當前軸所處的位置或效率要求選擇合適的模式，DATUM指令指令后軸開始運動，搜尋原點信號，遇到原點信號后自行停止，將當前的位置清零，回零成功，詳情參見下節說明。

語法：DATUM(模式)

2.映射原點輸入DATUM_IN

運動控制器原點開關的設置，對應輸入口IN信號。

語法：DATUM_IN = 輸入口編號，-1取消映射

對于ZMC系列的控制器，由于輸入OFF時認為有信號輸入(ECI系列控制器與之相反)，原點和正負限位開關等特殊信號映射完成需要INVERT_IN反轉輸入信號。

3.回零速度SPEED、CREEP

回零運動中為了更精確的找到零點，會使用爬行速度CREEP和軸運行速度SPEED來進行原點搜尋，SPEED設置相對大一些，用于快速搜尋原點開關的位置，CREEP一般為較小值，爬行到原點開關處停止，回零成功。

語法：SPEED = 數值

語法：CREEP = 數值

4.正負限位FWD_IN、REV_IN

硬限位開關是限制軸的最大“允許行進范圍”的限位開關。硬限位開關是物理開關元件，硬限位開關由指令映射到相應輸入開關信號上，根據開關信號是常開還是常閉確定是否要對信號進行翻轉，設置完成后，碰到硬限位開關，對應軸立即停止運動，停止減速度為FASTDEC。

軟限位開關將限制軸的“工作范圍”，由指令直接設置限位位置，軸走到設置位置后立即采用減速度FASTDEC停止運動，它們應位于機床限制行進范圍的相關硬限位開關的內側。由于軟限位開關的位置較為靈活，因此可根據當前的運行軌跡和具體要求調整軸的工作范圍。

工作臺碰到限位開關或者規劃位置超越軟限位時，運動控制器緊急停止工作臺的運動。限位觸發以后，軸無法繼續運動，此時需要調整軸的位置，使其遠離限位位置才能重新開始運動。

軸在碰到限位的時候才會產生停止信號，此時由于減速需要一定的時間，實際軸的位置會越過限位一定距離，假設停止時SPEED速度是v0，快減速FASTDEC為a，計算公式：

（vt）2-（v0）2=2as

帶入下方數據：0-1002=2*(-1000)*s，得出減速的距離s=5，由此可得，增大FASTDEC和減小SPEED都能達到減小減速距離的目的，以防止過沖。

語法：

FWD_IN = 輸入口編號，-1取消映射

REV_IN = 輸入口編號，-1取消映射

5.回零反找延時HOMEWAIT

對脈沖方式的伺服驅動器，部分回零模式碰到原點信號之后停止，由于找原點SPEED速度較快產生過沖，停止之后需延時之后在CREEP速度反向找原點，控制器默認值為延時2ms。

需要運行更平穩的場合可適當增加反找延時。

語法：HOMEWAIT=數值（毫秒單位）

6.軸狀態AXISSTATUS

查看軸當前的狀態，可以查詢控制器是否處于回零狀態，遇到限位開關或軟件限位將會產生報警提示。 AXISSTATUS的值對應的說明如下，同時發生多種錯誤，用組合值表示。

位	說明	打印值
1	隨動誤差超限告警	2	2h
2	與遠程軸通訊出錯	4	4h
3	遠程驅動器報錯	8	8h
4	正向硬限位	16	10h
5	反向硬限位	32	20h
6	找原點中	64	40h
7	HOLD速度保持信號輸入	128	80h
8	隨動誤差超限出錯	256	100h
9	超過正向軟限位	512	200h
10	超過負向軟限位	1024	400h
11	CANCEL執行中	2048	800h
12	脈沖頻率超過MAX_SPEED限制.需要修改降速或修改MAX_SPEED	4096	1000h
14	機械手指令坐標錯誤	16384	4000h
18	電源異常	262144	40000h
19	精準輸出緩沖溢出	524288	80000h
21	運動中觸發特殊運動指令失敗	2097152	200000h
22	告警信號輸入	4194304	400000h
23	軸進入了暫停狀態	8388608	800000h

打印信息如下：表示在軸0回零過程中碰到正向限位開關后停止軸運動，并打印軸狀態報警提示，解除報警可以將軸反向運動，離開限位開關即可。

Axis:0 AXISSTATUS:50h,FWD 如下圖，可通過軸狀態窗口實時的監控AXISSTATUS。

三、回零模式詳解

語法：DATUM(模式)

