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CiA 401 — 通用 I/O 模块

CiA 401 (IEC 61131-9) 是基于 CoE 的通用数字/模拟 I/O 设备协议。

CiA 401 运行在 CoE (SDO) 之上，仅当从站支持 CoE 时可用。

通过 slave.CiA401() 直接访问。从站不支持 CiA 401 时为 null。​

IO 属性​

通过访问器直接读写 IO 通道，所有通道号从 0 开始。

属性读写类型说明
DI.Get(n)只读boolean数字输入通道 n
DO.Get(n) / DO.Set(n, val)读写boolean数字输出通道 n
AI.Get(n)只读int模拟输入通道 n
AO.Get(n) / AO.Set(n, val)读写short模拟输出通道 n

示例:

CiA401 io = slave.CiA401();
if (io == null) return;

// 数字 IO
boolean sensor = io.DI.Get(0);
io.DO.Set(0, true);
io.DO.Set(1, sensor);

// 模拟 IO
int adc = io.AI.Get(0);
io.AO.Set(0, (short) 16384);
实时控制

高频率 I/O 控制应使用 PDO 映射 而非 SDO。SDO 适合参数配置和诊断。

DI​

public DIAccessor DI;

数字输入访问器。DI.Get(channel) 按通道号 (从 0 开始) 读取单通道高/低电平，内部按 8 通道一组转 SDO 0x6000。

相关结构:

public class DIAccessor {
    public boolean Get(int channel);   // 只读, true = 高电平
}

示例:

boolean ch0 = io.DI.Get(0);
boolean ch5 = io.DI.Get(5);

DO​

public DOAccessor DO;

数字输出访问器。DO.Get(channel) 读回上次写入的状态，DO.Set(channel, state) 设置目标状态 (写 SDO 0x6200)，不影响同组其他通道。

相关结构:

public class DOAccessor {
    public boolean Get(int channel);
    public void Set(int channel, boolean state);
}

示例:

io.DO.Set(0, true);
io.DO.Set(1, io.DI.Get(0));
boolean current = io.DO.Get(0);

AI​

public AIAccessor AI;

模拟输入访问器。AI.Get(channel) 返回 16/32 位有符号原始值，对应 SDO 0x6401 / 0x6402。如需无符号或 32 位无符号，使用 ReadAIUnsigned / ReadAI32Unsigned。

相关结构:

public class AIAccessor {
    public int Get(int channel);   // 只读
}

示例:

int adc0 = io.AI.Get(0);
double voltage = adc0 * 10.0 / 32768;

AO​

public AOAccessor AO;

模拟输出访问器。AO.Get(channel) / AO.Set(channel, value) 读写 16 位有符号值 (SDO 0x6411)。32 位高精度设备使用 WriteAO32 / ReadAO32。

相关结构:

public class AOAccessor {
    public short Get(int channel);
    public void Set(int channel, short value);
}

示例:

io.AO.Set(0, (short) 16384);     // 写入 50% 量程
short echo = io.AO.Get(0);       // 读回当前设定值

方法 API​

访问器内部调用以下方法，也可直接使用。

ReadDI​

public boolean ReadDI(int channel)

读取数字输入。内部按 8 通道一组自动计算组号和位偏移。

参数:

  • channel — 通道号（从 0 开始）

WriteDO​

public void WriteDO(int channel, boolean state)

设置数字输出，不影响同组其他通道。

参数:

  • channel — 通道号（从 0 开始）
  • state — 目标状态

ReadAI​

public int ReadAI(int channel)

读取模拟输入值。自动适应 16 位和 32 位设备。

参数:

  • channel — 通道号（从 0 开始）

WriteAO​

public void WriteAO(int channel, short value)

写入模拟输出值。

参数:

  • channel — 通道号（从 0 开始）
  • value — 16 位输出值

ReadAIUnsigned​

public int ReadAIUnsigned(int channel)

读取模拟输入值（无符号 16 位，以 int 返回避免符号位扩展）。适用于 AI 数据范围为 0~65535 的设备。

参数:

  • channel — 通道号（从 0 开始）

返回值:

  • int — 无符号 16 位模拟值（高位补零）

ReadAI32Unsigned​

public long ReadAI32Unsigned(int channel)

读取模拟输入值（无符号 32 位，以 long 返回）。适用于高精度 AI 设备，数据范围 0~4294967295。

参数:

  • channel — 通道号（从 0 开始）

返回值:

  • long — 无符号 32 位模拟值

示例:

CiA401 io = slave.CiA401();

// 有符号读取 (默认, 可能高位值变负数)
int aiSigned = io.ReadAI(0);

