一、ZMIO310系列擴展模塊

　　二、ZMIO310-ECAT通訊模塊的接線及使用

　　三、ZMIO310子模塊接線參考

　　四、ZMIO310-ECAT擴展數字量IO、模擬量AD/DA地址偏移設置

　　五、ZMIO310-ECAT擴展模塊模擬量量程修改及通道使能

　　六、ZMIO310擴展模塊常見問題分析

　　ZMC432CL-V2 脈沖全閉環的32軸總線型運動控制器

　　ZMC432CL-V2是一款高性能運動控制器，具備高速實時反饋功能，支持脈沖全閉環控制，能夠實現高精度、高響應速度的運動控制。高精度定位，有效消除機械傳動誤差，滿足高精密加工場景應用要求。

　　1.硬件功能特性

　　(1)豐富的運動控制功能：支持直線、圓弧、空間圓弧、螺旋插補等。

　　(2)硬件接口豐富：支持脈沖軸(帶編碼器反饋)和EtherCAT總線軸，具備24路輸入和12路輸出的通用IO，部分為高速IO，2路模擬量輸出(DA)。

　　(3)EtherCAT刷新周期最快達250us，滿足高速通信需求。

　　(4)支持4通道硬件比較輸出、硬件定時器、運動中精準輸出，適用于多通道視覺飛拍等場合。

　　(5)支持掉電檢測、掉電存儲，多種程序加密方式，能夠有效防止系統故障，保護項目工程文件數據，并提高系統的可靠性。

　　(6)通過純國產IDE開發環境RTSys進行項目開發，可實時仿真、在線跟蹤以及診斷與調試，簡便易用，支持多種高級上位機語言聯合編程進行二次開發。

　　2.主要特點

　　(1)使用現成的API開發各種裝備

　　(2)步進電機的外置光柵尺全閉環解決方案

       â‘ ZMC4系列高效的網口讀寫，PCIe/PCI系列卡可共享內存接口(共享內存的批量讀寫3-5us);

       ②內置反向間隙補償，雙向螺距補償，2D平面補償等; 

       ③可以同時支持脈沖軸和EtherCAT軸運動混合使用;

       ④開放的PT/PVT接口客戶可自定義加減速算法的二次編程;

　　01、ZMIO310系列擴展模塊

　　ZMIO310系列擴展模塊是立式總線擴展模塊，可支持EtherCAT和CAN兩種總線方式擴展數字量IO、模擬量AD和DA。

　　當控制器本體的IO、AD和DA等資源不夠時，可以通過耦合器模塊(ECAT、CAN通訊模塊)搭配其他擴展子模塊進行擴展;子模塊包含數字量輸入口DI、數字量輸出口DO、模擬量輸入口AD、模擬量輸出口DA模塊。

　　耦合器和可組合的子模塊如下：

　　后續子模塊擴展能力

　　ZMIO310-ECAT通訊模塊最多可擴展16個子模塊，支持混合擴展。但可擴展的各類別子模塊有數量限制，ZMIO310-16DI最多16個，ZMIO310-16DO最多16個，ZMIO310-8AD最多8個，ZMIO310-8DA最多8個。實際數量需要以各模塊功耗進行限定。

　　例如：ZMIO310-ECAT耦合器擴展了8個AD，8個DA后就不能再擴展其它子模塊;或ZMIO310-ECAT耦合器擴展了16個DI后，就不能再擴展其它子模塊。

　　02、ZMIO310-ECAT通訊模塊的接線及使用

　　ZMIO310-ECAT通訊模塊EtherCAT接口采用的是標準百兆以太網RJ45網口，支持EtherCAT協議。

　　接線準備材料：

　　1、運動控制器主站1個

　　2、ZMIO310-ECAT通訊模塊(根據擴展需求選擇數量，最多不超過16個)

　　3、ZMIO310后級擴展子模塊(根據需求選擇)

　　4、直流24V電源若干

　　5、網線若干：選用超六類屏蔽雙絞線、水晶頭帶有金屬殼;

　　6、導線若干

　　接線步驟(可參考下方接線圖)：

　　1、將一個DC24V電源的正負極分別對應接到主控制器的E+24V和EGND上;(電源正極 — E+24V;電源負極 — EGND)

　　2.將另一個DC24V電源的正負極分別對應接到ZMIO310-ECAT通訊模塊的+24V和GND上;(電源正極 — +24V;電源負極 — GND)

