EIO16084擴展模塊的使用分為如下幾步，硬件接線；總線初始化建立總線通訊連接，初始化中執行擴展資源的映射，分別配置軸資源和IO資源；擴展資源配置完成可通過控制器端訪問，擴展軸為脈沖型，設置相關軸參數，發送運動命令即可控制電機運動。

01 產品簡介

EIO16084擴展模塊是EtherCAT總線控制器使用的擴展模塊，可擴展數字量IO和脈沖軸這兩類資源，當控制器本體上資源不夠的時候，EtherCAT總線控制器可連接多個EIO擴展模塊進行資源擴展，可查看控制器的IO最大擴展點數和最大擴展軸數，支持IO的遠程擴展。

每個EIO擴展模塊在擴展接線完成后，不需要進行進行二次開發，只需使用指令在EtherCAT主站控制器配置唯一的IO地址和軸地址，配置完成即可訪問。

IO地址編號通過總線指令NODE_IO來設置，控制器上程序只需通過IO編號就可以訪問到擴展模塊上的資源。軸地址的配置使用“AXIS_ADDRESS”指令映射綁定軸號，綁定完成通過BASE或AXIS指令指定軸號。

EIO16084擴展模塊功能特點：

（1）支持4軸脈沖軸擴展。

（2）脈沖輸出模式：方向/脈沖或雙脈沖。

（3）每軸最大輸出脈沖頻率10MHz。

（4）支持16進+8出IO擴展，每個脈沖軸另外各有2進2出IO可供配置。

（5）脈沖軸以外的輸出口最大輸出電流達300mA，可直接驅動部分電磁閥。

（6）ECAT最快500us的刷新周期。

（7）單電源供電，連接主電源即可，無需IO電源。

此系列產品選型指南：

EIO系列帶軸的擴展模塊的使用方法相同，僅是擴展資源數量的區別，EIO16084和EIO24088的使用方法完全相同，EIO1616相比上面兩個型號，無需軸映射相關操作。

02 接口說明

1.總線接口

EIO16084帶兩個EtherCAT總線接口，“EtherCAT IN”和“EtherCAT OUT”，使用標準網線完成接線。

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。

2.通用輸入口

通用輸入口IN的內部電路參考圖如下，EIO16084帶16個通用輸入口，輸入口需要NODE_IO配置IO地址編號才能通過控制器端操作，輸入口參數參見下表。

輸入口參數說明：

3.通用輸出口

通用輸出口OUT的內部電路參考圖如下，EIO16084帶8個通用輸入口，輸出口需要NODE_IO配置IO地址編號才能通過控制器端操作（NODE_IO使用一次便可配置好輸入和輸出），輸出口參數參見下表。

輸入口參數說明：

4.軸接口

EIO16084的軸接口有4個，采用DB26針腳，針腳定義如下表，軸接口包含差分脈沖輸入和差分編碼器輸入信號，同時還有兩路通用輸入口（其中一路為報警輸入），兩路通用輸出口（其中一路為驅動使能）。

EIO16084擴展軸時，為總線轉脈沖，將脈沖型驅動器接入到EIO16084擴展模塊上的脈沖軸接口上。通過總線初始化建立EtherCAT總線控制器和EIO16084擴展模塊之間的通訊連接，總線初始化過程中必須包含軸映射，之后參考脈沖型控制器的使用方法操作脈沖驅動器。

可以通過數據字典配置EIO擴展板直接使能與告警，缺省不使用，需要主控制器來操作。

告警輸入、位置到位信號、軸使能、誤差清除可以為通用的輸入輸出，由于驅動能力偏小建議做軸功能IO使用。

“EGND，OVCC電源”是控制器內部輸出供伺服IO使用，請勿連接到開關電源，不使用時懸空。

03 接線參考

EIO16084擴展模塊接線規則：EIO16084可接到EtherCAT總線上的任意節點。

EIO16084為總線上的一個設備節點，可接入4個脈沖型驅動器，驅動器按照AXIS 0到AXIS 3的順序依次編號，并且遵從總線上的驅動器編號規則。

驅動器的使能信號為脈沖接口內的通用輸出口，直接通過主控制器的OP指令來使能?；蚴褂?a target="_blank">SDO指令配置數據字典為自動使能后，主控制器無法直接控制對應的輸出口來使能。

