LinuxCNC для чайников

НАЧАЛО. ОПИСАНИЕ EMC2 или EMC2 Integrators Manual

Вместо предисловия.

И почему электронщики не понимают программистов? А ведь учились в соседних группах...

Обычно "чайники" начинают изучать LinuxCNC по мануалу: http://www.cnc-club.ru/forum/viewtopic.php?f=15&t=150

Начнём разборку тоже с этого описания.

Глава 1. Важные определения

Никаких проблем. Всё понятно. Идём дальше...

Глава 2. Аппаратное обеспечение (Hardware)

2.1 Latency Test

И опять всё понятно. Тест несложный. Данные записаны...

Глава 3. Конфигурационные файлы

И тут всё в порядке...

Дальше стал конфигурить систему, используя Stepconf. Столкнулся с проблемой, что Stepconf не дал мне возможности сконфигурировать систему такой, которая мне нужна. Испробовав несколько вариантов понял - нужно будет прописывать конфигурацию "ручками".

Вот и подошел я к INI-файлу...

Глава 4. Файл INI

Вопросы начали появляться, но житейское правило: Не трогай того, что не понимаешь - помогло прописать бОльшую часть ini-файла. Больше того, прописал четвертую ось (она у меня должна качать гель: шаговик-насос). Даже подвигал насос. Но КАК его запустить программой? Да еще в нужное время, с нужной скоростью!

Тут без понимания HAL-файла не обойтись.

Глава 5. EMC2 и HAL

И вот первая строка:

Motion загружается при помощи команды motmod. Родственные программы должны быть запущены до motion...

Перечитал пару раз. Непонятно. Пропустил и полез дальше. Ещё более непонятно. Открыл HAL у себя и стал читать, взирая на реальный текст реального HAL-а... Стал понимать структуру самого файла. Но что там написано???

После двух недель стало ясно следующее:

1. Система EMC2 или LinuxCNC - это огромный набор маленьких программок, которые определенным образом сконфигурированы в систему. Потому, чтобы начать самому прописывать свою систему своего станка - необходимо понять логику этой конфигурации. А она оказалась довольно простой. Только написана на ином языке, на языке программистов.

Итак, эти маленькие программки называют КОМПОНЕНТАМИ. У каждого компонента есть своё ИМЯ.

2. У каждого компонента есть контакты (клеммы, разъемы) входов и выходов. Их называют ПИНы. У каждого компонента пинов может быть различное количество. У каждого пина есть своё имя. Пины бывают входные и выходные. А записывать это имя пина договорились так:

(имя компонента).(имя пина)

Например:

  motion.analog-out-00

, где motion- имя компонента, analog-out-00 - имя пина, этот пин выходной и его номер 00.

ВАЖНО! Не стоит верить имени пина в части входной он или выходной. Есть случаи, когда в названии пина есть "in" или "out@? а на самом деле всё обстоит совсем не так. Так где же узнать входной это пин или выходной?

Вариант 1. Почитать мануал (описание) EMC2. Там это выглядит как-то так:

  iocontrol.0.coolant-flood (bit, out) 

- как мы уже разобрались, эта запись означает, что это выходной пин coolant-flood компонента iocontrol.0

Вариант 2. (мной пока слабо используемый) Смотреть на свойства пина можно и в емс - любой пин открываем в Halshow и смотрим.

Также компонент может иметь один или несколько параметров (это такие коэффициенты, которые используются при работе компонента). Тут нет проблем - такое есть в любой схеме (номиналы резисторов, например).

Компоненты могут "соединяться" между собой посредством связей (проводки между входами и выходами). Тут есть тоже свои правила: 1. Чтобы не путаться, договорились каждую связь обзывать своим именем.

В этом случае, запись "коммутации" двух компонентов будет выглядеть так:

   (команда) (имя связи) (источник "сигнала") (приёмник "сигнала")
   net vel <= motion.current-vel => stepgen.3.vel

, что означает создаём (команда net) связь (vel) между пином current-vel компонента motion и пином vel компонента stepgen.3 (тут 3 - это номер компонента с таким именем - ведь один компонент может использоваться одновременно несколько раз, но под разными порядковыми номерами). Стрелочки <= и => писать необязательно. С ними на начальном этапе овладения системой проще - понятно ОТКУДА и куда передается "сигнал".

