摘要：CAN总线已经成为全球最重要的现场总线之一，CANOpen协议在网络通信中更是得到了广泛应用。在网络控制系统中利用CANOpen/ＲS485网关和CANOpen总线进行连接的，所以开发CANOpen/ＲS485协议转换软件有着重要意义。文章对基于CANopen的DSP和ABB变频器的通信与实现进行了研究分析，以供参考。
关键词：CANopen；DSP和ABB；通信
前言
软件成功开发后能够解析CANOpen总线、ＲS485总线上的数据流，使得两种通信总线间的通信变为可能。
1 变频器的基本原理
变频器的工作原理是通过控制电路来控制主电路，主电路中的整流器将交流电转变为直流电，直流中间电路将直流电进行平滑滤波，逆变器最后将直流电再转换为所需频率和电压的交流电，部分变频器还会在电路内加入CPU等部件，来进行必要的转矩运算。
1.1单项桥式逆变器基本的工作原理
交-直-交变频器主电路如图1所示。
图1：交-直-交变频器主电路
S1～S4是桥式电路的4个臂，由电力电子器件及辅助电路组成。S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压uo为正。S1、S4断开，S2、S3闭合时，负载电压uo为负。逆变电路最基本的工作原理——改变两组开关切换频率，可改变输出交流电频率电阻负载时，负载电流io和uo的波形相同，相位也相同。阻感负载时，io相位滞后于uo，波形也不同。开通：适当的门极驱动信号就可使器件开通。关断：①全控型器件可通过门极关断；②半控型器件晶闸管，必须利用外部条件才能关断；③一般在晶闸管电流过零后施加一定时间反压，才能关断；④研究换流方式主要是研究如何使器件关断。
1.2三相电压型逆变电路
三个单相逆变电路可组合成一个三相逆变电路，应用最广的是三相桥式逆变电路基本工作方式——180°导电方式。每桥臂导电180°，同一相上下两臂交替导电，各相开始导电的角度差120°。任一瞬间有三个桥臂同时导通。每次换流都是在同一相上下两臂之间进行，也称为纵向换流。
2 CANopen的通讯机制
2.1网络管理
NMT主站的NMT网络管理报文包括NMT管理操作函数、心跳报文及节点保护报文函数。主站状态机即状态管理机制，负责从站状态的转换。
2.2CANopen报文
CANopen通讯模型定义了4种报文。
（1）管理报文。首先，CANopen提供网络管理和ID分配服务如初始化，配置和网络管理（包括节点保护）。其次，服务和协议符合CAL中的LMT、NMT和DBT服务部分。这些服务都是基于主从通讯模式，即在CAN网络中，只能有一个LMT、NMT或DBT主节点以及一个或多个从节点。（2）服务数据对象SDO。SDO主要用来访问设备的对象字典。访问者被称作客户（client），对象字典被访问且提供所请求服务的CANopen设备别称作服务器（server）。SDO传输时请求一般用来传输优先级高数据量大的信息，用作CANopen设备的配置或者关键参数设置。主要有加速传输和分段传输2种机制，本文后面所述的SDO测试仅实现了SDO加速传输的方式。
（3）过程数据对象PDO。PDO主要用来实时传输数据，数据从一个生产者传到一个或多个消费者，数据传送限制在1～8个字节。PDO消息的内容是预定义的（或者在网络启动时配置的）。PDO可以有多种传送方式，如同步传输和异步传输等。
（4）预定义报文或者特殊功能对象。CANopen还有一些其他功能如NMT控制、同步功能、紧急报文、节点保护、boot－up等。
3 基于CANopen协议的变桨-驱动器通讯网络设计
3.1NMT及其他通信测试
搭建一个变桨控制器与驱动器的CANopen通讯网络，其中变桨控制器（HMS的1SICANopen模块）为主站，节点号为1，驱动器（选用桂林星辰的驱动器，型号FAS80EA400XS）为从站，节点号为2，Baudrate设置为500K。通过主站设备的配置软件扫描到系统网络中有2个节点，并显示设备名称和节点号。
3.2PDO通信测试
在本次测试中，假设要把主站的一个控制字（数值为0x500）通过PDO发送给从站，建立2组PDO映射关系，传输类型为255，EventTimer设置为5ms，然后将此配置下载到控制器中。点击operation按钮，使CANopen网络进入Operation态，对涉及到PDO传送的变量分别赋值，在总线上成功截到PDO报文，主站节点1在连续发送TPDO1、TPDO2。通过设备自带工具OnlineObjectAccess软件查询索询到从站已成功接收到主站通过PDO发送的数据。
3.3SDO快速传输通信测试
在本实验中，假设需要读取从站驱动器的IGBT温度，通过其EDS文件，查询其变量索引位置及数据类型，然后在主站设备调用SDO读取程序。经过测试，通过SDO读到IGBT温度，数值为W#16#1400。由于CAN总线上数据格式是低位在前、高位在后，所以实际数值应为0x14。同时，通过CAN报文监听工具—CANLineListener成功在CAN总线上抓取到SDO通信的报文。除此以外，在主控系与变流器系统之间也成功搭建了CANopen通讯网络，并获得成功的应用。
3.4其他功能通讯测试
在设置同步周期为10000μs后，可在总线截获到同步报文，，节点将按照设定周期发布同步信号报文。设置主站节点和从站节点的心跳信号周期均为1000ms。
4 结束语
通过对CANopen协议的深入研究及其在风电电控系统中的成功实施，CANopen协议与别的通讯协议相比，主要优势如下：
（1）CANopen协议有较强的实时性；
（2）在保证网络节点互用性的同时允许节点的功能随意扩展；
（3）提供不同CAN设备间的互操作性、互换性；
（4）提供了标准化、统一的系统通讯模式；
（5）提供了设备描述方式和网络功能。
参考文献：
[1]吕桃.变频器通信控制的实现探究——基于FX3U系列可编程控制器通信指令[J].工业和信息化教育，2015（12）：69-76.
[2]张顺星，梁小宜.基于Modbus协议的PLC与变频器通信控制研究与实现[J].电气自动化，2015，37（04）：84-86.
[3]胡建国，罗勇武.基于RS485的单片机和变频器通信控制多电机研究[J].机床与液压，2013，41（22）：139-141.
[4]孙守德.变频器通信控制方案分析和研究[J].制造业自动化，2008（02）：47-50+83.
论文作者:顾勤栋
论文发表刊物:《电力设备》2018年第20期
论文发表时间:2018/11/11
标签：报文论文; 节点论文; 变频器论文; 电路论文; 通信论文; 主站论文; 协议论文; 《电力设备》2018年第20期论文;