注意：軸擴展模塊的使用個數不是無限制的，參考控制器可擴展的最大軸數。

如下圖，ZMC416BE運動控制器本體支持連接16個脈沖驅動器，最大擴展軸數為20，故可以通過EtherCAT總線連接一個EIO16084擴展到支持20個脈沖驅動器。

擴展軸映射軸號時注意避開本地脈沖軸，若本地脈沖軸使用了16個，默認對應軸號0-15，則擴展軸上的AXIS0-3（對應下圖中驅動器編號0-3）分別手動映射為軸號16-19。

如下圖，ZMC432運動控制器本體支持連接32個軸（脈沖驅動器+Ether，CAT總線驅動器一共32個），控制器本體只有6路脈沖接口，通過一個EIO16084可擴展4路脈沖接口，支持脈沖驅動器和總線驅動器混合使用。

上圖涉及的編號概念如下：總線相關指令參數會用到如下編號。

（1）槽位號(slot)

槽位號是指控制器上總線接口的編號，EtherCAT總線槽位號為0。

（2）設備號(node)

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。

（3）驅動器編號

控制器會自動識別出槽位上的驅動器，編號從0開始，按驅動器在總線上的連接順序自動編號。

驅動器編號與設備號不同，只給槽位上的驅動器設備編號，其他設備忽略，映射軸號時將會用到驅動器編號。

04 擴展資源映射方法

EIO16084擴展模塊上有兩類資源需要映射，軸資源和IO資源。

1.IO映射

控制器上程序只需通過IO編號就可以訪問到擴展模塊上的資源，EtherCAT總線擴展模塊IO編號通過總線指令NODE_IO來設置，同時配置輸入和輸出。

IO映射時先查看控制器自身的最大IO編號(包括外部IO接口和脈沖軸內的接口)，再使用指令設置。

若擴展的IO與控制器自身IO編號重合，二者將同時起作用，所以IO映射的映射的編號在整個控制系統中均不得重復。

IO映射語法：

NODE_IO(slot,node)=iobase

slot：槽位號，0-缺省node：設備編號，編號從0開始

iobase：映射IO起始編號，設置結果只會是8的倍數

示例：

NODE_IO(0,0)=32 '設置槽位0接口設備0的IO起始編號為32

若設備0為EIO16084，按如上語法配置后，擴展模塊上的通用輸入口IN0-15對應的IO編號依次為32-47，軸接口內的通用輸入口編號48-55，其中軸AXIS 0-3的驅動報警輸入分別為48-51。通用輸出口OUT0-7應的IO編號依次為32-39，軸接口內的通用輸出口編號40-47，其中軸AXIS 0-3的驅動使能輸出分別為40-43。

2.軸映射

擴展模塊的軸使用前需要使用“AXIS_ADDRESS”指令映射軸號，軸映射也需要注意整個系統的軸號不得重復。EIO系列擴展軸的映射與總線驅動器的軸映射語法相同。

軸映射語法：

AXIS_ADDRESS(軸號)=(槽位號<<16)+驅動器編號+1

示例：

AXIS_ADDRESS(0)=(0<<16)+0+1 'EtherCAT總線上的第一個驅動器，驅動器編號0，綁定為軸0
AXIS_ADDRESS(1)=(0<<16)+1+1 'EtherCAT總線上的第二個驅動器，驅動器編號1，綁定為軸1

若第一個節點是EIO16084，EIO16084上連接了驅動器，那么這里的驅動器0是連接在EIO16084上的第一個脈沖驅動器，否則便是EtherCAT總線驅動器。

