纯手工翻译供作者个人学习使用。原文连接https://movingcap.de/webmanuals/mc-eth-sw-manual-en/cia402_overview.html一、引言CiA 402也被称为 DS 402(Device Stardard 402)是由 CAN in Automation (CiA) 组织定义的用于驱动和电机控制的行业规范。它定义了控制电气驱动设备如伺服驱动、伺服控制器、变频器或类似设备的通用接口和标准行为。作为 “CANopen行规”它是 CANopen 协议的一部分同时它也在 EtherCAT、POWERLINK、TCP/IP 等协议中使用。CiA 402 在 IEC61800-7-201 标准中是第一类即用于电力驱动系统PDS的 CiA402 行规。本节提供了 CiA 402 核心部分的概述特别专注于对象字典里的驱动状态/ CiA 402 状态机、主控制字6040h和状态字6041h、一般操作模式6060h和其他标准对象的标准对象。二、CIA 402 状态机CiA 402 规范的核心是状态机PDS FSA, 即电力驱动系统-有限状态机它定义了一个驱动器的允许状态和状态转换。通过定义不同操作模式下的允许动作和期望反应状态机保证了运动轴的安全且可预测的控制。主要状态未准备Not Ready to Switch On打开开关后的初始状态。此时驱动器还不能进行运动。开启未使能Switch On Disabled驱动器可能未使能比如发生了错误之后或者在初始化期间。准备开启Ready to Switch On内部检查完成驱动器可以使能。开启Switched On驱动器准备完成可以输入使能指令。操作使能Operation Enabled驱动器可以执行运动命令。急停激活Quick Stop Active急停被激活驱动器会尽快停下。故障反应激活Fault Reaction Active驱动器对被检测到的故障做出反应 - 它可以携带安全测量。故障Fault 一个故障条件被检测到驱动器必须重置。状态转换状态转换由控制字6040h控制控制字由主机发送到设备上。设备通过状态字6041h返回其电流状态。具体描述可以在 CiA 402 规范中找到。三、控制字6040H 对象控制字索引 6040h是核心控制对象主机通过它控制驱动器的状态和行为。它是一个16位的字每一个比特或几个比特能够触发驱动器的动作和响应例如状态改变和移动指令。比特位含义比特位比特位名字名字含义0开关打开Switch On要求驱动器打开开关1使能电压Enable Voltage使能内部电源供应2急停Quick Stop要求一个运动立刻停下3操作使能Enable Operation完全激活一个运动轴7故障重置Fault reset应答/重置一个错误8停止Stop在不失能驱动器的情况下停止一个移动9专用操作模式Operation Mode Specific在特定操作模式下使用10保留位Reserved-11-15制造商定义-这些比特位的组合和时序决定了状态机的状态是如何切换的。例如从“Switch On Disabled”到“Operation Enabled”应该把位012置1然后把位3置1。四、状态字6041H 对象状态字索引 6041h是一个16位的字由驱动器发送给主机传递电流状态信息。通过读取状态字主机可以知道 CiA 402 状态机中驱动器的电流状态。比特位含义比特位比特位名字名字含义0准备开启Ready to Switch On驱动器准备启动1已启动Switched On驱动器已使能2操作已使能Operation Enabled驱动器运动已使能3故障Fault发现错误4电压已使能Voltage enabled内部电压开启5急停Quick Stop急停函数已激活6启动已失能Switch On Disabled驱动器已失能7警告Warning发现警告8制造商使用Manufacturer Specific-9远程Remote-10目标已到达target reached位置误差已在容许范围内11内部限制激活internal limit active根据 607D 对象已达到限制1213不同运行模式下有不同含义。-1415制造商使用Manufacturer Specific-五、操作模式6060H 对象6060h 操作模式决定了驱动器工作的模式。每一个模式支持一个操作范式例如位置控制速度控制转矩控制。值十进制模式名字应用-128到-1制造商制定模式Manufacturer-specific mode制造商专用0无模式No mode assigned1轨迹位置模式Profile Position Mode根据轨迹移动位置2速度模式Velocity Mode已废弃3轨迹速度模式Profile Velocity Mode根据轨迹加速度控制速度4轨迹转矩模式Profile Torque Mode根据轨迹控制转矩6回零模式Homing mode回到零点7插值位置模式Interpolated position mode根据插值位置点移动8循环同步位置Cyclic Synchronous Position实时同步位置控制9循环同步速度Cyclic Synchronous Velocity实时同步速度控制10循环同步转矩Cyclic Synchronous Torque实时同步转矩根据 CiA 402一个伺服驱动通常只支持部分操作模式。常见的支持的模式包括1 轨迹位置模式Profile Position Mode3 轨迹速度模式Profile Velocity Mode6 回零模式Homing mode8 循环同步位置Cyclic Synchronous Position。电流模式可以通过显示操作模式6061h来读取。六、 轨迹位置模式6060h 1 轮廓位置模式PPM是 CiA 402 的基本位置控制模式。在此模式下驱动器根据移动轨迹把它的负载移动到目标位置。可以设置速度、加速度、减速度等参数得到光滑且受控的运动。这个模式适用于点到点位移、序列移动、索引任务。步骤设置操作模式6060h为1轨迹位置模式。设置目标位置607Ah和期望轨迹参数。构建轨迹速度6081h轨迹加速度6083h和轨迹减速度6084h。根据控制字6040h开始移动通过根据 CiA 402 设置新的参考点。监控状态字和位置实际值6064h来保证过程进行。