虹科技术 | 虹科EtherCAT增量编码器输入模块数据采集实操测试

1. 背景介绍

编码器是将信号或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。编码器把角位移或直线位移转换成电信号，前者称为码盘，后者称为码尺。按照读出方式编码器可以分为接触式和非接触式两种；按照工作原理编码器可分为增量式和绝对式两类。增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。绝对式编码器的每一个位置对应一个确定的数字码，因此它的示值只与测量的起始和终止位置有关，而与测量的中间过程无关。

在实际应用中，EtherCAT编码器可以将设备的原始信号转换成EtherCAT通信信号，使得控制系统能够利用EtherCAT协议在提供纳秒级精确的同步、灵活的拓扑等方面的优势，进而能够以较低的成本实现精确可靠的控制。

2. 设备介绍

虹科HK-MK5-5002 编码器模块是一个用于 RS422 差分形式输出的增量编码器采集模块。带有32 位正交解码计数器，以及零脉冲、锁存信号的锁存器可读取锁存位置，并把计数与锁存结果通过总线通信传递给控制器，从而实现分布式的编码器采集。

该模块采用4 倍频对所有输入信号的边沿进行采样和计算，可以进一步提高分辨率和采集精度。

虹科HK- MK5-5002的输入通道与输出通道，EtherCAT通信接口以及电源接口，都拥有对应的LED指示灯，用于快速观察和诊断信号与指令状态。

3. 测试过程

3.1 硬件连接

本文主要进行MK5 5002 T000编码器模块读取编码器数据的测试，以KPA Studio软件作为ECAT端的虚拟主站，转动编码器时，在KPA上在线检测MK5 5002编码器模块采集到的数据。

在进行通信测试前，首先要对MK5 5002 T000编码器模块进行硬件连接，如图为完成连接后的硬件部分：

编码器A/B/Z差分信号分别接入HK-MK5-5002模块通道1对应的端子；

编码器电源线分别接入HK-MK5-5002模块的5V和0V对应的端子；

HK-MK5-5002供电电源输入为通信系统供电或现场设备端供电，并带有电气隔离，其坚固的金属外壳能够提供出色的电磁屏蔽和散热性能，IP30防护等级，确保在苛刻的工业生产环境中也能稳定使用，十分安全可靠。

3.2 EtherCAT诊断工具配置

在本次测试中需要用到调试和诊断EtherCAT网络的工具软件，本次我们使用的KPA Studio，主要有以下用途：

（1）连接由 KPA 的主站协议栈开发出来的 EtherCAT 主站，进行 EtherCAT 的网络配置和诊断。

（2）与 KPA 的 EtherCAT 主站软件（MRT）配合，调试各类 EtherCAT 从站，如伺服，IO 等

配置步骤如下：

1）KPA Studio 以及 MRT_WIN32 安装完成后，先双击 Master(Win32)打开 MRT，打开后台任务有 MRT 的运行图标。

2）双击“studio”打开KPA Studio软件，点击“Run without license”，进入操作界面。

3）KPA Studio软件打开后的界面如下：

• 菜单栏：可打开帮助文档，设置软件基本选项，打开数据记录，帧记录等工具；
• 工具栏：新建工程，连接主站，删除主站，拓扑显示等工具；
• EtherCAT 网络拓扑窗口：用于配置 EtherCAT 网络，如从站排序，从站个数等；
• 主从站配置/操作窗口：配置主从站的各类参数，操作主从站，如切换状态机，修改过程数据和邮箱数据等；
• 从站 ESI 文件窗口：显示从站 ESI 文件信息，可导入从站 ESI 文件；
• 诊断窗口：显示各类状态信息及诊断信息。

4）导入从站ESI文件

在扫描从站之前，请先把该从站的 ESI 文件导入到 Studio 软件中，以便Studio 扫描到从站后，可自动匹配相应的 ESI 文件。

在 ESI 文件窗口，右键——Open slaves library folder。

打开路径后，把你的从站 ESI 文件复制到该路径下。

回到 ESI 文件窗口，右键——Reload slaves library，完成导入。

此时，在从站ESI库中，找到如图所示的HK-KB的从站ESI文件，则说明导入成功

3.3 信号采集测试

1）首先，连接本地主站 ，即 Master （WIN32 ），点击图中的connect，成功连接后，选择设备网卡Usb 3.0 to Gigabit Ethernet Adapt，该网卡用于发送 EtherCAT 报文，如下图。

2）使用HK-MK5-5002通道1采集编码器数值，插入网线，连接主站，并给HK-MK5-5002模块上电。在拓扑窗口上，右键 Master1——Scan configuration 扫描已接线好的从站。

3）如果接线正常，且从站已上线，可扫描到从站，如下图，已扫到HK-MK5 5002 EtherCAT从站

4）主站扫出从站模块HK-MK5-5002，鼠标点选Master 1，然后在主从站操作口点选State，如图所示进入OP状态。

5）在KPA软件中，鼠标点选Process Image，然后转动编码器，可以观察到PDO（6000：08-Counter value）的值随着编码器的转动而变化（下图分别是编码器正转和反转时的数据采集效果）。

若编码器转动方向与计数方向相反，可通过设置对象字典0x8000.3（Enable direction inversion）为1，使能反向计数功能。如需通过CoE设置参数，需要先将从站状态机切换至Pre-OP，设置完毕后，需要通过对象字典F003.01（Save Current Paremeters），赋值0x1234，保存当前参数，掉电不丢失，最后将从站状态机OP状态。

4 总结

HK-MK5-5002 编码器模块是一个用于RS422 差分形式输出的增量编码器采集模块，带有32 位正交解码计数器，以及零脉冲、锁存信号的锁存器可读取锁存位置，并把计数与锁存结果通过总线通信传递给控制器，从而实现分布式的编码器采集。该模块采用4 倍频对所有输入信号的边沿进行采样和计算，可以进一步提高分辨率和采集精度。