　　3.將其他電源分別對應接到后級擴展子模塊上的電源輸入接口上。(詳細接線參考本文第三節：子模塊接線參考)

　　4.使用一根網線一頭接入主控制器的EtherCAT接口上，另一頭則接入ZMIO310-ECAT模塊的EtherCAT IN口。若擴展多個EtherCAT模塊，則用另一根網線接入第一個ZMIO310-ECAT模塊的EtherCAT OUT口，另一頭則接入下一級模塊的EtherCAT IN口，以此類推…

　　5.檢查接線無誤后，將電源通電。上電后ZMIO310-ECAT的ERR報錯燈常亮紅燈，此時需要進行下一步操作。(分兩種情況：若有使用總線驅動器，則直接使用總線初始化模板程序下載即可;若無使用總線驅動器，則只需完成第6步操作即可。)

　　6.通電后ZMIO310-ECAT還需要先進行總線開啟操作。可在RTSys“在線命令”發送：

　　SLOT_SCAN(0) ‘總線掃描SLOT_START(0) ‘總線開啟

　　按上述步驟操作后，ZMIO310-ECAT通訊模塊的ERR燈不亮表示總線開啟成功。

　　提示：接線時注意EtherCAT IN連接上一級模塊，EtherCAT OUT連接下一級模塊，IN和OUT口不可混用。

　　EtherCAT接口規格參數

　　03、ZMIO310子模塊接線參考

　　ZMIO310-16DI數字量輸入子模塊接線參考

　　輸入端口NPN型接線參考：

　　輸入端口PNP型接線參考：

　　ZMIO310-16DO/DOP數字量輸出子模塊接線參考

　　輸出端口NPN型接線參考：

　　輸出端口PNP型接線參考：

　　ZMIO310-4AD模擬量輸入子模塊接線參考

　　電壓輸入端口接線示意圖：

　　電流輸入端口接線示意圖：

　　ZMIO310-4DA模擬量輸出子模塊接線參考

　　電壓輸出端口接線示意圖：

　　電流輸出端口接線示意圖：

　　04、ZMIO310-ECAT擴展數字量IO、模擬量AD/DA地址偏移設置

　　地址偏移的目的：由于擴展模塊連接的主站(運動控制器)或其他從站設備(驅動器等)可能已有一定數量的IO或者AD/DA，在使用擴展模塊上的數字IO或模擬量資源時，防止資源使用沖突，需要對擴展模塊的資源進行編號映射。即：將擴展模塊上的數字量IO和模擬量AD/DA的起始地址進行偏移。

　　注意：數字量IO和模擬量IO地址均不可與其他主從站的IO地址一致!

　　數字量IO地址偏移

　　1.進行IO映射前需要先查看主站(控制器)自身的最大IO編號(包括外部IO接口和脈沖軸內的IO接口等)。

　　2.采用ZMIO310-ECAT通訊模塊連接的數字量IO起始地址偏移直接使用NODE_IO指令即可實現。

　　指令具體使用語法參見下表：

　　舉例：

　　若主站是運動控制器ZMC432-V2，直接連接第一個擴展模塊ZMIO310-ECAT+ZMIO310-16DI+ZMIO310-16DO，再連接第二個擴展模塊ZMIO310-ECAT+ZMIO310-16DOP。

　　1.確定設備槽位號及設備編號

　　槽位號：指控制器上總線接口的編號，EtherCAT總線槽位號為0。由于ZMC432-V2是單總線控制器，因此使用EtherCAT接口的槽位號為0;若使用的主站是雙總線控制器，并同時使用EtherCAT和RTEX總線，那么EtherCAT總線接口槽位號為0，RTEX總線接口槽位號為1;否則僅使用任意一個總線，則槽位號均為0。

　　設備編號：設備號是指一個槽位上連接的所有設備的編號，從0開始，按設備在總線上的連接順序自動編號，可以通過NODE_COUNT(slot)指令查看總線上連接的設備總數。該例子中第一個擴展模塊ZMIO310的設備編號為0，第二個擴展模塊設備編號為1。

　　2.確定主站的數字量IO最大編號

　　需先通過主站控制器的用戶手冊，即《ZMC432-V2控制器用戶手冊》查看得到控制器自身的數字量輸入IN最大編號是29，數字量輸出OUT最大編號是17，那么取較大數值29為主站已使用的IO最大編號數。