轨迹位置的主要标准对象索引名字名字含义类型6060h操作模式Modes of operation对于轨迹额位置模式置为1integer8607Ah目标位置Target Position目标位置integer326081h轨迹速度Profile Velocity最大允许速度unsigned326083h轨迹加速度Profile Acceleration加速度值unsigned326084h轨迹减速度Profile Deceleration减速度值unsigned326064h轨迹真实值Position Actual Value实际位置integer326040h控制字Controlword触发移动、管理状态unsigned166041h状态字Statusword状态的反馈unsigned16位置模式的可选对象索引名字名字含义类型60F2h位置方式代码旋转位置坐标和定位行为的选项unsigned166073h最大电流最大电流/转矩/力的限制unsigned16607Dh.01h最小位置软件位置限制负方向的位置限制或最小旋转位置integer32607Dh.02h原文勘误最大位置软件位置限制正方向的位置限制或最大旋转位置integer32七、轨迹速度模式6060h 3 轨迹速度模式PVM使得我们可以直接设置轴速度借此维护轨迹加速度和减速度跳变。典型的应用包括传输带、风机等要求迅速的其他系统。步骤设置操作模式6060h为3轨迹速度模式。设置目标速度60FFh和期望的轨迹加/减速度6083h/6084h。使用控制字6040h来触发开始、停止和速度变化读取速度真实值606Ch和状态字用于监控。轨迹速度的主要标准对象索引名字名字描述类型6060h操作模式Modes of Operation设置为3是轨迹速度模式integer860FFh目标速度Target Velocity目标速度integer326083h轨迹加速度Profile Acceleration加速度跳变unsigned326084h轨迹减速度Profile Deceleration减速度跳变unsigned32606Ch速度真实值Velocity Actual Value真实速度integer326040h控制字Controlword控制启/停/保持unsigned166041h状态字Statusword监控反馈和状态unsigned16八、CIA 402 基本参数概览对象字典在上文中操作模式中提到的、与驱动的控制和监测相关的基本参数总览。索引名字描述类型6040h控制字控制并改变状态主机-驱动unsigned166041h状态字状态反馈驱动-主机unsigned166060h操作模式设置驱动器的操作模式integer86061h显示操作模式当前操作模式integer8607Ah目标位置轨迹位置模式下的目标位置integer326064h位置真实值位置反馈integer32606Ch速度真实值速度反馈integer326081h轨迹速度轨迹位置模式下的最大速度unsigned326083h轨迹加速度加速度跳变unsigned326084h轨迹减速度减速度跳变unsigned3260FFh目标速度轨迹速度模式下的目标速度integer326098h归零方式归零方式的选择integer8607Dh.01h最小位置软件位置最小值integer32607Dh.02h最大位置软件位置最大值integer326073h最大电流最大电流/转矩/力unsigned166075h电机额定电流物理单位下的电机额定电流unsigned3260783h电流真实值以0.1%为单位的电流真实值。负值表示负方向。integer16九、位置缩放/用户定义单位在 CiA 402 中的位置缩放将可配置的缩放参数和电机/编码器的固定性质组合起来实现内部位置单位增量到用户定义单位的转换。电机/编码器系统性质608FH608Fh位置编码器分辨率608Fh.01 encoder_increments电机每转一圈的增量脉冲数608Fh.02 motor_revolutions编码器每转对应的电机转数举例对于一个 16位增量式编码器608Fh.01 65,536608Fh.02 1 几乎总是为 1除非电机和编码器直接有齿轮注意这些值反应了硬件性质只能在硬件变化时修改。可配置缩放6091H 和 6092H6091h齿轮比6091h.01h motor_revolutions电机转数6091h.02h shaft_revolutions轴输出转数举例每 2 圈输出轴转数对应 5 圈电机转数6091h.01h 56091h.02h 26092h进给常数6092h.01h feed输出轴每转对应的技术单位比如 mmum6092h.02h shaft_revolutions输出轴的转数举例齿形带轴每转对应 100mm单位采用 um6092h.01h feed 100,0006092h.02h 1位置缩放的表达式大小基本公式基于CiA 402 对象的计算编码器分辨率Encoder_resolution encoder_increments / motor_rev608Fh.01h/608Fh.02h齿轮比Gear_ratio motor_revolutions / shaft_revolutions6091h.01h/6091h.02h进给常数Feed_constant feed / shaft_revolutions6092h.01h/6092h.02h内部位置单位Pos_internal Pos_user × Encoder_resolution × Gear_ratio / Feed_constantPos_user × (608Fh.01h / 608Fh.02h) × (6091h.01h / 6091h.02h) / (6092h.01h / 6092h.02h)or: Pos_user × (608Fh.01h × 6091h.01h× 6092h.02h) / (608Fh.02h × 6091h.02h× 6092h.01h)以用户单位表示的位置值Pos_user Pos_internal × Feed_constant / (Encoder_resolution × Gear_ratio)Pos_internal × (6092h.01h / 6092h.02h) / [ (608Fh.01h / 608Fh.02h) × (6091h.01h / 6091h.02h) ]or: Pos_internal × (608Fh.02h × 6091h.02h × 6092h.01h) / (608Fh.01h × 6091h.01h × 6092h.02h)十、举例给定电机编码器 65,536 个脉冲每电机转一圈608Fh.01h 65536608Fh.02h 1齿轮比轴输出1转对应电机5转6091h.01h 56091h.02h 1进给常数100mm 对应轴输出每转6092h.01h 1006092h.02h 1计算内部编码器一个脉冲对应的用户定义的单位 Feed_constant / (Encoder_resolution × Gear_ratio) (100mm/rev) / (5 * 65536 increments/rev) 0.00030517578125 [mm / increment]举例定位到 80000个内部增量脉冲位置Pos_user 80000 * 0.00030517578125 24.41mm