05 拓展脈沖軸的使用方法

EIO16084擴展模塊需要經過總線初始化之后才能使用，我們這里把一個脈沖型驅動器接到EIO16084擴展模塊上的AXIS 0接口上，使用步驟如下。

第一步：執行總線初始化程序（參見下節），初始化過程中識別EIO擴展模塊的設備編號和連接的驅動器編號，根據驅動器編號操作軸映射，根據設備號操作擴展模塊的IO映射，設置DRIVE_PROFILE和ATYPE。

第二步：初始化成功后，使能EIO16084擴展模塊上的脈沖驅動器，同樣也是操作脈沖軸接口內的OP信號使能驅動器，由于擴展模塊映射的起始編號是32，這里的AXIS 0-AXIS 3口內的使能信號對應通用輸出口編號是40-43。在輸出口窗口內按下OP(40)或在程序中執行指令OP(40,ON)均可使能AXIS 0的驅動器。

第三步：使能完成設置相關軸參數，再發送運動指令便可驅動電機。

在初始化操作成功后，總線上能識別該擴展模塊，可查看擴展模塊上的軸接口數，IO映射后可查看輸入輸出的編號范圍。

例如設置起始編號為32，該擴展模塊上的輸入編號為外部自帶的16點+軸接口通用輸入8點，一共24點，范圍32-55，輸出編號為外部自帶的8點+軸接口通用輸入8點，一共16點，范圍32-47。

EIO16084使用注意事項：

擴展模塊上的IO不管有沒有使用都需要使用NODE_IO指令映射EIO16084的輸入輸出編號。擴展模塊的DRIVE_PROFILE配置為0，ATYPE設為65，但實際由于是脈沖型驅動器，軸類型并不是65，真實軸類型的配置使用SDO指令配置數據字典6011h設置。初始化過程中若產生硬限位報警，可在軸參數窗口將硬限位FWD_IN和REV_IN的映射編號指向-1，表示不映射，需要接入限位開關時再去修改FWD_IN和REV_IN。

EIO16084擴展模塊設置：

通過SDO指令讀寫數據字典設置，只開放了部分數據字典供設置，更多驅動器參數使用驅動器軟件修改。

SDO指令配置輸入輸出：

SDO指令配置驅動器參數：

例如：擴展的脈沖軸的真實軸類型設置通過數據字典6011h設置，（參考下表的參數，按軸號依次設置，第一個驅動器設置數據字典6011h+0*800h，第二個驅動器設置6011h+1*800h，以此類推，每個驅動器加800h，其他參數同理）

數據字典讀取語法：

SDO_READ (槽位號, 設備編號, 數據字典編號, 數據字典子編號, 數據類型, 讀取數據存儲TABLE位置)SDO_READ_AXIS (軸號, 數據字典編號, 數據字典子編號, 數據類型, 讀取數據存儲TABLE位置)

數據字典寫入語法：

SDO_WRITE (槽位號, 設備編號, 數據字典編號, 數據字典子編號, 數據類型, 寫入數據值)SDO_WRITE_AXIS (軸號, 數據字典編號, 數據字典子編號, 數據類型, 寫入數據值)

數據字典讀寫示例：

global sub Sub_SetNodePara(iNode,iVender,iDevice,Iaxis)
if iVender = $41B and iDevice = $1918 then '正運動16084脈沖擴展軸
SDO_WRITE(Bus_Slot,iNode,$6011+Iaxis*$800,0,5,4) '設置擴展脈沖軸ATYPE類型，值為4表示脈沖和編碼器信號在同一個軸號上
SDO_WRITE(Bus_Slot,iNode,$6012+Iaxis*$800,0,6,0) '設置擴展脈沖軸INVERT_STEP脈沖輸出模式，模式0，脈沖+方向
NODE_IO(Bus_Slot,iNode) = 32 + 32*iNode '設置16084上IO的起始映射地址
endif
end sub

如果擴展模塊之后還連接了EtherCAT驅動器，使用時注意總線掃描設備數量的設置，EtherCAT驅動器在初始化程序執行完便使能成功，后續設置軸參數便能運行，注意初始化過程中的DRIVE_PROFILE給EtherCAT驅動器配置合適的PDO列表，需要用到驅動器IO時，還需操作DRIVE_IO映射。

