CiA 401 - I/O 模块

CiA 401 是 CANopen 通用 I/O 模块设备协议，定义了数字和模拟 I/O 设备的标准接口，是最基础的 I/O 设备协议，几乎所有 I/O 模块厂商都遵循此标准。

协议简介

什么是 CiA 401？

CiA 401 是一个基于 CoE (CANopen over EtherCAT) 的设备协议，专门为通用 I/O 模块定义标准接口。

协议层次关系：

EtherCAT 应用层
    └── CoE (CANopen over EtherCAT)
            ├── CiA 401 (通用 I/O 模块) ← 当前协议
            ├── CiA 402 (驱动器和运动控制)
            └── 其他 CiA 设备协议

CiA 401 定义了什么？

CiA 401 在 CoE 对象字典的 0x6000-0x64FF 范围内定义了：

• 数字输入/输出对象 (0x6000-0x63FF)
• 模拟输入/输出对象 (0x6400-0x64FF)
• 极性和滤波配置
• 中断配置
• 传感器类型定义

适用设备

• 数字 I/O 模块（如 Beckhoff EL2008, EL1008）
• 模拟 I/O 模块（如 Beckhoff EL3064, EL4004）
• 混合 I/O 模块
• 传感器接口模块

数字 I/O 对象

数字输入 (DI)

索引	名称	类型	访问	说明
0x6000	Read Input 8 Bit	UNSIGNED8	RO/TXPDO	8位数字输入
0x6001	Read Input 16 Bit	UNSIGNED16	RO/TXPDO	16位数字输入
0x6002	Read Input 32 Bit	UNSIGNED32	RO/TXPDO	32位数字输入
0x6003	Read Input Bit 1-128	ARRAY	RO/TXPDO	单位访问
0x6005	Read Input Byte 1-128	ARRAY	RO/TXPDO	字节访问

数字输入极性与滤波

索引	名称	类型	访问	说明
0x6100	Input Polarity 8 Bit	UNSIGNED8	RW	8位输入极性
0x6150	Input Filter Constant	ARRAY	RW	输入滤波常数（μs）

数字输出 (DO)

索引	名称	类型	访问	说明
0x6200	Write Output 8 Bit	UNSIGNED8	RW/RXPDO	8位数字输出
0x6201	Write Output 16 Bit	UNSIGNED16	RW/RXPDO	16位数字输出
0x6202	Write Output 32 Bit	UNSIGNED32	RW/RXPDO	32位数字输出
0x6206	Error Mode Output 8 Bit	UNSIGNED8	RW	错误模式输出值
0x6207	Error Value Output 8 Bit	UNSIGNED8	RW	错误时输出值

数字输出极性

索引	名称	类型	访问	说明
0x6300	Output Polarity 8 Bit	UNSIGNED8	RW	8位输出极性

模拟 I/O 对象

模拟输入 (AI)

索引	名称	类型	访问	说明
0x6401	Read Analog Input 16 Bit	INTEGER16	RO/TXPDO	16位模拟输入
0x6402	Read Analog Input 32 Bit	INTEGER32	RO/TXPDO	32位模拟输入
0x6420	Analog Input Full Scale Range	RECORD	RO	模拟输入全量程范围

模拟输出 (AO)

索引	名称	类型	访问	说明
0x6411	Write Analog Output 16 Bit	INTEGER16	RW/RXPDO	16位模拟输出
0x6412	Write Analog Output 32 Bit	INTEGER32	RW/RXPDO	32位模拟输出
0x6430	Analog Output Full Scale Range	RECORD	RO	模拟输出全量程范围
0x6440	Analog Output Error Mode	ARRAY	RW	错误模式

代码示例

数字 I/O 控制

// 读取数字输入
byte[] data = slave.CoE.SDORead(0x6000, 0);
byte inputs = data[0];
Console.WriteLine($"数字输入: 0x{inputs:X2}");

// 写入数字输出
byte outputs = 0xFF; // 所有输出置高
slave.CoE.SDOWrite(0x6200, 0, new byte[] { outputs });

// 通过 PDO（实时）
byte[] pdoInputs = slave.PDO.GetInputs();
byte[] pdoOutputs = new byte[] { 0xFF };
slave.PDO.SetOutputs(pdoOutputs);

模拟量采集

// 读取模拟输入
byte[] data = slave.CoE.SDORead(0x6401, 1); // 通道1
short analogValue = BitConverter.ToInt16(data, 0);
Console.WriteLine($"模拟输入: {analogValue}");

// 写入模拟输出
short outputValue = 2048;
slave.CoE.SDOWrite(0x6411, 1, BitConverter.GetBytes(outputValue));