Возможно эту запись сделать так:

   net vel <= motion.current-vel
   net vel => stepgen.3.vel

- как вам будет удобнее и понятнее. Кстати, эти две строчки могут быть записаны в разных местах HAL-файла.

Есть и второе правило при записи связи:

2. К одному выходному пину можно подсоединить несколько входных пинов. Но один входной пин можно подсоединить только к одному выходному пину.

Глава 6. КОМАНДЫ

Вот приходите вы домой (вошли в систему), подошли к телевизору, нажимаете на пульте 5 канал (обращаетесь к компоненту) и... А экран-то тёмный! Оказывается телевизор-то не включили!!!

Так же происходит и с компонентами Линукса. В HAL-е нужно первым делом "включить" нужные компоненты - "загрузить компонент HAL реального времени"!

Так мы подошли к понятию КОМАНДЫ.

1. loadrt - загружает компонент HAL реального времени. Например,

   loadrt stepgen step_type=0,0,0,0 

, что означает: загружаем (loadrt) компонет stepgen с некоторыми установками (step_type=0,0,0,0), о которых поговорим позже.

2. addf - добавляет компонент реального времени в поток. А по-русски, эта команда определяет, где будет находиться компонент: в высокоскоростном потоке (base-thread) или в низкоскоростном потоке (servo-thread). А если ещё точнее, то определяет, где будет находится ФУНКЦИЯ компонента, так как один компонент может исполнять несколько функций, которые могут быть высокоскоростными и низкоскоростными. Это видно на примере:

   addf parport.0.read base-thread
   addf stepgen.make-pulses base-thread
   addf parport.0.write base-thread
   addf parport.0.reset base-thread
   
   addf stepgen.capture-position servo-thread
   addf motion-command-handler servo-thread
   addf motion-controller servo-thread

ВАЖНО! Эти команды должны быть обязательно! Именно они определяют: какими компонентами мы собираемся пользоваться и какие требования к этим компонентам мы предъявляем по скорости.

ВАЖНО 2! Перед тем, как прописывать функции компонента в потоки - посмотрите описание компонента! Возможно у него есть НЕСКОЛЬКО ФУНКЦИЙ и у этих функций могут быть имена ОТЛИЧНЫЕ ОТ ИМЕНИ КОМПОНЕНТА. Эти функции нужно прописывать отдельно.

3. С этой командой мы уже встречались - net - создает связь между сигналом и одним или несколькими пинами. Очень удобно, что если этой связи ещё не было (а ведь мы помним, что в Линуксе каждая связь имеет своё имя), то эта связь автоматически создаётся.

Например, нам нужно подать высчитанный программой сигнал Step на два контакта LPT-порта (мы пожелали управлять через отдельные драйвера двумя шаговиками по координате X). Для этого мы должны написать:

   net xstep <= stepgen.0.step
   net xstep => parport.0.pin-02-out
   net xstep => parport.0.pin-03-out

или

   net xstep <= stepgen.0.step => parport.0.pin-02-out => parport.0.pin-03-out

или

   net xstep <= stepgen.0.step => parport.0.pin-02-out parport.0.pin-03-out

или

   net xstep stepgen.0.step parport.0.pin-02-out parport.0.pin-03-out

или

   net xstep parport.0.pin-02-out parport.0.pin-03-out stepgen.0.step

Т.е. главное в этой команде:

на первом месте - команда (net), затем название связи (xstep), а уже потом источник сигнала (выходной пин компонента - stepgen.0.step) и приёмник (приёмники) сигнала (входной или входные пины компонентов parport.0.pin-02-out и parport.0.pin-03-out).

Стрелочки => и <= Линуксом не воспринимаются и нужны только на удобства написания. Советую писать на начальных шагах, пока не привыкнете к названиям пинов и компонентам.

4. Команда setp - устанавливает значение пина или параметра.

Если открыть ваш HAL-файл, то вы легко найдёте место, где прописываются параметры ваших шаговиков по координатам.