// 无符号 16 位读取 (0~65535)
int aiU16 = io.ReadAIUnsigned(0);

// 无符号 32 位读取 (高精度设备)
long aiU32 = io.ReadAI32Unsigned(0);

模拟输入中断与限值​

ReadGlobalInterruptEnable / WriteGlobalInterruptEnable​

public int     ReadGlobalInterruptEnable()
public boolean WriteGlobalInterruptEnable(int value)

读取或设置模拟输入全局中断使能 (0x6423)。

参数:

  • value — 使能值 (0=禁用, 非0=使能)

ReadAIUpperLimit / WriteAIUpperLimit​

public int     ReadAIUpperLimit(int channel)
public boolean WriteAIUpperLimit(int channel, int value)

读取或写入模拟输入中断上限值 (0x6424)。当 AI 值超过上限时触发中断。

参数:

  • channel — 通道号（从 0 开始）
  • value — 上限值

ReadAILowerLimit / WriteAILowerLimit​

public int     ReadAILowerLimit(int channel)
public boolean WriteAILowerLimit(int channel, int value)

读取或写入模拟输入中断下限值 (0x6425)。当 AI 值低于下限时触发中断。

参数:

  • channel — 通道号（从 0 开始）
  • value — 下限值

示例:

CiA401 io = slave.CiA401();

// 启用全局中断
io.WriteGlobalInterruptEnable(1);

// 设置通道 0 的上下限
io.WriteAIUpperLimit(0, 30000);
io.WriteAILowerLimit(0, 1000);

// 读取当前限值配置
int upper = io.ReadAIUpperLimit(0);
int lower = io.ReadAILowerLimit(0);
int enabled = io.ReadGlobalInterruptEnable();

批量 IO 方法​

除逐通道操作外，还支持 16/32 位批量读写，一次操作多个通道。

ReadDI16(int group)​

public short ReadDI16(int group)

读取 16 位数字输入（16 个通道）。

参数:

  • group — 组号（子索引，从 1 开始）

返回值:

  • short — 16 位输入值，每位对应一个通道

ReadDI32(int group)​

public int ReadDI32(int group)

读取 32 位数字输入（32 个通道）。

参数:

  • group — 组号（子索引，从 1 开始）

返回值:

  • int — 32 位输入值，每位对应一个通道

示例:

CiA401 io = slave.CiA401();
short di16 = io.ReadDI16(1);  // 读取通道 0-15
int di32 = io.ReadDI32(1);    // 读取通道 0-31
boolean ch5 = (di16 & (1 << 5)) != 0;  // 检查通道 5

ReadDO16 / WriteDO16​

public short ReadDO16(int group)
public void  WriteDO16(int group, short value)

读取或写入 16 位数字输出（16 个通道）。

参数:

  • group — 组号（子索引，从 1 开始）
  • value — 16 位输出值

ReadDO32 / WriteDO32​

public int  ReadDO32(int group)
public void WriteDO32(int group, int value)

读取或写入 32 位数字输出（32 个通道）。

参数:

  • group — 组号（子索引，从 1 开始）
  • value — 32 位输出值

示例:

CiA401 io = slave.CiA401();

// 16 位批量操作
io.WriteDO16(1, (short) 0x00FF);       // 通道 0-7 输出高，8-15 输出低
short do16 = io.ReadDO16(1);           // 读回当前值

// 32 位批量操作
io.WriteDO32(1, 0x0000FFFF);           // 通道 0-15 输出高
int do32 = io.ReadDO32(1);             // 读回当前值

ReadAO32 / WriteAO32​

public int  ReadAO32(int channel)
public void WriteAO32(int channel, int value)

读取或写入 32 位模拟输出值。适用于高精度模拟输出设备。

参数:

  • channel — 通道号（从 0 开始）
  • value — 32 位输出值

示例:

CiA401 io = slave.CiA401();
io.WriteAO32(0, 65536);      // 写入 32 位高精度值
int ao = io.ReadAO32(0);     // 读回当前值

数字输入配置​

SetDIPolarity / GetDIPolarity​

public void SetDIPolarity(int group, byte polarity)
public byte GetDIPolarity(int group)

设置或读取数字输入极性 (0x6002)。可按位反转输入信号逻辑。

参数:

  • group — 组号（子索引，从 1 开始）
  • polarity — 极性掩码，1 = 反转对应通道

示例:

CiA401 io = slave.CiA401();
io.SetDIPolarity(1, (byte) 0x0F);        // 反转通道 0-3 的极性
byte pol = io.GetDIPolarity(1);          // 读取当前极性配置

SetDIFilter / GetDIFilter​

public void SetDIFilter(int group, byte filterEnable)
public byte GetDIFilter(int group)