　　ZMIO310擴展模塊則需要將數字量IO地址偏移至29以上，由于指令語法限制，起始編號只能設置為8的倍數，則得到ZMIO310的數字IO地址至少應為32。

　　3.使用指令進行IO起始地址偏移

　　使用NODE_IO指令進行設置，在EtherCAT初始化程序中或RTSys的“在線命令”發送：NODE_IO(0,0)=32

　　4.修改后可打開RTSys中的“控制器狀態-槽位0節點”查看IO地址是否已修改成功。

　　模擬量AD/DA地址偏移

　　1.進行IO映射前需要先查看主站(控制器)自身的最大模擬量編號。

　　2.采用ZMIO310-ECAT通訊模塊連接的模擬量AD/DA起始地址偏移直接使用NODE_AIO指令即可實現。

　　舉例：操作方法同理數字量IO地址偏移。區別在于使用指令不同：“NODE_AIO”。

　　在EtherCAT初始化程序中或RTSys的“在線命令”發送：NODE_AIO(0,0)=8

　　修改后可打開RTSys中的“控制器狀態-槽位0節點”查看。

　　05、ZMIO310-ECAT擴展模塊模擬量量程修改及通道使能

　　本文僅介紹模擬量量程修改及通道使能功能，更多功能可參考《ZMIO310擴展模塊用戶手冊》，指令用法與下文所述功能大體一致，不同功能對應數據字典不同。

　　(一)量程修改相關概念了解

　　修改模擬量量程前，我們先了解幾個必備概念：

　　量程類型

　　ZMIO310模擬量精度可達16位，支持的量程類型范圍多達6種。按信號類型分類可分為電壓信號和電流信號;按極性分類可分為單極性和雙極性。默認量程類型是：0~10V。具體如下表：

　　本地后級擴展地址

　　ZMIO310-ECAT通訊模塊上電后，會掃描本地后級擴展接口，為掃描出的每一個擴展子模塊分配一個擴展地址。

　　ECAT通訊模塊上電后掃描，子模塊的地址從0開始，按接入的順序依次分配地址。通訊模塊連接的第一塊擴展子模塊的擴展地址為0，第二塊擴展子模塊的擴展地址則為1，以此類推…

　　舉例：如ECAT通訊模塊(ZMIO310-ECAT)的本地后級接口依次接入3個輸入模塊(ZMIO310-16DI)、2個輸出模塊(ZMIO310-16DO或ZMIO310-16DOP)、1個AD模塊(ZMIO310-4AD)和1個DA模塊(ZMIO310-4DA)的情況。地址分配情況如下表：

　　數據字典

　　修改模擬量量程即是對ZMIO310-ECAT模塊進行寫入操作，此時需要先找到控制修改量程的數據字典，并配合使用總線指令SDO_WRITE進行寫入。該數據字典如下表：

　　根據上表可得到如下信息：

　　索引號：由5001h+要操作的模擬量子模塊所在的擴展地址決定。即當模擬量子模塊的擴展地址為0時，則索引號為5001h，當模擬量子模塊的擴展地址為3時，則索引號為5004h，以此類推…

　　子索引：01h則是控制修改量程的子索引;02h則是控制模擬量4個通道使能功能的子索引。

　　數據類型：00h數據類型為無符號8位;01h為無符號16位;02h為無符號16位。

　　數據值：參考表中小表格的數值定義。例如：01h中AD模塊的0~20mA量程類型對應數據值為5;02h中AD子模塊全通道開啟對應數據值為15。

　　(二)修改/讀取模擬量量程相關指令了解

　　了解上述關鍵信息后即可使用SDO_WRITE指令進行模擬量量程修改了，讀取模擬量量程則使用“SDO_READ”。現在了解一下這個指令的語法，如下表：

　　綜合上述“數據字典”和“SDO_WRITE指令語法”兩個表格可寫出：

　　ZMIO310-ECAT模塊修改模擬量量程的指令寫法為：

　　SDO_WRITE(slot,node, $(5001+擴展子模塊地址),1,6,value);

　　讀取量程類型值的指令寫法為：

　　SDO_READ(slot,node, $(5001+擴展子模塊地址) ,1,6,tablenum)

　　AD模擬量通道使能的指令寫法為：

　　SDO_WRITE(slot,node, $(5001+擴展子模塊地址),2,6,value)

　　(三)修改模擬量量程操作步驟

　　舉例：假設使用設備為：運動控制器ZMC432-V2做主站，通過EtherCAT接口連接擴展模塊ZMIO310-ECAT + ZMIO310-16DI + ZMIO310-16DO + ZMIO310-16DOP + ZMIO310-4DA + ZMIO310-4AD。由于默認量程類型為0~10V，此時若要將4DA和4AD子模塊量程類型修改為0~20mA。操作如下：

