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Module for Stepper

MODULE

TMCM-6211 CoE Firmware Manual

Firmware Version V1.09 | Document Revision V1.08 • 2020-FEB-06

The TMCM-6211 is a six axes controller/driver module for 2-phase bipolar stepper motors with sep-

arate diﬀerential encoder and separate home and stop switch inputs for each axis. Dynamic cur-

rent control, and quiet, smooth and eﬃcient operation are combined with StealthChop™, DcStep™,

StallGuard™ and CoolStep™ features. The module oﬀers four analog or digital inputs as well as four

digital outputs in combination with a break chopper unit.

Features

• 6-Axes Stepper Motor Control

• CoE CiA-402 Drive Proﬁle

• Encoder Support

• SixPoint™ ramps

• CoolStep™

• StallGuard2™

• StealthChop™

• DcStep™

Applications

• Laboratory Automation

• Manufacturing

• Semiconductor Handling

• Robotics

• Factory Automation

• Test & Measurement

• Life Science

• Biotechnology

• Liquid Handling

Simpliﬁed Block Diagram

10..27V

TMCM-6211

µC

(ARM)

USB

Inputs

Outputs

I2C

SPI

EEPROM

TMC5072

+5V

HOME, REFL, REFR

+5V

HOME, REFL, REFR

A/B/N Encoder

TMC8460

(EtherCAT

slave

controller)

SPI

PHY

EtherCAT

PHY

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EtherCAT® is a registered trademark and patented technology, licensed by Beckhoﬀ Automa-

tion GmbH, Germany.

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Contents

1 Preface 6

1.1 General Features of this CoE Implementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1.2 Abbreviations used in this Manual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.3 Firmware Update . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.4 Trinamic’s unique Features — easy to use with CoE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

1.4.1 StallGuard2™ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

1.4.2 CoolStep™ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

1.5 SixPoint™ Motion Controller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2 Communication 11

2.1 Reference Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

2.2 NMT State Machine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2.3 Device Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

2.4 Object Dictionary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2.4.1 Object Indices on Multi-Axis Modules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

3 Communication Area 17

3.1 Detailed Object Speciﬁcations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

3.1.1 Object 1000

: Device Type . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

3.1.2 Object 1001

: Error Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

3.1.3 Object 1008

: Manufacturer Device Name . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

3.1.4 Object 1009

: Manufacturer Hardware Version . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

3.1.5 Object 100A

: Manufacturer Software Version . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

3.1.6 Object 1018

: Identity Object . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

3.1.7 Object 1600

: Receive PDO Mapping Parameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

3.1.8 Objects 1A00

: Transmit PDO Mapping Parameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

3.1.9 Objects 1C00

: Sync Manager Communication Type . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

3.1.10 Objects 1C12

: Sync Manager 2 PDO Assignment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

3.1.11 Objects 1C13

: Sync Manager 3 PDO Assignment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

4 Manufacturer Speciﬁc Area 25

4.1 Objects related to CoolStep™ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

4.2 Detailed Object Speciﬁcations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

4.2.1 Object 2000

: Microstep Resolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

4.2.2 Object 2001

: Fullstep Resolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

4.2.3 Object 2002

: Brake Delay Times . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

4.2.4 Object 2003

: Maximum Current . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

4.2.5 Object 2004

: Standby Current . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

4.2.6 Object 2005

: Limit Switches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

4.2.7 Object 200A

: Enable Drive Delay Time . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

4.2.8 Object 200B

: Encoder Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

4.2.9 Object 200C

: Brake Current Feed . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

4.2.10 Object 200F

: Encoder N Channel Latch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

4.2.11 Object 2010

: Proﬁle Start Velocity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

4.2.12 Object 2011

: Proﬁle A1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

4.2.13 Object 2012

: Proﬁle V1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

4.2.14 Object 2013

: Proﬁle D1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

4.2.15 Object 2015

: Ramp Wait Time . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

4.2.16 Object 208C

: Velocity Dimension Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

4.2.17 Object 208E

: Acceleration Dimension Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

4.2.18 Object 2092

: Chopper Blank Time . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

4.2.19 Object 2093

: Chopper Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

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4.2.20 Object 2094

: Chopper Hysteresis Decrement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