06 總線初始化

此初始化程序可用來初始化EtherCAT驅動器和EtherCAT總線擴展模塊，建立通訊連接（通用模板，適用于多種品牌的驅動器）。

'*******************************************************ECAT總線初始化
global CONST BUS_TYPE = 0 '總線類型?？捎糜?a target="_blank">上位機區分當前總線類型
global CONST MAX_AXISNUM =32 '最大軸數
global CONST Bus_Slot = 0 '槽位號0（單總線控制器缺省0）
global CONST PUL_AxisStart= 0 '本地脈沖軸起始軸號
global CONST PUL_AxisNum = 0 '本地脈沖軸軸數量
global CONST Bus_AxisStart = 6 總線軸起始軸號
global CONST Bus_NodeNum = 2 '總線配置節點數量,用于判斷實際檢測到的從站數量是否一致
global Bus_InitStatus '總線初始化完成狀態
Bus_InitStatus = -1
global Bus_TotalAxisnum '檢查掃描的總軸數
delay(3000) '延時3S等待驅動器上電，不同驅動器自身上電時間不同，具體根據驅動器調整延時
?"總線通訊周期：",SERVO_PERIOD,"us"
Ecat_Init() '初始化ECAT總線
while (Bus_InitStatus = 0)
Ecat_Init()
wend
end

'****************************************ECAT總線初始化**********************************
'初始流程: slot_scan（掃描總線） -> 從站節點映射軸/io -> SLOT_START（啟動總線） -> 初始化成功
'*****************************************************************************************
global sub Ecat_Init()
local Node_Num,Temp_Axis,Drive_Vender,Drive_Device,Drive_Alias
RAPIDSTOP(2)
for i=0 to MAX_AXISNUM - 1 '初始化還原軸類型
AXIS_ENABLE(i) = 0
atype(i)=0
AXIS_ADDRESS(i) =0
DELAY(10) '防止所有驅動器全部同時切換使能導致瞬間電流過大
next
Bus_InitStatus = -1
Bus_TotalAxisnum = 0
SLOT_STOP(Bus_Slot)
delay(200)
slot_scan(Bus_Slot) '掃描總線
if return then
?"總線掃描成功","連接從站設備數："NODE_COUNT(Bus_Slot)
if NODE_COUNT(Bus_Slot) <> Bus_NodeNum then '判斷總線檢測數量是否為實際接線數量
?""
?"掃描節點數量與程序配置數量不一致!" ,"配置數量:"Bus_NodeNum,"檢測數量："NODE_COUNT(Bus_Slot)
Bus_InitStatus = 0 '初始化失敗。報警提示
return
endif
'"開始映射軸號"
for Node_Num=0 to NODE_COUNT(Bus_Slot)-1 '遍歷掃描到的所有從站節點
Drive_Vender = NODE_INFO(Bus_Slot,Node_Num,0) '讀取驅動器廠商
Drive_Device = NODE_INFO(Bus_Slot,Node_Num,1) '讀取設備編號
Drive_Alias = NODE_INFO(Bus_Slot,Node_Num,3) '讀取設備撥碼ID
if NODE_AXIS_COUNT(Bus_Slot,Node_Num) <> 0 then '判斷當前節點是否有電機
for j=0 to NODE_AXIS_COUNT(Bus_Slot,Node_Num)-1 '根據節點帶的電機數量循環配置軸參數(針對一拖多驅動器)
Temp_Axis = Bus_AxisStart + Bus_TotalAxisnum '軸號按NODE順序分配
'Temp_Axis = Drive_Alias '軸號按驅動器設定的撥碼分配（一拖多需要特殊處理）
base(Temp_Axis)
AXIS_ADDRESS= Bus_TotalAxisnum+1 '映射軸號
ATYPE=65 '設置控制模式 65-位置 66-速度 67-轉矩
Sub_SetPdo(Node_Num,Drive_Vender,Drive_Device) '設定PDO參數
Sub_SetNodePara(Node_Num,Drive_Vender,Drive_Device,j) '設置特殊總線參數，包含EIO16084的配置
disable_group(Temp_Axis) '每軸單獨分組
Bus_TotalAxisnum=Bus_TotalAxisnum+1 '總軸數+1
next
else 'IO擴展模塊
Sub_SetNodeIo(Node_Num,Drive_Vender,Drive_Device,1024 + 32*Node_Num) '映射擴展模塊IO
endif
next
?"軸號映射完成","連接總軸數："Bus_TotalAxisnum
DELAY 200
SLOT_START(Bus_Slot) '啟動總線
if return then
wdog=1 '使能總開關
'?"開始清除驅動器錯誤"
for i= Bus_AxisStart to Bus_AxisStart + Bus_TotalAxisnum - 1
BASE(i)
DRIVE_CLEAR(0)
DELAY 50
'?"驅動器錯誤清除完成"
datum(0) '清除控制器軸狀態錯誤"
DELAY 100
'"軸使能"
AXIS_ENABLE=1
next
Bus_InitStatus = 1
?"軸使能完成"
'本地脈沖軸配置
for i = 0 to PUL_AxisNum - 1
base(PUL_AxisStart + i)
AXIS_ADDRESS = (-1<<16) + i
ATYPE = 4
next
?"總線開啟成功"
else
?"總線開啟失敗"
Bus_InitStatus = 0
endif
else
?"總線掃描失敗"
Bus_InitStatus = 0
endif
end sub