　　1.確定槽位號及設備編號。由ZMC432-V2是單總線控制器可知：EtherCAT 槽位號為0;由ZMC432-V2直接連接ZMIO310擴展模塊可知：設備編號為0。

　　2.確定本地后級擴展子模塊地址。由“(一)本地后級擴展地址”內容可得：DA模塊的擴展地址為3，AD模塊的擴展地址為4。

　　3.確定對應要操作的數據字典索引號及子索引號、數據類型。根據“(一)數據字典表格”及步驟1得到的擴展地址，可得：DA模塊的數據字典索引號為5001+3=5004h;AD模塊的索引號為5001+4=5005h。根據表格可得修改模擬量量程對應的子索引號均為01h。數據類型為UNSIGNED16。

　　4.確定修改后的量程類型對應數據值。根據“(一)量程類型”可得：DA模塊的0~20mA對應數據值13;AD模塊的0~20mA對應數據值5;

　　5.使用SDO_WRITE指令修改量程。根據“(二)SDO_WRITE指令語法”及上述得到的參數信息以及數據類型UNSIGNED16對應數值6，在程序中寫入或“在線命令”發送：

　　SDO_WRITE(0,0,$5004,1,6,13) '修改DA模塊的模擬量量程為0~20mASDO_WRITE(0,0,$5005,1,6,5) '修改AD模塊的模擬量量程為0~20mA

　　6.讀取量程則使用SDO_READ指令。根據“(二)SDO_READ指令語法” 及上述得到的參數信息，在程序中寫入或“在線命令”發送：

　　SDO_READ(0,0,$5004,1,6,0) '讀取DA模塊的量程類型數據值存到table(0)寄存器中?table(0) '打印讀取寄存器內的值SDO_READ(0,0,$5005,1,6,10) '讀取AD模塊的量程類型數據值存到table(10)寄存器中?table(10) '打印讀取寄存器內的值

　　完整用例請參考“(五)ZMIO310各功能完整用例”。

　　(四)模擬量AD各通道使能操作步驟

　　舉例：

　　假設使用設備為：運動控制器ZMC432-V2做主站，通過EtherCAT接口連接擴展模塊ZMIO310-ECAT + ZMIO310-16DI + ZMIO310-16DO + ZMIO310-16DOP + ZMIO310-4DA + ZMIO310-4AD。一般默認通道為全開啟，假設只開啟4AD模塊的通道0和通道1，其余通道關閉。操作如下：

　　1.確定槽位號及設備編號。由ZMC432-V2是單總線控制器可知：EtherCAT 槽位號為0;由ZMC432-V2直接連接ZMIO310擴展模塊可知：設備編號為0。

　　2.確定本地后級擴展子模塊地址。由“(一)本地后級擴展地址”內容可得：AD模塊的擴展地址為4。

　　3.確定對應要操作的數據字典索引號及子索引號、數據類型。根據“(一)數據字典表格”及步驟1得到的擴展地址，可得：AD模塊的索引號為5001+4=5005h。根據表格可得修改通道使能對應的子索引號均為02h。數據類型為UNSIGNED16。

　　4.確定通道0、1上使能的對應數據值。根據“(一)數據字典”可得：AD模塊僅開啟通道0、1的對應數據值為3;

　　使用SDO_WRITE指令修改通道使能。根據“(二)SDO_WRITE指令語法”及上述得到的參數信息以及數據類型UNSIGNED16對應數值6，在程序中寫入或“在線命令”發送：

　　SDO_WRITE(0,0,$5005,2,6,3) '僅開啟AD模塊的通道0和通道1

　　(五)ZMIO310各功能完整用例

　　假設使用設備為：運動控制器ZMC432-V2做主站，通過EtherCAT接口連接擴展模塊ZMIO310-ECAT + ZMIO310-16DI + ZMIO310-16DO + ZMIO310-16DOP + ZMIO310-4DA + ZMIO310-4AD。一般默認量程類型為0~10V和通道全開啟，要求將4DA和4AD子模塊量程類型修改為0~20mA。且4AD子模塊只開啟通道0和通道1，其余通道關閉。操作如下：