4.2.21 Object 2095

: Chopper Hysteresis End . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

4.2.22 Object 2096

: Chopper Hysteresis Start . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

4.2.23 Object 2097

: Chopper Oﬀ Time . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

4.2.24 Object 2098

: Smart Energy Current Minimum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

4.2.25 Object 2099

: Smart Energy Current Down Step . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

4.2.26 Object 209A

: Smart Energy Hysteresis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

4.2.27 Object 209B

: Smart Energy Current Up Step . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

4.2.28 Object 209C

: Smart Energy Hysteresis Start . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

4.2.29 Object 209D

: Smart Energy Filter Enable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

4.2.30 Object 209E

: StallGuard2 Threshold . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

4.2.31 Object 20A1

: Short Protection Disable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

4.2.32 Object 20A3

: Vsense . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

4.2.33 Object 20A4

: Stop on Stall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

4.2.34 Object 20A5

: Smart Energy Threshold Speed . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

4.2.35 Object 20B0

: PWM Threshold Speed . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

4.2.36 Object 20B1

: PWM Gradient . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

4.2.37 Object 20B2

: PWM Amplitude . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

4.2.38 Object 20B3

: DcStep Minimum Speed . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

4.2.39 Object 20B4

: DcStep Time . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

4.2.40 Object 20B5

: DcStep StallGuard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

4.2.41 Object 20B6

: Fullstep Threshold Speed . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

4.2.42 Object 20B7

: High Speed Chopper Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

4.2.43 Object 20B8

: High Speed Fullstep Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

4.2.44 Object 20B9

: Power Down Ramp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

4.2.45 Object 2100

: Home Oﬀset Display . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

4.2.46 Object 2101

: Actual Load Value . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

4.2.47 Object 2102

: Driver Error Flags . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

4.2.48 Object 2107

: Microstep Resolution Display . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

4.2.49 Object 210B

: Step Counter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

4.2.50 Object 2121

: PWM Scale Value . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

4.2.51 Object 2122

: Measured Velocity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

4.2.52 Object 3002

: Device Digital Inputs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

4.2.53 Object 3003

: Device Digital Outputs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

4.2.54 Object 3009

: Encoder interface usage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

4.2.55 Object 300E

: Device Analog Inputs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

5 Proﬁle Speciﬁc Area 54

5.1 Detailed Object Speciﬁcations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

5.1.1 Object 605A

: Quick Stop Option Code . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

5.1.2 Object 605B

: Shutdown Option Code . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

5.1.3 Object 605C

: Disable Operation Option Code . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

5.1.4 Object 605D

: Halt Option Code . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

5.1.5 Object 605E

: Fault Reaction Option Code . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

5.1.6 Object 6060

: Modes of Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

5.1.7 Object 6061

: Modes of Operation Display . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

5.1.8 Object 606A

: Sensor Selection Code . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

5.1.9 Object 608F

: Position Encoder Resolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

5.1.10 Object 60FD

: Digital Inputs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

5.1.11 Object 6502

: Supported Drive Modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

6 Proﬁle Position Mode 62

6.1 Detailed Object Speciﬁcations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

6.1.1 Object 6040

: Control Word . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

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6.1.2 Object 6041

: Status Word . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

6.1.3 Object 6062

: Position Demand Value . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

6.1.4 Object 6063

: Position Actual Internal Value . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

6.1.5 Object 6064

: Position Actual Value . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

6.1.6 Object 6065

: Following Error Window . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

6.1.7 Object 6067

: Position Window . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

6.1.8 Object 6068

: Position Window Time . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

6.1.9 Object 606C

: Velocity Actual Value . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

6.1.10 Object 607A

: Target Position . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

6.1.11 Object 607D

: Software Position Limit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

6.1.12 Object 6081

: Proﬁle Velocity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

6.1.13 Object 6082

: End Velocity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

6.1.14 Object 6083

: Proﬁle Acceleration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

6.1.15 Object 6084

: Proﬁle Deceleration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

6.1.16 Object 6085

: Quick Stop Deceleration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

6.1.17 Object 60F2

: Positioning Option Code . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

6.2 How to move a Motor in pp Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

7 Proﬁle Velocity Mode 74

7.1 Detailed Object Speciﬁcations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

7.1.1 Object 6040

: Control Word . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

7.1.2 Object 6041

: Status Word . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

7.1.3 Object 6062

: Position Demand Value . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

7.1.4 Object 6063

: Position Actual Internal Value . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