设置或读取数字输入滤波使能 (0x6003)。用于消除输入信号抖动。

参数:

  • group — 组号（子索引，从 1 开始）
  • filterEnable — 滤波使能掩码

示例:

CiA401 io = slave.CiA401();
io.SetDIFilter(1, (byte) 10);            // 设置滤波使能
byte flt = io.GetDIFilter(1);            // 读取当前滤波配置

错误状态读取​

GetDOErrorMode / GetDOErrorValue​

public ErrorMode GetDOErrorMode(int group)
public byte      GetDOErrorValue(int group)

读取数字输出错误模式和错误安全值的当前配置。

参数:

  • group — 组号（从 0 开始）

示例:

CiA401 io = slave.CiA401();
CiA401.ErrorMode mode = io.GetDOErrorMode(0);
byte safeVal = io.GetDOErrorValue(0);
System.out.printf("错误模式: %s, 安全值: 0x%02X%n", mode, safeVal);

错误处理​

DOErrorMode​

public void DOErrorMode(int group, ErrorMode mode)

设置数字输出错误模式。当 EtherCAT 通信丢失时，决定输出如何响应。

参数:

  • group — 组号（从 0 开始，每 8 个通道为一组：组 0 = 通道 0-7，组 1 = 通道 8-15）
  • mode — 错误模式

相关结构:

public enum ErrorMode {
    HOLD((byte) 0),        // 保持当前输出值
    SAFE_VALUE((byte) 1);  // 切换到预设的安全值
}

DOErrorValue​

public void DOErrorValue(int group, byte value)

设置数字输出通信丢失时的安全值。仅在 SAFE_VALUE 模式下生效。

参数:

  • group — 组号（从 0 开始）
  • value — 安全输出值（8 位，每位对应一个通道）

AOErrorMode​

public void AOErrorMode(int channel, ErrorMode mode)

设置模拟输出错误模式。

参数:

  • channel — 通道号（从 0 开始）
  • mode — 错误模式

AOErrorValue​

public void AOErrorValue(int channel, short value)

设置模拟输出通信丢失时的安全值。仅在 SAFE_VALUE 模式下生效。

参数:

  • channel — 通道号（从 0 开始）
  • value — 16 位安全输出值

示例:

io.DOErrorMode(0, CiA401.ErrorMode.SAFE_VALUE);
io.DOErrorValue(0, (byte) 0x00);

io.AOErrorMode(0, CiA401.ErrorMode.SAFE_VALUE);
io.AOErrorValue(0, (short) 0);

标准对象索引常量​

可搭配 slave.CoE().SDORead / SDOWrite 直接访问：

常量值说明
OD_DI0x6000数字输入
OD_DI_16BIT0x600116 位数字输入
OD_DI_POLARITY0x6002数字输入极性
OD_DI_FILTER0x6003数字输入滤波使能
OD_DI_INTERRUPT0x6005数字输入中断触发
OD_DI_INTERRUPT_EDGE0x6006数字输入中断边沿
OD_DI_32BIT0x602032 位数字输入
OD_DO0x6200数字输出
OD_DO_16BIT0x620116 位数字输出
OD_DO_POLARITY0x6202数字输出极性
OD_DO_ERROR_MODE0x6206数字输出错误模式
OD_DO_ERROR_VALUE0x6207数字输出错误值
OD_DO_32BIT0x622032 位数字输出
OD_AI0x6400模拟输入
OD_AI_SI_UNIT0x6420模拟输入量程
OD_AI_GLOBAL_INTERRUPT0x6423模拟输入全局中断使能
OD_AI_UPPER_LIMIT0x6424模拟输入中断上限
OD_AI_LOWER_LIMIT0x6425模拟输入中断下限
OD_AO0x6411模拟输出
OD_AO_32BIT0x641232 位模拟输出
OD_AO_SI_UNIT0x6430模拟输出量程
OD_AO_ERROR_MODE0x6443模拟输出错误模式
OD_AO_ERROR_VALUE0x6444模拟输出错误值

完整示例​

CiA401 io = slave.CiA401();
if (io == null) return;

// 数字 IO
boolean sensor = io.DI.Get(0);
boolean limit = io.DI.Get(5);

io.DO.Set(0, true);
io.DO.Set(1, sensor);

// 模拟 IO
int adc = io.AI.Get(0);
double temp = adc * 0.1;
io.AO.Set(0, (short) (temp > 50 ? 0 : 16384));

// 安全配置
io.DOErrorMode(0, CiA401.ErrorMode.SAFE_VALUE);
io.DOErrorValue(0, (byte) 0x00);