Например, по X:

   setp stepgen.0.position-scale [AXIS_0]SCALE
   setp stepgen.0.steplen 1
   setp stepgen.0.stepspace 0
   setp stepgen.0.dirhold 55000
   setp stepgen.0.dirsetup 55000
   setp stepgen.0.maxaccel [AXIS_0]STEPGEN_MAXACCEL

Тут даже переводить нечего - всё прозрачно! И мы видим, что команда setp может присваивать значения пинам и параметрам компонентов из INI-файла!!! Вот она связь между hal и ini...

Но, иногда, можно прописать значения не из ini, а непосредственно. А выглядеть это будет, например, так:

   setp stepgen.0.position-scale 44.145839
   setp stepgen.0.steplen 1
   setp stepgen.0.stepspace 0
   setp stepgen.0.dirhold 55000
   setp stepgen.0.dirsetup 55000
   setp stepgen.0.maxaccel 150

Оба варианта работают.

ВАЖНО!

На первых порах часто путался: где ставить setp, а где net? Так и подмывало написать:

   setp  parport.0.pin-02-out  stepgen.0.step 

(ну типа, присвоить значение пина STEP выводу LPT-порта)

ЭТО НЕВЕРНО!!! (но не опасно, как вы увидите ниже ;) )

Мы ознакомились с основными командами. Другие будем изучать по мере встреч с ними...

Ура Линуксу или ошибки, ошибки и ошибки...

Что бы мы делали, если бы LinuxCNC не проверял ошибки ДО начала работы? А ведь проверяет!

Изменили мы ini- и hal-файлы, запустили EMC2 и... Получили сообщение об ошибке. Что с ним делать? И ведь понаписано много! Разберёмся последовательно:

  Print file information:

Понятно - тут всё важное о самой системе.

  Debug file information:

А вот тут уже поинтереснее... Например вот эта строка у меня не понравилась EMC2:

  333.hal:105: Pin 'axis.3.amp-enable-out' does not exist

Расшифровка: в файле 333.hal в строке 105 прописан пин axis.3.amp-enable-out, которого просто нет. Забыл я подчистить остатки от четвертой оси, которую изничтожил на корню. Удалил и всё заработало!

Также система отслеживает ошибки с применением типа переменных и параметров (BIT или FLOAT), ошибки при применении связей между пинами компонентов и многое другое. И самое важное - указывает конкретное место, где эту ошибку нашла!

"И это меня радует!" ("Килаграмм")

BIT или не BIT? Вот в чём вопрос!

Захотели, например, мы включать и выключать внешний двигатель, управляемый stepgen.2, командой из g-кода.

Выбрали motion.analog-out-00 (команда M68 E0 Q1 и M68 E0 Q0) , а управлять решили через stepgen.2.enable

Прописываем связь этих пинов в hal:

   net upr motion.analog-out-00 stepgen.2.enable

(это означает: создаём связь upr для соединения выходного пина analog-out-00 компонента motion со входным пином enable компонента stepgen.2)

и ... НЕ РАБОТАЕТ!!!

А причина проста - несоответствие типа выходного и входного пинов:

 motion.analog-out-00 (float, out)

и

(bit) stepgen.<chan>.enable

Выход из ситуации может быть таким - использовать motion.digital-out-00 (команды M64 P0 и M65 P0) - формат сигнала BIT

И самое главное - НЕ ЗАБЫВАЙТЕ ПРОВЕРЯТЬ ФОРМАТЫ пинов и параметров, а также переменных. Это несложно, но позволит избежать многих ошибок...

Нужно ли изобретать велосипед или Компоненты реального времени. Часть 1.

Мы уже вполне осознанно начали лазить по файлам настройки и конфигурации CNC - самое время начать усовершенствовать работу нашего станка, придумать всякие удобства, "вкусности" и т.п.

