· 章節(jié)引導(dǎo) ·

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(shù)字量IO、模擬量AD/DA地址偏移設(shè)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(huán)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(huán)控制，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度、高響應(yīng)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(yīng)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(tǒng)故障，保護項目工程文件數(shù)據(jù)，并提高系統(tǒng)的可靠性。

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

2.主要特點

（1）使用現(xiàn)成的API開發(fā)各種裝備

（2）步進電機的外置光柵尺全閉環(huán)解決方案①ZMC4系列高效的網(wǎng)口讀寫，PCIe/PCI系列卡可共享內(nèi)存接口（共享內(nèi)存的批量讀寫3-5us）；②內(nèi)置反向間隙補償，雙向螺距補償，2D平面補償?shù)龋虎劭梢酝瑫r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(shù)字量IO、模擬量AD和DA。

當(dāng)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(shù)字量輸入口DI、數(shù)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(xù)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(shù)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(shù)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(wǎng)RJ45網(wǎng)口，支持EtherCAT協(xié)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(jù)擴展需求選擇數(shù)量，最多不超過16個）

3、ZMIO310后級擴展子模塊（根據(jù)需求選擇）

4、直流24V電源若干

5、網(wǎng)線若干：選用超六類屏蔽雙絞線、水晶頭帶有金屬殼；

6、導(dǎo)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(jié)：子模塊接線參考）

4.使用一根網(wǎng)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(wǎng)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(qū)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(qū)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(fā)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(guī)格參數(shù)

03 ZMIO310子模塊接線參考

ZMIO310-16DI數(shù)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(shù)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(shù)字量IO、模擬量AD/DA地址偏移設(shè)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(shè)備（驅(qū)動器等）可能已有一定數(shù)量的IO或者AD/DA，在使用擴展模塊上的數(shù)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(shù)字量IO和模擬量AD/DA的起始地址進行偏移。

注意：數(shù)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(shù)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(nèi)的IO接口等）。

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

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(shè)備槽位號及設(shè)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(shè)備編號：設(shè)備號是指一個槽位上連接的所有設(shè)備的編號，從0開始，按設(shè)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(shè)備總數(shù)。該例子中第一個擴展模塊ZMIO310的設(shè)備編號為0，第二個擴展模塊設(shè)備編號為1。

2.確定主站的數(shù)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(shù)字量輸入IN最大編號是29，數(shù)字量輸出OUT最大編號是17，那么取較大數(shù)值29為主站已使用的IO最大編號數(shù)。

ZMIO310擴展模塊則需要將數(shù)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(shè)置為8的倍數(shù)，則得到ZMIO310的數(shù)字IO地址至少應(yīng)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(shè)置，在EtherCAT初始化程序中或RTSys的“在線命令”發(fā)送：NODE_IO(0,0)=32

4.修改后可打開RTSys中的“控制器狀態(tài)-槽位0節(jié)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(xiàn)。

舉例：操作方法同理數(shù)字量IO地址偏移。區(qū)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(fā)送：NODE_AIO(0,0)=8

修改后可打開RTSys中的“控制器狀態(tài)-槽位0節(jié)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(yīng)數(shù)據(jù)字典不同。

（一）量程修改相關(guān)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)字典，并配合使用總線指令SDO_WRITE進行寫入。該數(shù)據(jù)字典如下表：

根據(jù)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(dāng)模擬量子模塊的擴展地址為0時，則索引號為5001h，當(dāng)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(shù)據(jù)類型：00h數(shù)據(jù)類型為無符號8位；01h為無符號16位；02h為無符號16位。

數(shù)據(jù)值：參考表中小表格的數(shù)值定義。例如：01h中AD模塊的0~20mA量程類型對應(yīng)數(shù)據(jù)值為5；02h中AD子模塊全通道開啟對應(yīng)數(shù)據(jù)值為15。

（二）修改/讀取模擬量量程相關(guān)指令了解

了解上述關(guān)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(xiàn)在了解一下這個指令的語法，如下表：

綜合上述“數(shù)據(jù)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(shè)使用設(shè)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(shè)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(shè)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(nèi)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(yīng)要操作的數(shù)據(jù)字典索引號及子索引號、數(shù)據(jù)類型。根據(jù)“（一）數(shù)據(jù)字典表格”及步驟1得到的擴展地址，可得：DA模塊的數(shù)據(jù)字典索引號為5001+3=5004h；AD模塊的索引號為5001+4=5005h。根據(jù)表格可得修改模擬量量程對應(yīng)的子索引號均為01h。數(shù)據(jù)類型為UNSIGNED16。

4.確定修改后的量程類型對應(yīng)數(shù)據(jù)值。根據(jù)“（一）量程類型”可得：DA模塊的0~20mA對應(yīng)數(shù)據(jù)值13；AD模塊的0~20mA對應(yīng)數(shù)據(jù)值5；

5.使用SDO_WRITE指令修改量程。根據(jù)“（二）SDO_WRITE指令語法”及上述得到的參數(shù)信息以及數(shù)據(jù)類型UNSIGNED16對應(yīng)數(shù)值6，在程序中寫入或“在線命令”發(fā)送：

