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[本地IO] 【IO模块使用入门到精通】2.IO模块运行和工作原理

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前言

                              
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本节微课,主要给大家介绍汇川技术IO模块的运行和工作原理。通过本节微课希望你能学习到:
1.了解汇川IO模块的启动和运行的操作步骤
2.了解集中式和分布式IO模块的工作原理
3.了解EtherCAT协议及模块工作过程中数据流向
4.了解模块配置的对象字典知识,对配置参数和过程数据有更深的理解
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学习本课程前,你是否有以下疑问:
1.如何正确启动和运行一个模块?
2.IO模块工作原理是什么,为什么能控制数字量和模拟量输入输出?
3.配置参数和过程数据,主机是如何下发到模块,模块是如何反馈到主机?
1.IO模块的启动和运行
1.1集中式扩展模块的启动和运行

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集中式扩展模块的启动和运行有五个步骤,分别是①运行前检查:保证模块电源正负极性正确;模块背面卡扣和导轨接地良好;输入输出线缆固定,端口插拔处接触良好无松动。②接通电源。③组态和一般参数配置:扫描或手动添加从站模块,配置模块一般参数,配置模块通道输入输出参数。④IO通道关联映射和编程:输入输出通道关联映射和应用程序编程。⑤启动集中式模块:切换到在线状态,将程序下载到控制器。
1.2分布式扩展模块的启动和运行

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分布式扩展模块的启动和运行有六个步骤,分别是①后台导入XML文件:每个GR10分布式模块是独立的一个站,每个类型的模块需要单独导入XML文件。②运行前检查:保证模块电源正负极性正确,接地良好;屏蔽网线固定,端口插拔处接触良好无松动。③接通电源。④组态和启动参数(SDO)配置:扫描或手动添加从站模块,配置模块一般参数。⑤配置PDO参数:配置模块通道输入输出参数,添加EtherCAT任务并关联映射。⑥启动分布式模块:切换到在线状态,将程序下载到控制器。
2.IO模块的工作原理
2.1集中式扩展模块的工作原理

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集中式扩展模块运行时,主站和从站通过自定义的本地总线协议建立通讯,通过异步方式进行访问和读写。
从站模块通过本地总线接收主站的下发数据,包括DO输出,模拟量输出以及脉冲模块的预设脉冲值等参数信息;同时,从站模块通过本地总线向主站反馈模块本身的状态数据,包括DI输入,模拟量输入以及脉冲模块的当前状态等参数信息。
2.2 分布式扩展模块的工作原理

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分布式模块运行时,主站和从站通过EtherCAT协议建立通讯,进行通信数据周期性的读写和访问。
从站模块通过RxPDO接收主站的过程数据,包括DO输出,模拟量输出以及计数模块的预设计数值等参数信息;同时,从站模块通过TxPDO向主站反馈模块本身的状态数据,包括DI输入,模拟量输入以及计数模块的当前计数值等参数信息。
3.EtherCAT通讯概述
3.1EtherCAT简介

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EtherCAT是一项高性能、低成本、应用简易、拓扑灵活的工业以太网技术,可用于工业现场级的超高速I/O 网络,使用标准的以太网物理层,传输媒体为双绞线或光纤,具有传输速率快,刷新时间快,同步性能好,适用广泛的优点。
3.2EtherCAT通信规范

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EtherCAT通信协议满足IEC 61158 Type12, IEC 61800-7标准;在网络传输层的规格,传输速率可达100Mbps,最大传输距离100m,采用标准的RJ45接口;应用层的功能包括邮箱数据SDO和过程数据PDO,并支持在线升级。
3.3EtherCAT通信结构

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使用EtherCAT 通信可以有多种的应用层协议,下图是基于CANOpen应用层的EtherCAT通信结构。
结构图中,在应用层对象字典里包含了:通信参数、应用程序数据,以及PDO的映射数据等。PDO过程数据对象,包含了伺服驱动器运行过程中的实时数据,且以周期性地进行读写访问。SDO 邮箱通信,则以非周期性的对一些通信参数对象、PDO 过程数据对象,进行访问修改。
3.4过程数据PDO和邮箱数据SDO

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PDO 实时传输过程数据,且以周期性地进行读写访问;PDO 可分为RPDO和TPDO,从站通过RPDO 接收主站的指令,从站通过TPDO 反馈自身的状态。如图所示,主站通过RxPDO控制从站的DO输出、模拟量输出、预设计数值和模块控制字等。同时从站通过TxPDO将DI输入、模拟量输入、当前计数值和模块状态值反馈给主站。
EtherCAT邮箱数据SDO用于传输非周性数据,如通信参数的配置,伺服驱动器运行参数配置等。EtherCAT的CoE 服务类型包括:1) 紧急事件信息;2)SDO请求;3)SDO响应;4)TxPDO;5)RxPDO;6)远程TxPDO 发送请求;7) 远程RxPDO 发送请求;8)SDO 信息。在GR10系列模块中,目前支持2)SDO 请求;3)SDO 响应。
4.模块对象字典详解
4.1模块对象字典结构

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模块的对象字典是内存地址分配对应的输入参数、输出参数、配置参数和诊断参数等,理解这些能更好的理解模块的工作原理,为什么要进行启动配置和IO映射。
模块在内存地址中分配了一段地址用于映射到参数配置和模块状态反馈。如0x6000-0x6FFF用于映射远程模块过程数据输入参数。
4.2 GR10-4ADE模块配置数据

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本次课程以GR10-4ADE模块为例,下面我们来看一看4AD模块的对象字典,4AD的配置数据对象字典索引基准值为0x8004,子索引①映射到AD模块通道转换模式,包含32个位,0-3位控制通道0的转换方式,控制电压还是电流输入,电压电流范围;4-6位保留,bit7控制通道0的使能。其他通道控制方式一致。对应的在InProShop初始配置如右图所示。
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0x8004的子索引②映射到AD模块滤波参数设置,包含32个位,0-7位控制通道0的滤波参数;其他位则控制其他通道,对应的在InProShop初始配置如右图所示。0x8004的子索引③映射到AD模块其他参数设置,包含16个位,主要控制每一个通道峰值保持功能,断线检测功能和超限标志,对应的在InProShop初始配置如右图所示。
4.3 GR10-4ADE模块过程数据

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4AD的过程参数对象字典索引基准值为0x6401,子索引①②③④映射到AD模块每一个通道,用于寄存采集到的模数转换值。模拟量到数字量的对照表如右图所示。对应的在InProShop初始配置如下图所示。
4.4 GR10-4ADE模块诊断数据

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4AD的设备状态对象字典索引基准值为0XA004,子索引①映射到模块的基础状态,16位,目前还未定义,以后会用于定义模块的运行方式和显示模块位置;
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子索引②映射到反馈模块故障,0-7位、12-15位保留未定义,8-11位用于反馈各个通道的故障;子索引③映射到反馈模块通道故障,定义如表所示。对应的在InProShop初始配置如右图所示。

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shizhiwei 2020-4-25 12:52:43 | 显示全部楼层
讲解很详细,感谢分享
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