7.1.5 Object 6064

: Position Actual Value . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

7.1.6 Object 6065

: Following Error Window . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

7.1.7 Object 606C

: Velocity Actual Value . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

7.1.8 Object 607D

: Software Position Limit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

7.1.9 Object 6083

: Proﬁle Acceleration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

7.1.10 Object 6085

: Quick Stop Deceleration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

7.1.11 Object 60FF

: Target Velocity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

7.2 How to move a Motor in pv Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

8 Homing Mode 82

8.1 Homing Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

8.1.1 Homing Method 1: Homing on negative Limit Switch and Index Pulse . . . . . . . . . 83

8.1.2 Homing Method 2: Homing on positive Limit Switch and Index Pulse . . . . . . . . . 84

8.1.3 Homing Method 3: Homing on positive Home Switch and Index Pulse . . . . . . . . 84

8.1.4 Homing Method 5: Homing on negative Home Switch and Index Pulse . . . . . . . . 84

8.1.5 Homing Method 17: Homing on negative Limit Switch . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

8.1.6 Homing Method 18: Homing on positive Limit Switch . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

8.1.7 Homing Method 19: Homing on positive Home Switch . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

8.1.8 Homing Method 21: Homing on negative Home Switch . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

8.1.9 Homing Method 33 and 34: Homing on next Index Pulse . . . . . . . . . . . . . . . . 86

8.1.10 Homing Method 35: Current Position as Home Position . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

8.2 Detailed Object Speciﬁcations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

8.2.1 Object 6040

: Control Word . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

8.2.2 Object 6041

: Status Word . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

8.2.3 Object 606C

: Velocity Actual Value . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

8.2.4 Object 607C

: Home Oﬀset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

8.2.5 Object 6098

: Homing Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

8.2.6 Object 6099

: Homing Speeds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

8.2.7 Object 609A

: Homing Acceleration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

8.3 How to start a Homing in hm Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

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TMCM-6211 CoE Firmware Manual • Firmware Version V1.09 | Document Revision V1.08 • 2020-FEB-06

5 / 116

9 Cyclic synchronous Position Mode 94

9.1 Detailed Object Speciﬁcations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

9.1.1 Object 6040

: Control Word . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

9.1.2 Object 6041

: Status Word . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

9.1.3 Object 6062

: Position Demand Value . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

9.1.4 Object 6063

: Position Actual Internal Value . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

9.1.5 Object 6064

: Position Actual Value . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

9.1.6 Object 606C

: Velocity Actual Value . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

9.1.7 Object 607A

: Target Position . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

9.1.8 Object 607D

: Software Position Limit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

9.1.9 Object 60B0

: Position Oﬀset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

9.1.10 Object 60C2

: Interpolation Time Period . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

10 Cyclic synchronous Velocity Mode 101

10.1 Detailed Object Speciﬁcations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

10.1.1 Object 6040

: Control Word . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

10.1.2 Object 6041

: Status Word . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102

10.1.3 Object 606C

: Velocity Actual Value . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

10.1.4 Object 60FF

: Target Velocity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

10.1.5 Object 607D

: Software Position Limit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

10.1.6 Object 60B1

: Velocity Oﬀset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

10.1.7 Object 60C2

: Interpolation Time Period . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

11 Emergency Messages (EMCY) 107

12 Figures Index 109

13 Tables Index 110

14 Supplemental Directives 114

14.1 Producer Information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

14.2 Copyright . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

14.3 Trademark Designations and Symbols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

14.4 Target User . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

14.5 Disclaimer: Life Support Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

14.6 Disclaimer: Intended Use . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

14.7 Collateral Documents & Tools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

15 Revision History 116

15.1 Firmware Revision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

15.2 Document Revision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

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