CiA DSP 402-CANopen驱动器与运动控制设备规范

CANopen DS402 - 驱动器与运动控制设备Profile规范

概述

CANopen Device Profile for Drives and Motion Control (DSP 402) 是CAN in Automation (CiA)制定的驱动器与运动控制设备规范。本文档是草案版本（Version 2.0, 2005年3月），不建议用于实施。

核心概念

通过配置标准化

DSP 402通过定义对象字典来标准化驱动器和运动控制设备的通信行为。关键概念：

• 对象字典：设备的功能模型，包含所有可访问的参数
• 索引(Index)和子索引(Sub-index)：对象字典中条目的唯一标识符
• PDO映射：过程数据对象映射，定义哪些对象可以通过PDO传输

访问驱动器的方式

驱动器通过标准CANopen服务访问：

• SDO (Service Data Object)：用于参数配置和诊断
• PDO (Process Data Object)：用于实时数据传输
• NMT (Network Management)：用于网络管理

驱动器架构

基本结构

┌─────────────────────────────────────────┐
│              CANopen Stack               │
├─────────────────────────────────────────┤
│         Object Dictionary               │
│  ┌──────────┬──────────┬──────────┐    │
│  │  Common  │ Device   │ Factor   │    │
│  │ Entries  │ Control  │ Group    │    │
│  ├──────────┼──────────┼──────────┤    │
│  │ Profile  │ Profile  │ Profile  │    │
│  │ Position │ Homing   │ Velocity │    │
│  │ Mode     │ Mode     │ Mode     │    │
│  ├──────────┼──────────┼──────────┤    │
│  │ Profile  │ Cyclic   │ Interpo- │    │
│  │ Torque   │ Sync     │ lated Pos│    │
│  └──────────┴──────────┴──────────┘    │
├─────────────────────────────────────────┤
│         Motor Data & Drive Data         │
└─────────────────────────────────────────┘

公共条目（Common Entries）

通用对象字典条目

索引	名称	说明
1000h	Device type	设备类型
1001h	Error register	错误寄存器
67FFh	Single device type	单一设备类型

电机与驱动器数据

索引	名称	PDO	说明
6007h	Abort connection option code	-	断开连接选项码
603Fh	Error code	-	错误码
6402h	Motor type	-	电机类型
6403h	Motor catalog number	-	电机型号
6404h	Motor manufacturer	-	电机制造商
6502h	Supported drive modes	-	支持的驱动器模式

设备控制（Device Control）

状态机

DSP 402定义了标准的八状态机：

Power Off → Ready to Switch On → Switched On → Op. Enabled
     ↑            ↓                    ↓            ↓
   Fault → Fault Stop ← Quick Stop ← Operation Mode
              ↓
         Halt

关键控制字

索引	名称	类型	说明
6040h	Controlword	UNSIGNED16	控制字
6041h	Statusword	UNSIGNED16	状态字

操作模式

索引	名称	说明
6060h	Modes of operation	操作模式选择
6061h	Modes of operation display	当前操作模式显示

支持的运行模式：

• 位置模式 (Profile Position Mode)
• 速度模式 (Profile Velocity Mode)
• 定长模式 (Cyclic Synchronous Position Mode)
• 插值位置模式 (Interpolated Position Mode)
• 扭矩模式 (Profile Torque Mode)
• 回转模式 (Homing Mode)

功能选项码

索引	名称	说明
605Bh	Shutdown option code	关机选项
605Ch	Disable operation option code	禁用操作选项
605Ah	Quick stop option code	快速停止选项
605Dh	Halt option code	停止选项
605Eh	Fault reaction option code	故障反应选项

位置组（Position Group）

单位换算相关对象

索引	名称	说明
6089h	Position notation index	位置记数索引
608Ah	Position dimension index	位置维度索引
608Bh	Velocity notation index	速度记数索引
608Ch	Velocity dimension index	速度维度索引
608Fh	Position encoder resolution	位置编码器分辨率
6090h	Velocity encoder resolution	速度编码器分辨率
6091h	Gear ratio	齿轮比
6092h	Feed constant	进给常数

各运行模式详解

1. 位置模式（Profile Position Mode）

输入数据：

• 607Ah：目标位置 (Target position)
• 607Bh：位置范围限制 (Position range limit)
• 607Dh：软件位置限制 (Software position limit)
• 607Fh：最大轮廓速度 (Max profile velocity)
• 6080h：最大电机转速 (Max motor speed)
• 6081h：轮廓速度 (Profile velocity)
• 6082h：终点速度 (End velocity)
• 6083h：轮廓加速度 (Profile acceleration)
• 6084h：轮廓减速度 (Profile deceleration)
• 6085h：快速停止减速度 (Quick stop deceleration)
• 6086h：运动轮廓类型 (Motion profile type)

