解析CiA402

CiA402框架解析

刘允松

摘要 本文针对ATV71/32/12，介绍CiA控制框架下通讯控制时，变频器的命令(字)和状态(字)的互动关系，从而介绍在通讯的模式下如何以速度模式控制变频器。

关键字 变频器 CiA框架 总线通讯

引言

随着总线技术的发展和机械制造商与电气系统集成商的认知上的进步，以总线通讯的方式控制变频调速器和运动控制器已经越来越普遍地接受。但是不管是电气工程人员还是施耐德公司的技术支持同事，在编写通讯控制程序和调试过程中，经常会碰到一些困难或疑问，尤其是很多人反映不容易搞清变频器的命令字和状态字之间的相互关系。本文就将对此展开阐述，厘清一些概念，并相应提出参考建议，从而使控制流程简化，并节省资源，提高通讯效率。

本文的重点是阐述通讯模式下，变频器的控制流程，对于每一种通讯协议都是通用的，所以并不涉及总线协议方式及其硬软件实现。

CiA402的概念

在通讯控制中，有三种类型的框架，及通讯框架，功能框架和应用框架。其中通讯框架描述网络或总线的特征，包括电缆、接头、电气特性、访问协议、寻址系统、周期交换服务、发信服务等等；应用框架总体上定义由机械上的设备提供的服务；而功能框架描述一类设备的表现，如功能、参数(名称，格式，单位，类型等)、周期性I/O变量、状态表等等。对于某类设备家族的成员，它们分别具有共同或类似的功能框架：比如所有调速驱动器具有相同或类似的功能框架，所有伺服驱动器具有相同或类似的功能框架，编码器家族，远程I/O家族，显示终端家族也分别具有有类似的功能框架，目的是为了实现标准化或者互换性。

1991年开始，以施耐德变频器为代表的欧系调速驱动器以DRIVECOM作为功能框架，从2005年开始逐渐演变为CiA402(调速和运动控制设备框架)，代表了调速和运动设备功能框架的最新标准，并成为IEC 61800-7标准的一部分。IEC61800-7标准定义了几种调速器的功能框架，其中包括CiA402，PROFIFRIVE，CIP等。换句话说，DRIVECOM以前是耳熟能详的术语，但是现在已经是历史名词，取而代之的是CiA402，也可以说是IEC61800-7标准。

现在施耐德的主流变频器如ATV61/71，ATV32，ATV12/303(以下简称ATV变频器)遵守的都是CiA402功能框架，是本文阐述的对象。而即将淘汰的ATV31/312执行的是DriveCom，与CiA402略有区别，会在后续的文章中简单介绍。而ATV61/71/32还有一种非常实用的I/O控制框架，也将另文介绍。

CiA402功能框架具有下列特征：

驱动器只能遵守一定的命令流程进行起停控制；

控制字是标准化的；

控制字中有5位(bit11—15)可以赋予其它功能；

适用于所有通讯协议(Modbus, CANopen, Ethernet, Profibus DP,DeviceNet)。

在IEC61800-7标准中，CiA402功能框架控制变频器和运动控制器的方框图如图1所示。

图1a 控制图

图1b 速度控制简图

图中括号内是61800-7标准中规定的相应参数的CANopen地址。

对应于ATV变频器，相应的控制图和速度控制模式简图见图2.

图2a ATV变频器控制图

图2b ATV变频器速度控制简图

图2a中CMd我们习惯称为命令字，CanOpen地址为6040H，ETA我们习惯称为状态字，CANopen地址为6041H，与61800-7标准一致。另外为了与Drivecom保持一定的连贯性，它们还有另外的地址2037H/2, 2002H/2。

图2b中的各个参数在变频器的通讯变量表中都可以找到，这些参数与变频器本身的标准参数可能有一些区别，比如LFRD的单位为rpm，而不是Hz, SMIL, SMAL, SPAL,SPAt,SPDL,SPdt等参数在通讯变量表中都可以找到，而在变频器的标准参数中可能查不到，但可以分别与变频器的上下限频率，加减速时间对应。而且频率给定字还可以表达为LFR，以Hz为单位。

CiA402 状态图

在CiA402框架下，ATV变频器的状态字与命令字的互动符合图3所示的状态图。注意：此图已经本人根据理解修正。这是用通讯的方式控制变频器的核心规则。现将各种状态详细描述。

图3 CiA402状态表

状态描述

初始化开始，这是一个瞬间的过渡状态，通讯网络上看不到该站点的状态。

变频器未激活，状态显示NST。如果变频器控制回路由外部开关电源供电，则可以不必对功率部分上电。如果功率部分未上电，则状态字ETA=××40H，如果功率部分已上电，则ETA=××50H。输出级被锁定，不向电机输出。这时变频器可以修改任意的配置和调整参数。

等待功率