Например, не запускать станок, пока точно не будет ясно, что оператор нажал две кнопки безопасности, разнесенные подальше друг от друга ;)

Пропишем эти две кнопки:

   net start1 <= parport.0.pin-10-in
   net start2 <= parport.0.pin-11-in

а дальше нужно включать станок только если эти "кнопочки" (start1 и start2) нажаты (= 0). Сделаем это через пины

   stepgen.0.enable
   stepgen.1.enable
   stepgen.2.enable

всех трех координат. Т.е. пока отрабатывается программа - держи руки на кнопках!

Т.е. условием включения станка должно быть:

   start1 = 0
   start2 = 0
   stepgen.0.enable , stepgen.1.enable и stepgen.2.enable имеют уровень сигнала равный 1 или True

Мы, как электронщики, прекрасно знаем, что это легко реализовать через двух-входовый элемент ИЛИ-НЕ и двух-входовый И

(start1 или start2), затем инвертируем и на первый вход элемента И, а на второй вход того же И - axis.0.amp-enable-out

Тогда на выходе, при start1 = 0 и start2 = 0, получим тот же уровень, что и axis.0.amp-enable-out и передаём его на stepgen.0.enable

И так по всем трем осям...

А, если хотя бы один start (хотя бы одна кнопка) равен 1 (отжата), то stepgen.0.enable равен 0 (False) и движение по осям прекращается.

Что нам может предложить CNC из стандартного набора компонентов?

Смотрим мануал:

6.5 Логические компоненты
6.5.3 or2
Компонент "or2" это двух вводовый вентиль "или" ("or"). 
6.5.2 not
Компонент "not" ("не") это битовый инвертор. 
6.5.1 and2
Компонент "and2" это вентиль "и" ("and") с двумя вводами.

Пропишем всё в логике CNC (только одну координату для краткости):

   net start1 => or2.0.in0
   net start2 => or2.0.in1
   net orout <= or2.0.out => not.0.in1
   net notout <= not.0.out => and2.0.in0
   net andin1 <= axis.0.amp-enable-out  => and2.0.in1
   net andout <= and2.0.out => stepgen.0.enable

Вроде всё... НЕТ! Опять забыли для начала "включить" компоненты и определить их в нужном потоке... Мы используем один компонент or2, один компонент not и один компонент and2 (для одной оси) или три компонента and2 (для трёх осей). Получается всё вместе:

   loadrt or2
   loadrt not
   loadrt and2 count=3
   
   addf or2.0 servo-thread
   addf not.0 servo-thread
   addf and2.0 servo-thread
   addf and2.1 servo-thread
   addf and2.2 servo-thread
   
   net start1 <= parport.0.pin-10-in
   net start2 <= parport.0.pin-11-in
   
   net start1 => or2.0.in0
   net start2 => or2.0.in1
   net orout <= or2.0.out => not.0.in1
   net notout <= not.0.out => and2.0.in0 => and2.1.in0 => and2.2.in0 
   net andin0 <= axis.0.amp-enable-out  => and2.0.in1
   net andout0 <= and2.0.out => stepgen.0.enable
   net andin1 <= axis.1.amp-enable-out  => and2.1.in1
   net andout1 <= and2.1.out => stepgen.1.enable
   net andin2 <= axis.2.amp-enable-out  => and2.2.in1
   net andout2 <= and2.2.out => stepgen.2.enable

Здесь loadrt and2 count=3 говорит о том, что мы будем использовать компонент 2-И трижды.

Это пример использования готовых компонентов для реализации "цифровой схемы". Но это далеко не все возможности компонентов реального времени.

Компоненты реального времени. Часть 2.

Аналогично "цифровым" прототипам в LinuxCNC есть и "аналоговые" компоненты:

integ - интегратор

invert - инвертор

limit[N] - ограничитель сигнала между min и max

lowpass - низкочастотный фильтр

mux2, mux4, mux8 - коммутаторы сигналов на 2, 4, 8 коммутируемых входов

и другие...

Своя панель. Первые шаги.

В процессе отладки своего станка часто возникает потребность визуального контроля процесса или оперативного изменения параметров работы станка. Как это реализовать, если на стандартной панели таких элементов нет? Конечно, сделать эти элементы самостоятельно!

Начнём с простого примера. Нужно контролировать состояние сигналов stepgen.0.enable, stepgen.1.enable и stepgen.2.enable.