输出数据：

• 6062h：位置请求值 (Position demand value)
• 6063h：实际位置* (Position actual value*)
• 6064h：实际位置 (Position actual value)

2. 原点回归模式（Homing Mode）

输入数据：

• 607Ch：原点偏移 (Home offset)
• 6098h：回归方法 (Homing method)
• 6099h：回归速度 (Homing speeds)
• 609Ah：回归加速度 (Homing acceleration)

支持的回归方法：

• 使用正极限开关
• 使用负极限开关
• 使用参考点输入
• 等

3. 位置控制功能（Position Control Function）

监控参数：

• 6065h：跟随误差窗口 (Following error window)
• 6066h：跟随误差超时 (Following error time out)
• 6067h：位置窗口 (Position window)
• 6068h：位置窗口时间 (Position window time)
• 60F4h：实际跟随误差 (Following error actual value)
• 60FAh：控制努力 (Control effort)

4. 插值位置模式（Interpolated Position Mode）

插入数据记录：

• 60C0h：插入子模式选择 (Interpolation sub mode select)
• 60C1h：插入数据记录 (Interpolation data record)
• 60C2h：插入时间周期记录 (Interpolation time period record)
• 60C3h：插入同步定义 (Interpolation sync definition)
• 60C4h：插入数据配置记录 (Interpolation data configuration record)

5. 速度模式（Velocity Mode）

输入数据：

• 6042h：目标速度 (Target velocity)
• 6047h：速度最小/最大值 (Velocity min/max)
• 6048h：速度加速/减速度记录 (Velocity acceleration/deceleration record)

输出数据：

• 6043h：速度请求值 (Velocity demand value)
• 6044h：控制努力 (Control effort)
• 606Bh：速度请求值* (Velocity demand value*)
• 606Ch：实际速度 (Velocity actual value)

6. 扭矩模式（Torque Mode）

输入数据：

• 6071h：目标扭矩 (Target torque)
• 6072h：最大扭矩 (Max torque)
• 6073h：最大电流 (Max current)
• 6087h：扭矩斜率 (Torque slope)
• 6088h：扭矩轮廓类型 (Torque profile type)

输出数据：

• 6074h：扭矩请求值 (Torque demand value)
• 6077h：实际扭矩 (Torque actual value)
• 6078h：实际电流 (Current actual value)
• 6079h：直流链路电压 (DC link circuit voltage)

因子组（Factor Group）

DSP 402定义了物理单位与内部单位之间的转换关系：

物理量	维度索引	表示索引
长度/距离	01h (m)	根据需求
面积	A0h (m²)	-
体积	A1h (m³)	-
时间	A2h (s)	-
功率	24h (W)	-
转速	A3-A5h (rev/s, rev/min, rev/h)	-
角度	10h (rad)	-
速度	A6h (m/s)	-
扭矩	A9h (N·m)	-
温度	05h (K), 2Dh (°C)	-
电压	26h (V)	-
电流	04h (A)	-
百分比	Abh (%)	-
频率	20h (Hz)	-

前缀表示法

前缀	因子	符号	索引
exa	10^18	E	12h
peta	10^15	P	0Fh
tera	10^12	T	0Ch
giga	10^9	G	09h
mega	10^6	M	06h
kilo	10^3	k	03h
hecto	10^2	h	02h
deca	10^1	da	01h
deci	10^-1	d	FFh
centi	10^-2	c	FEh
milli	10^-3	m	FDh
micro	10^-6	µ	FAh
nano	10^-9	n	F7h
pico	10^-12	p	F4h
femto	10^-15	f	F1h
atto	10^-18	a	EEh

关联规范

• CANopen-DS301应用层与通信协议规范 - CANopen应用层基础
• CiA-306-CANopen链路层服务规范 - 链路层服务
• CANopen-DS404测量设备与闭环控制器设备规范 - 测量设备规范
• CANopen-DS406编码器设备规范 - 编码器规范

应用参考

DSP 402广泛应用于以下领域：

• 工业机器人控制
• 数控机床
• 自动化生产线
• 车辆驱动系统
• 电梯控制
• 风力发电变桨系统