　　FOR i=0 to 3 SLOT_STOP(0) '停止總線 delay(200) '延時200ms SLOT_SCAN(0) '掃描總線 IF NODE_COUNT(0) THEN EXIT FOR '讀取總線連接設備個數非0時跳出循環 DELAY(1000) '延時1000msNEXTIF NODE_COUNT(0) <> 0 THEN SDO_WRITE(0,0,$5004,1,6,13) '修改DA模塊的模擬量量程為0~20mA SDO_WRITE(0,0,$5005,1,6,5) '修改AD模塊的模擬量量程為0~20mA SDO_READ(0,0,$5004,1,6,0) '讀取DA模塊的量程類型數據值存到table(0)寄存器中 ?table(0) '打印讀取寄存器內的值 SDO_READ(0,0,$5005,1,6,10) '讀取AD模塊的量程1類型數據值存到table(10)寄存器中 ?table(10) '打印讀取寄存器內的值 SDO_WRITE(0,0,$5005,2,6,3) '僅開啟AD模塊的通道0和通道 DELAY(200) SLOT_START(0) '啟動總線 ?"總線開啟成功"ELSE ?"總線開啟失敗"ENDIF

　　根據上述章節完成正確接線后，在RTSys軟件中新建一個項目文件(.zpj)和basic文件，將上述代碼復制到basic文件編程區域。給basic文件設置自動運行任務號，點擊下載到RAM/下載到ROM即可。如下圖所示。(完整的RTSys新建流程可參考《RTSys使用手冊》)

　　06、ZMIO310擴展模塊常見問題分析

　　(一)掃描不到ZMIO310-ECAT擴展模塊(可在RTSys軟件的【控制器狀態】→【槽位0節點】查看是否有擴展設備顯示)

　　1、檢查擴展模塊的電源接線。電源是否上電;端子接線是否松動;接線處是否卡到絕緣膠層等;

　　1、檢查EtherCAT接口網線是否松動;

　　2、檢查/替換網線。網線建議使用超六類屏蔽雙絞線;

　　3、檢查是否有其他節點報警或掉線導致;

　　(二)ZMIO310-ECAT模塊上電ERR燈常亮

　　1.未進行總線初始化。使用EtherCAT協議接口的設備均需進行總線初始化操作，即總線掃描→總線開啟等流程;(操作方法可參考本文“二、ZMIO310-ECAT通訊模塊的接線與使用”的步驟5、6)

　　(三)ZMIO310-ECAT模塊3個指示燈狀態對應情況如下表：

　　(四)ZMIO擴展模塊的模擬量輸入無反應/輸出值讀取不到

　　1、檢查電源接線。是否給模擬量模塊單獨供電;供電電壓是否為DC24V;

　　2、檢查模擬量模塊通道接線是否正確。電壓類型量程和電流類型量程接線不同。(接線可參考本文“三、ZMIO310子模塊接線參考”)

　　3、檢查使用的量程類型和量程范圍是否與實際接線一致。

　　4、檢查使用的AD模塊通道是否使能。(使能方法參考本文“五、模擬量AD各通道使能操作步驟”)

　　5、檢查擴展模塊的模擬量編號范圍是否與其他設備沖突。(可通過RTSys軟件的【控制器狀態】→【槽位0節點】查看模擬量編號。映射方法可參考本文“四、ZMIO310-ECAT擴展數字量IO、模擬量AD/DA地址偏移設置”)

　　(五)ZMIO擴展模塊數字量輸入輸出無法使用或使用異常

　　1、檢查是否給輸入/輸出模塊單獨供電。供電電壓是否為DC24V;

　　2、檢查16DI和16DO子模塊的輸入/輸出接口上接線是否正確或松動;

　　3、檢查外部IO設備的輸入類型與ZMIO擴展模塊的類型是否一致。(ZMIO310的輸入模塊支持NPN型和PNP型輸入，但電源接線方式不同，具體參考本文“三、ZMIO310子模塊接線參考”)

　　4、檢查擴展模塊的IO編號范圍是否與其他設備沖突。(可通過RTSys軟件的【控制器狀態】→【槽位0節點】查看IO。映射方法可參考本文“四、ZMIO310-ECAT擴展數字量IO、模擬量AD/DA地址偏移設置”)

　　本次，正運動技術運動控制器/運動控制卡的EtherCAT總線ZMIO310擴展模塊使用就分享到這里。

　　更多精彩內容請關注“正運動小助手”公眾號，需要相關開發環境與例程代碼，請咨詢正運動技術銷售工程師：400-089-8936。

　　本文由正運動技術原創，歡迎大家轉載，共同學習，一起提高中國智能制造水平。文章版權歸正運動技術所有，如有轉載請注明文章來源。