Светодиоды! Вот что нам понадобится. Но не настоящие из кремния и пластика, а "нарисованные". ;)

1. Создаём файл с именем ledall.xml

Делаем его в обычном текстовом редакторе.

Пишем:

 <pyvcp>
          <led halpin="led0" />
          <led halpin="led1" />
          <led halpin="led2" />
 </pyvcp>

halpin - это процедура задания имени "светодиода" в .hal

Сохраняем файл как ledall.xml в папку с файлом нашего .ini файла!

2. Прописываем в .ini в разделе [DISPLAY]:

 PYVCP=ledall.xml

а в разделе [HAL]:

POSTGUI_HALFILE = ledall.hal

3. Создаём файл ledall.hal и прописываем в нём:

 net  xenable   =>  pyvcp.led0
 net  yenable   =>  pyvcp.led1
 net  zenable   =>  pyvcp.led2

Как вы уже поняли, мы использовали СИГНАЛЫ xenable, yenable и zenable из нашего файла .hal:

 net  xenable  <=  axis.0.amp-enable-out  =>   stepgen.0.enable 
 net  yenable  <=  axis.1.amp-enable-out  =>   stepgen.1.enable 
 net  zenable  <=  axis.2.amp-enable-out  =>   stepgen.2.enable 

, т.е. эти сигналы обязательно должны быть уже созданы в файле .hal

Теперь мы можем видеть состояние наших двигателей во время работы станка.

По умолчанию КРАСНЫЙ - это FALSE или 0, а ЗЕЛЕНЫЙ - это TRUE или 1.

Как "прикрутить" свою панель к "стандартной"?

Сразу оговорюсь, что "стандартной" панелью назвал панель AXIS - это самая распространенная панель у новичков.

Для начала: Файл, в котором будем прописывать связи пинов панели с пинами CNC называется posgui.hal и лежит он в папке конфигурации (в папке с настройками - там, где лежат файлы .ini и .hal)

Свою панель вырисовываем в Glade (это такая программа для создания визуальной панели) и сохраняем в папке конфигурации под именем mygui.ui При прорисовывании в Glade брать "кнопки" и "индикаторы", по возможности, из меню HAL_PYTHON

В .ini прописываем:

[DISPLAY]
GLADEVCP = mygui.ui

Теперь при запуске CNC mygui.ui мы увидим стандартную панель с прикрученной к ней справа нашей панелью. Если открыть в CNC Станок-Установки HAL - PINS - gladevcp, то можно посмотреть весь список пинов нашей панели.

Когда дополнительных кнопок и индикаторов много - лучше для себя сделать табличку соответствий: пин панели - пин компонента - действие (так будет всё понятно и запутаться будет труднее).

Как "связать" кнопки своей панели с CNC?

Для связи нашей панели с CNC используем пины различных компонентов.

ВНИМАНИЕ! Особо обратите внимание на компонент halui - в нём есть множество полезных пинов!

1. Прописываем в .ini , что мы будем использовать компонент halui:

[HAL]
HALUI = halui

2. В описании EMC2 внимательно читаем о пинах компонента halui Например, Мы хотим на своей панели поставить индикатор "E-STOP". Берем в Glade в разделе "HAL_PYTHON" индикатор LED (он, например, прописал свой пин как hal_led1 Ищем соответствующий пин в halui:

10.2.3 E-Stop (АВОСТ)
halui.estop.is-activated (bit, out)- отображает состояние E-stop.

Прописываем в postgui.hal (связываем эти два пина):

net led-estop <= halui.estop.is-activated => gladevcp.hal_led1

Теперь у нас индикатор на панели показывает состояние E-STOP.

Как не запутаться в сложной схеме CNC?

Как только мы начинаем понимать основы LCNC, то начинаем творить!

И натыкаемся на вопрос: как не запутаться в множестве связей? А ведь каждая связь должна иметь своё имя!

Я поступаю так: Даю каждой связи имя по имени выхода компонента (ведь выходы компонентов в LCNC объединять нельзя!). Например:

net mux2out3  mux2.3.out and2.4.in0

net and4out  and2.4.out    not.2.in