模式	描述
0	清除所有軸的錯誤狀態
1	軸以CREEP速度正向運行直到Z信號出現，碰到限位開關會直接停止，DPOS值重置為0同時糾正MPOS。
2	軸以CREEP速度反向運行直到Z信號出現，碰到限位開關會直接停止，DPOS值重置為0同時糾正MPOS。
3	軸以SPEED速度正向運行，直到碰到原點開關，然后軸以CREEP速度反向運動直到離開原點開關。找原點階段碰到正限位開關會直接停止，爬行階段碰到負限位開關會直接停止,DPOS值重置為0同時糾正MPOS。
4	軸以SPEED速度反向運行，直到碰到原點開關，然后軸以CREEP速度正向運動直到離開原點開關。找原點階段碰到負限位開關會直接停止，爬行階段碰到正限位開關會直接停止。DPOS值重置為0同時糾正MPOS。
5	軸以SPEED速度正向運行，直到碰到原點開關，然后軸以CREEP速度反向運動直到離開原點開關，然后再繼續以爬行速度反轉直到碰到Z信號。碰到限位開關會直接停止， DPOS值重置為0同時糾正MPOS。
6	軸以SPEED速度反向運行，直到碰到原點開關，然后軸以CREEP速度正向運動直到離開原點開關，然后再繼續以爬行速度正轉直到碰到Z信號。碰到限位開關會直接停止。 DPOS值重置為0同時糾正MPOS
8	軸以SPEED速度正向運行，直到碰到原點開關，碰到限位開關會直接停止。
9	軸以SPEED速度反向運行，直到碰到原點開關，碰到限位開關會直接停止。
21	使用EtherCAT驅動器回零功能，此時mode2有效。設置驅動器回零方式（6098h），缺省0表示使用驅動器當前的回零方式。會使用軸的SPEED， CREEP， ACCEL， DECEL，乘以UNITS后自動設置驅動器的 6099h，609Ah 動作時序：6098回零方式→6099速度→609A加速度→6060切換當前模式。

表的模式+10（10+n）表示碰到限位后反找，不會碰到限位停止，例如DATUM(13)?= DATUM(3+10)，使用DATUM(13)的回零方式，碰到正限位后不停止，而是反向運行，多用于原點在正中間的情況。

表的模式+100（模式100+n和110+n分別對應n和10+n），表示回零成功之后，自動清零MPOS，例如DATUM(103)、DATUM(113)，適用于ATYPE=4，接入編碼器后可以自動清零MPOS(僅限4系列)，其他的模式自動清零DPOS，MPOS需要手動清零。 ? ?

02 控制器回零模式

下面以上表最基礎的幾種模式展開詳細講解。縱軸V為運動速度，橫軸S為相對運動起始點的距離。 ? ?

1.回零模式1

DATUM(1)軸以CREEP速度正向運行，直到Z信號出現后開始減速，停止后所處位置為零點，此時將DPOS值重置為0，回零途中若碰到限位開關會直接停止。

回零模式2與模式1找原點運動方向相反。

2.回零模式3

DATUM(3)軸以SPEED速度快速正向運行，直到碰到原點開關后開始減速，減速到0之后再反向以CREEP速度找原點，再次碰到原點之后減速停止，軸停止之后將DPOS值重置為0，當前所處位置為零點，回零途中若碰到限位開關會直接停止。回零模式4與模式3找原點運動方向相反。

3.回零模式5

DATUM(5)軸以SPEED速度快速正向運行，直到碰到原點開關后開始減速，減速到0之后再反向以CREEP速度運動，直到Z信號出現之后減速停止，遇到Z信號立即減速停止，停止的位置為零點，將DPOS值重置為0，回零途中若碰到限位開關會直接停止。

回零模式6與模式5找原點運動方向相反。

4.回零模式8

DATUM(8)軸以SPEED速度快速正向運行，直到碰到原點開關后開始減速，減速到0之后便將DPOS值重置為0，停止后所處位置為零點，回零途中若碰到限位開關會直接停止。

回零模式9與模式8找原點運動方向相反。

5.回零模式13

DATUM(13)軸以SPEED速度快速正向運行,若先碰到限位開關，不會報警停止，以SPEED速度反向找原點，遇到原點信號后減速為CREEP直到離開原點開關立即停止，回零成功，位置清零；若先碰到原點信號，則與模式3相同。

回零模式14與模式13找原點運動方向相反。

03 控制器回零方式

1.模式3單軸回零示例：

BASE(0)
DPOS=0
ATYPE=1
SPEED = 100 '找原點速度
CREEP = 10 '找到原點后反向爬行速度
ACCEL=1000 
DECEL=1000 
SRAMP=100 '加減速平滑
DATUM_IN=0 '輸入IN0作為原點開關
INVERT_IN(0,ON) '反轉IN0電平信號，常開信號進行反轉
TRIGGER '自動觸發示波器
DATUM(3) '模式3回零方式

運行效果如下圖：

正在找原點時軸狀態AXISSTATUS顯示40h，回零成功變為0h。

如下圖，軸0以SPEED = 100的速度正向運行，直到碰到原點開關信號IN(0)，然后以CREEP = 10的速度反向運動，直到再次離開原點開關的位置時停下，此時回零完成，軸的DPOS自動置0，若中途碰到限位開關，軸立即停止。

2.DATUM(13)模式，對比DATUM(3)，碰到限位開關軸不停止，而是反向找原點，如下示例：

BASE(0)
DPOS=0
ATYPE=1
SPEED = 100 '找原點速度
CREEP = 10 '找到原點后反向爬行速度
ACCEL=1000 
DECEL=1000 
SRAMP=100 '加減速平滑
DATUM_IN=0 '輸入IN0作為原點開關
FWD_IN=1 '輸入IN1作為正限位開關
INVERT_IN(0,ON) '反轉IN0電平信號，常開信號進行反轉
INVERT_IN(1,ON) '反轉IN1電平信號，常開信號進行反轉
TRIGGER '自動觸發示波器
DATUM(13) '模式3回零方式

運行效果如下圖：

正在找原點時軸狀態AXISSTATUS顯示40h，回零成功變為0h，原點開關和限位開關的映射也可在軸參數窗口查看。