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

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

SDO_READ(0,0,$5004,1,6,0)'讀取DA模塊的量程類型數(shù)據(jù)值存到table(0)寄存器中
?table(0)        '打印讀取寄存器內(nèi)的值
SDO_READ(0,0,$5005,1,6,10)'讀取AD模塊的量程類型數(shù)據(jù)值存到table(10)寄存器中
?table(10)        '打印讀取寄存器內(nèi)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(shè)使用設(shè)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(shè)只開啟4AD模塊的通道0和通道1，其余通道關(guān)閉。操作如下：

1.確定槽位號及設(shè)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(shè)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(nèi)容可得：AD模塊的擴展地址為4。

3.確定對應(yīng)要操作的數(shù)據(jù)字典索引號及子索引號、數(shù)據(jù)類型。根據(jù)“（一）數(shù)據(jù)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(jù)表格可得修改通道使能對應(yīng)的子索引號均為02h。數(shù)據(jù)類型為UNSIGNED16。

4.確定通道0、1上使能的對應(yīng)數(shù)據(jù)值。根據(jù)“（一）數(shù)據(jù)字典”可得：AD模塊僅開啟通道0、1的對應(yīng)數(shù)據(jù)值為3；

使用SDO_WRITE指令修改通道使能。根據(jù)“（二）SDO_WRITE指令語法”及上述得到的參數(shù)信息以及數(shù)據(jù)類型UNSIGNED16對應(yīng)數(shù)值6，在程序中寫入或“在線命令”發(fā)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(shè)使用設(shè)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(guān)閉。操作如下：

FORi=0to3
SLOT_STOP(0)		'停止總線
delay(200)'延時200ms
SLOT_SCAN(0)		'掃描總線
IFNODE_COUNT(0)THENEXITFOR'讀取總線連接設(shè)備個數(shù)非0時跳出循環(huán)
DELAY(1000)'延時1000ms
NEXT
IFNODE_COUNT(0)0THEN
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(shù)據(jù)值存到table(0)寄存器中
?table(0)'打印讀取寄存器內(nèi)的值
SDO_READ(0,0,$5005,1,6,10)'讀取AD模塊的量程1類型數(shù)據(jù)值存到table(10)寄存器中
?table(10)'打印讀取寄存器內(nèi)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(jù)上述章節(jié)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(fù)制到basic文件編程區(qū)域。給basic文件設(shè)置自動運行任務(wù)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(tài)】→【槽位0節(jié)點】查看是否有擴展設(shè)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(wǎng)線是否松動；

2、檢查/替換網(wǎng)線。網(wǎng)線建議使用超六類屏蔽雙絞線；

3、檢查是否有其他節(jié)點報警或掉線導(dǎo)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(xié)議接口的設(shè)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(tài)對應(yīng)情況如下表：

（四）ZMIO擴展模塊的模擬量輸入無反應(yīng)/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(shè)備沖突。（可通過RTSys軟件的【控制器狀態(tài)】→【槽位0節(jié)點】查看模擬量編號。映射方法可參考本文“四、ZMIO310-ECAT擴展數(shù)字量IO、模擬量AD/DA地址偏移設(shè)置”）

（五）ZMIO擴展模塊數(shù)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(shè)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(shè)備沖突。（可通過RTSys軟件的【控制器狀態(tài)】→【槽位0節(jié)點】查看IO。映射方法可參考本文“四、ZMIO310-ECAT擴展數(shù)字量IO、模擬量AD/DA地址偏移設(shè)置”）

教學(xué)視頻可點擊→“運動控制器/運動控制卡的EtherCAT總線ZMIO310擴展模塊使用”查看。

本次，正運動技術(shù)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(nèi)容請關(guān)注“正運動小助手”公眾號，需要相關(guān)開發(fā)環(huán)境與例程代碼，請咨詢正運動技術(shù)銷售工程師：400-089-8936。

本文由正運動技術(shù)原創(chuàng)，歡迎大家轉(zhuǎn)載，共同學(xué)習(xí)，一起提高中國智能制造水平。文章版權(quán)歸正運動技術(shù)所有，如有轉(zhuǎn)載請注明文章來源。

正運動技術(shù)專注于運動控制技術(shù)研究和通用運動控制軟硬件產(chǎn)品的研發(fā)，是國家級高新技術(shù)企業(yè)。正運動技術(shù)匯集了來自華為、中興等公司的優(yōu)秀人才，在堅持自主創(chuàng)新的同時，積極聯(lián)合各大高校協(xié)同運動控制基礎(chǔ)技術(shù)的研究，是國內(nèi)工控領(lǐng)域發(fā)展最快的企業(yè)之一，也是國內(nèi)少有、完整掌握運動控制核心技術(shù)和實時工控軟件平臺技術(shù)的企業(yè)。主要業(yè)務(wù)有：運動控制卡_運動控制器_EtherCAT運動控制卡_EtherCAT控制器_運動控制系統(tǒng)_視覺控制器__運動控制PLC_運動控制_機器人控制器_視覺定位_XPCIe/XPCI系列運動控制卡等等。

審核編輯 黃宇