基于CANopen协议的XGate-COP10应用 1.1 引言
步入20世纪80年代，全球变频器技术变革速度加快，走向成熟的变频产品被广泛应用在国民经济的各个行业中。随着中国变成世界工厂，制造业的快速发展也为变频器产品提供了越来越大的市场空间。然而时至今日，国内变频器市场可以说是外国人的天下。随着基于CAN总线的CANopen协议的发展，在国外特别是欧洲等地区的变频器都提供CANopen接口，因此为了对国外的产品兼容也要求国内厂商的产品提供CANopen接口。
本期文章将介绍如何利用XGate-COP10协议转换模块快速设计一款基于CANopen从站协议接口的变频器设备。
1.2 XGate-COP10简介
XGate-COP10是一款CANopen从站协议转换模块，内部集成了CANopen从站协议栈，遵循CiA DS301 V4.02进行设计，其内部集成了网络管理（NMT）、服务数据（SDO）、过程数据（PDO）、错误管理等功能。同时也遵循了DS303-3指示灯以及DS305层设置（LSS）等相关协议，使模块功能更强大。所 有的功能均通过CiA的一致性测试软件的测试，保证了与其它CANopen设备良好的兼容性。
防水袋XGate-COP10为DIP24封装，拥有较小的占位面积（6cm2），使其更容易集成到设备中。其硬件设计也非常简单，其外观图如图1所示。
图 1 XGate-COP10外观图
1.3 变频器简介
1．变频器原理
变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。现在使用的变频器主要采用交—直—交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。 2．变频器用途
变频器主要用于交流电动机（异步电机或同步电机）转速的调节，是公认的交流电动机最理想、最有前途的调速方案，除了具有卓越的调速性能之外，变频器还有显著的节能作用，
是企业技术改造和产品更新换代的理想调速装置。自上世纪80年代被引进中国以来，变频器作为节能应用与速度工艺控制中越来越重要的自动化设备，得到了快速发展和广泛的应用。
1.4 变频器的控制器与XGate-COP10连接
随着电子技术的飞速发展，工业控制系统经历了分离式控制系统、集散式控制系统（DCS）以及当今正流行的现场总线控制系统（FCS）等阶段。现场总线系统也被称为控制系统的第五代系统，由于其优越的特性以较低的成本使其以更快的速度占领着市场，在发达国家特别是欧洲等地现场总线已经在
自动化控制系统中占有绝对的优势。变频器作为一个典型的运动控制设备，其在自动化控制系统中也有着非常重要的作用，由于现场总线的兴起与盛行，变频器也同样具有现场总线的通信接口，并且在整个控制系统中都使用现场总线进行组网，而使用最为广泛的总线协议为基于CAN总线的CANopen协议。
现阶段国内生产的变频器设备绝大部分不具有现场总线接口（CANopen），有些设备虽然在性能及价格上都优于国外的同类产品，但是都无法替代之，归根结底就是在设备的通信方式上未跟上国外的步伐，以下提供一种在现有变频器控制部分不变的情况下使变频器快速的实现先进的CANopen从站通信能力。
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图2所示为变频器与XGate-COP10连接示意图，其中变频器控制部分可以采用现有的成熟电路或者设备，与XGate-COP10连接是通过串口进行连接，某些情况下还需要把XGate-COP10 中断信号输出引脚连接到变频器的中断输入引脚，以便及时的处理RPDO数据，因此对于控制器来说只需要多留一路串口和一路的中断输入引脚即可。对于
XGate-COP10来说，由于其内部未集成有CAN收发器，因此推荐使用带隔离的CAN收发器模块CTM8251；XGate-COP10采用的是标准的CANopen协议，因此这里的XGate-COP10使用外接DIP开关来设置设备的节点地址和波特率，以及外接LED指示灯来指示当前的CANopen状态。
图2变频器与XGate-COP10连接示意图
1.5 变频器参数在XGate-COP10中资源分配
XGate-COP10共有96字节的输入和96字节的输出存储区供用户使用，这些存储区可以用于变频器实时数据或参数与其它CANopen设备进行数据交换，这样就方便CANopen 主站设备或其它设备对变频器的控制或通信，本文将介绍变频器的基本参数与其它的CANopen设备之间的通信。
1．资源分配
表1所示为变频器相关参数在XGate-COP10存储区的分配情况，用户只需要把数据写入到XGate-COP10数据输入存储区，XGate-COP10就会按照CANopen协议的定义对数据
进解析处理，同样来自CANopen网络中控制信息也会经过解析之后存放于数据输出区，用户只需要读出即可。
表 1 XGate-COP10存储区资源分配
XGate-COP10 输入数据存储区CANopen索引/子索引数据长度(Byte) 变频器参数名称
0x2100/(0x01~0x02) 2 状态字
0x2100/(0x03~0x04) 2 实际值1
0x2100/(0x05~0x06) 2 实际值2
0x2100/(0x07~0x08) 2 实际值3
… …
…
XGate-COP10 输出数据存储区0x2000/(0x01~0x02) 2 控制字无线防盗报警系统
0x2000/(0x03~0x04) 2 设定值1
0x2000/(0x05~0x06) 2 设定值2
0x2000/(0x06~0x07) 2 设定值3
… …
…
消声室制作2．实时数据传送配置
XGate-COP10中最多支持12个RPDO和12个TPDO数据的发送，并且PDO数据可映射到数据存储区的任意数据区，其数据映射示例如下表2和表3所示。
表 2 TPDO1数据映射表
COB-ID(CAN-ID) DLC BYTE0 BYTE1BYTE2BYTE3BYTE4BYTE5 BYTE6 BYTE7 0x180+NodeID 8 状态字实际值1 实际值2 实际值3
桑叶采摘器表 3 RPDO1数据映射表
COB-ID(CAN-ID) DLC BYTE0 BYTE1BYTE2BYTE3BYTE4BYTE5 BYTE6 BYTE7 0x200+NodeID 8
控制字设定值1 设定值2 设定值3
3．变频器故障代码发送
当变频器出现故障时，可以通过XGate-COP10把故障代码发送到CANopen网络中，以便通知其它设备。XGate-COP10提供5字节长度的故障代码数据区给变频器使用。表4所示为变频器故障代码在CANopen紧急代码中的位置，当XGate-COP10接收到用户传递的故障代码就会启动发送紧急代码到CANopen网络中，从而保证在CANopen网络中的其它设备及时获取到变频器的故障状态。
表 4 变频器故障码在CANopen紧急报文中的位置
COB-ID(CAN-ID) DLC BYTE0 BYTE1BYTE2 BYTE3 －BYTE7
0x80 + NodeID 8 0xF010 0x80 变频器错误代码
1.6 变频器对XGate-COP10的操作
XGate-COP10提供了一个串口与变频器控制器进行连接，因此变频器的控制器来说其只需要编写串口相关的软件代码即可，对于串口的通信协议已经由广州致完电子有限公司提供协议源码。其操作示意如图3所示，只需要几条命令就可以完成数据的交换。
图 3 控制器对XGate-COP10操作
1.7 结语
恒功率直流电源经过以上步骤，我们快速的实现了对变频器添加CANopen通信接口，轻松的实现了对现有的变频器设备的升级，并能与国外同等设备进行竞争。相信在XGate-COP10的帮助下，能使你获得更大的成功。
广州致远电子有限公司提供各种接口的CANopen接口卡、CANopen终端设备（包括数
据采集，电机控制等）、CANopen分析仪、网关及网桥、OPC服务器以及基于CANopen
协议的整套组网方案及应用开发。
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