· 章節引導 ·

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①ZMC4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”?，F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0~20mA
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“（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：

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'讀取總線連接設備個數非0時跳出循環
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”）

教學視頻可點擊→“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。

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正運動技術專注于運動控制技術研究和通用運動控制軟硬件產品的研發，是國家級高新技術企業。正運動技術匯集了來自華為、中興等公司的優秀人才，在堅持自主創新的同時，積極聯合各大高校協同運動控制基礎技術的研究，是國內工控領域發展最快的企業之一，也是國內少有、完整掌握運動控制核心技術和實時工控軟件平臺技術的企業。主要業務有：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_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