'*****************************************手動配置PDO**********************************
'部分特殊品牌可能需要手動配置，大部分只需要通過DRIVE_PROFILE設置自動配置相應的POD參數即可
'*******************************************************************************************
global sub Sub_SetPdo(iNode,iVender,iDevice)
IF iVender = 0 then '自定義PDO
SDO_WRITE (Bus_Slot, iNode, $1c12, 0 ,5 ,0) '禁用PDO,禁用后才可以修改內容
DELAY(50)
SDO_WRITE (Bus_Slot, iNode, $1c13, 0 ,5 ,0)
DELAY(50)
SDO_WRITE (Bus_Slot, iNode, $1600, $0 ,5 ,0) 'RxPDO配置對應參數
SDO_WRITE (Bus_Slot, iNode, $1600, $1 ,7 ,$60400010) '控制字
SDO_WRITE (Bus_Slot, iNode, $1600, $2 ,7 ,$607a0020) '目標位置
SDO_WRITE (Bus_Slot, iNode, $1600, $3 ,7 ,$60fe0120) '驅動器IO輸入
SDO_WRITE (Bus_Slot, iNode, $1600, $0 ,5 ,3)
SDO_WRITE (Bus_Slot, iNode, $1a00, $0 ,5 ,0) 'TxPDO配置對應參數
SDO_WRITE (Bus_Slot, iNode, $1a00, $1 ,7 ,$60410010) '狀態字
SDO_WRITE (Bus_Slot, iNode, $1a00, $2 ,7 ,$60640020) '反饋位置
SDO_WRITE (Bus_Slot, iNode, $1a00, $3 ,7 ,$60fd0020) '驅動器IO輸出
SDO_WRITE (Bus_Slot, iNode, $1a00, $0 ,5 ,3)
SDO_WRITE (Bus_Slot, iNode, $1c12, 1 ,6 ,$1600) 'RxPDO分配對象
DELAY(50)
SDO_WRITE (Bus_Slot, iNode, $1c13, 1 ,6 ,$1a00) TxPDO分配對象
DELAY(50)
SDO_WRITE (Bus_Slot, iNode, $1c12, 0 ,5 ,1) '啟用PDO
DELAY(50)
SDO_WRITE (Bus_Slot, iNode, $1c13, 0 ,5 ,1)
SDO_WRITE (Bus_Slot, iNode, $1C32, $1 ,6 ,2) '設置DC同步模式
SDO_WRITE (Bus_Slot, iNode, $1C33, $1 ,6 ,2)
DRIVE_PROFILE = -1 '使用驅動缺省PDO配置
elseif iVender = $66f then
DRIVE_PROFILE = 4
else
DRIVE_PROFILE = 0
endif
end sub

