上海泗博CANopen转PROFIBUS DP网关PCO-150在伺服电机中的应用

发布日期：2023/1/8来源：网络

一、摘要
伺服电机（servo motor ）是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高的特点，产生电磁干扰，对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。伺服系统（servomechanism）是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标（或给定值）的任意变化的自动控制系统。
宁波某电动机厂家所生产的一款伺服电机采用CANopen总线进行通讯，为了实现与现场PROFIBUS总线数据交换，需要一款能够实现将CANopen协议转换为PROFIBUS协议的转换网关，经过与客户的沟通和测试，客户决定采用上海泗博自动化CANopen转PROFIBUS-DP网关PCO-150来实现两种协议的转换。在整个通讯链路中，用户通过PCO-150可实现对现场多台伺服电机的远程集中控制，提高了工厂的生产效率和自动化水平，同时网关PCO-150因其易用性和稳定性受到客户好评。
系统构成及工作原理

对本系统构成进行简要介绍，控制柜使用西门子S7-300PLC与现场设备进行通讯，总线协议为PROFIBUS DP。现场生产线有10台伺服电机需要控制，采用CANopen总线协议通讯。网关PCO-150 CANopen端与10台伺服电机相连，DP端与西门子300PLC相连，网关在PROFIBUS总线一侧做从站，在CANopen总线一侧做主站，PLC通过读取伺服电机内置编码器位置数据来精确控制伺服电机的启停、转角等动作，并同时将伺服电机的运行状态、电机转速等参数显示在HMI上。

系统互联图如图1所示：

图1 系统互联图

PCO-150简介

通讯速率：

CANopen接口支持：50kbit/s ，100kbit/s ，125kbit/s ，50kbit/s ，250kbit/s ，1Mbps
PROFIBUS DP接口支持最大12M波特率，波特率自适应

CAN工作方式：本CAN接口支持CAN2.0A协议
符合CANopen行规DS-301 V4.01和CiA Draft Recommendation 303：

支持CANopen协议的最多8个字节的TPDO、最多8个字节的RPDO、快速Download SDO和快速Upload SDO
每个CANopen节点有4个默认TPDO和4个默认RPDO

即TPDO COBID只能为：384+节点地址（0x180+节点地址）或 640+节点地址（0x280+节点地址）或896+节点地址（0x380+节点地址）或 1152+节点地址（0x480+节点地址）

RPDO COBID只能为：512+节点地址（0x200+节点地址）或768+节点地址（0x300+节点地址）或1024+节点地址（0x400+节点地址）或1280+节点地址（0x500+节点地址）

每个CANopen节点也可以有自定义的COBID，但必须确保改COBID和CANopen协议不冲突
最多支持命令条数：84条，不限制单个命令条数。支持简单的NMT网络启动、TPDO超时清零和SYNC同步功能，支持由DP端控制CANopen从站设备等功能

PCO-150参数配置

根据CANopen从站设备伺服电机的通讯说明书，确认所要读取和写入的数据，对于TPDO和RPDO需要确认相应的COB-ID，对于SDO则需要确认索引、子索引等参数。然后在配置软件PC-123中设置相应PDO 、SDO参数，并保持与从站设备参数一致。

对于CANopen网络配置，主要需要确认的参数有通讯波特率、NMT管理使能、SYNC、Control&Status使能位等，其他可以使用默认参数。

NMT管理使能开启：上电后网关给所有CANopen从站发送启动命令。
SYNC为非零值：表示使用同步周期功能，由同步对象帧SYNC触发。
Control&Status使能位Enable：通过报文查看从站设备状态。

图2 CANopen网络配置

对于节点配置，添加所需要的PDO、SDO命令条数，并根据从站设备通讯说明修改COBID、索引、字节数等参数，在本应用中客户所要读取TPDO COB-ID为385，字节数为7。所要写入的RPDO COB-ID为513，字节数为7。所要读取的Upload SDO 索引为4120，子索引为0，字节数为1。所要写入的Download SDO 索引为8192，子索引为0，字节数为1。对于多个相同从站设备，可以通过复制粘贴节点来实现。

单个节点读取的字节数为7+1=8字节，单个节点所要写入的字节数为7+1=8字节。故十个节点总的读、写字节数为各80字节。因DP端字节数限制，故总的读、写字节数均不能超过244字节。

图3 TPDO命令配置

图4 RPDO命令配置

图5 Upload SDO命令配置

图5 Download SDO命令配置

为防止所添加的命令有字节冲突，可以点击自动映射，并在冲突检测中查看各条命令在网关内存缓冲区里所占的位置，此排列顺序与DP端数据排列一致。在DP端查看数据与节点对应关系时可以参考此排列顺序。

图6 冲突检测

对于PROFIBUS网络，只需要确认读、写最大字节数均小于244字节，如果字节数小于112可以选择默认PROFIBUS 输入、输出字节数，如果字节数大于112，可以选择由PROFIBUS主站的组态软件设置。配置完成后在配置模式下通过RS232串口将配置下载到网关内，然后将网关状态切换到运行模式，可以看到网关指示灯 ERR 、RUN均变成绿色，此时CAN网络通讯正常。

图7 PROFIBUS网络

在STEP7中进行组态配置

首先将与所使用PCO-150版本配套的GSD文件安装到Step7中，然后进行组态。新建DP从站地址为23，与网关数码管显示地址一致。插入56 words input，56 words output 字节块后系统会自动分配DP从站的输入、输出起始地址，与网关的输入、输出内存映射区域对应。组态时所添加的输入、输出字节总数需大于等于在配置软件PC-123中总的字节数（56*2=112＞80 ）。

图8 输入、输出字节块

保存编译并将工程文件下载到PLC中，可以看到网关指示灯PBF红灯熄灭，STA绿灯闪烁。此时在STEP7中可以使用监视修改功能对从站伺服电机进行读取和写入数据。

图9 STEP7组态配置

调试模式下使用网关配置软件PC-123监控CANopen端读取和写入的数据。

图10 调试模式

在从站设备伺服电机自带CANopen通讯监视软件中看到数据交换报文。

图11 通讯监视

结束语

在本自动化生产线控制系统中，上海泗博自动化网关PCO-150作为现场伺服电机与西门子PLC S7-300之间的桥梁，能够使两种不同协议的现场总线设备实现数据通讯，使西门子PLC读取现场伺服电机状态及控制其动作成为可能，在整个控制系统中，上海泗博自动化的网关PCO-150表现了其稳定、可靠的性能，为整个控制系统能良好运行提供了保障。

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