'***************************************從站節點特殊參數配置*****************************
'通過SDO方式修改對應對象字典的值修改從站參數(具體對象字典查看驅動器手冊)
'**********************************************************************************************
global sub Sub_SetNodePara(iNode,iVender,iDevice,Iaxis)
if iVender = $41B and iDevice = $1918 then '正運動EIO16084脈沖擴展軸
SDO_WRITE(Bus_Slot,iNode,$6011,Iaxis*$800,5,4) '設置擴展脈沖軸ATYPE類型
SDO_WRITE(Bus_Slot,iNode,$6012,Iaxis*$800,6,0) '設置擴展脈沖軸INVERT_STEP脈沖輸出模式
NODE_IO(Bus_Slot,iNode) = 32 + 32*iNode '設置16084上IO的起始映射地址
elseif iVender = $66f then '松下驅動器
SDO_WRITE(Bus_Slot,iNode,$3401,0,4,$10101) '正限位電平 $818181
SDO_WRITE(Bus_Slot,iNode,$3402,0,4,$20202) '負限位電平 $828282
SDO_WRITE(Bus_Slot,iNode,$6091,1,7,1) '齒輪比
SDO_WRITE(Bus_Slot,iNode,$6091,2,7,1)
SDO_WRITE(Bus_Slot,iNode,$6092,1,7,10000) '電機一圈脈沖數
SDO_WRITE(Bus_Slot,iNode,$607E,0,5,224) '電機方向0-反轉224
SDO_WRITE(Bus_Slot,iNode,$6085,0,7,4290000000) '異常減速度
'SDO_WRITE(Bus_Slot,iNode,$1010,1,7,$65766173) '寫EPPROM(寫EPPROM后驅動器需要重新上電)
elseif iVender = $100000 then '匯川驅動器
SDO_WRITE(Bus_Slot,iNode,$6091,1,7,1) '齒輪比
SDO_WRITE(Bus_Slot,iNode,$6091,2,7,1)
endif
end sub

'********************************總線IO模塊映射**************************************
'通過NODE_IO(Bus_Slot,Node_Num)分配模塊IO起始地址
'******************************************************************************************
global sub Sub_SetNodeIo(iNode,iVender,iDevice,i_IoNum)
if iVender = $41B and iDevice = $130 then '正運動EIO1616
NODE_IO(Bus_Slot,iNode) = i_IoNum
endif
end sub

參考配置采用控制器依次連接一個EIO16084擴展模塊和一個EtherCAT總線驅動器，采用以上初始化程序，成功建立通訊連接，控制器狀態窗口顯示當前掃描連接的節點情況。

總線上的主站為控制器，控制器連接的第一個從站設備為EIO16084擴展模塊，第二個從站設備為EtherCAT總線驅動器，沒有使用控制器的本地脈沖軸接口?？偩€上的驅動設備映射軸號可以從6開始，EIO16084擴展模塊的AXIS 0-3接口上的脈沖驅動器映射為軸號6-9，EtherCAT總線驅動器映射為軸號10，EIO16084擴展模塊的IO編號起始為32。

注意：映射的軸號和IO編號整個控制系統中不得重復，根據具體情況去選擇編號。

在沒有IO設備的情況下，我們可以通過OUT和IN端口直接相連判斷IO的響應情況，如下圖，測試EIO擴展模塊的IO配置，將EIO的OUT2(映射編號34)端子連接到EIO的IN8（映射編號40）上，操作OP(34)可見輸入口40收到信號。

EtherCAT總線初始化執行后，配置軸參數，發送運動指令便可控制電機運行，或參考下圖，通過手動運動窗口，快速檢測EtherCAT總線驅動器能否正常運行。

本次，正運動技術EtherCAT軸擴展模塊EIO16084在運動控制系統中的應用，就分享到這里。

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。