《PDxxS1_CANopen协议控制教程_V1.0》第3-5章

3，CANopen 通信对象

在 CANopen 网络中，不同类型的数据通过不同的 通信对象（Communication Object） 进行传输。每种通信对象都有固定的 CAN ID 计算规则 和 用途定义。

CANopen 中主要通信对象：

表3.1 canopen 通信对象

其中PDO和SDO的关键区分（核心实战要点）：

PDO：无应答、广播式传输，通信延迟极低，专注于实时性，适合传输高频变化的控制指令（如目标位置、速度）和运行状态（如实际位置、速度），是运动控制的核心通道；

SDO：点对点应答式传输，通信延迟高于 PDO，但可靠性极高，适合传输非实时性的参数（如电机加速度、减速度、故障阈值），支持参数的读写与校验，确保参数配置的准确性。

3.1 CAN ID 计算规则

PDxxS1 步进驱动器采用 CANopen 标准的 11bit 标准 ID（CAN 2.0A），用于标识不同类型的 CANopen 报文，确保主从站之间的通信准确无误。11bit CAN ID 的核心构成的是“功能码 + 节点ID（NodeID）”，其中功能码用于区分报文类型（如 SDO、PDO、NMT），节点ID用于区分同一网络中的不同从站设备。

计算方式：

CAN ID = 功能码（高4位） + NodeID（低7位）

说明：11bit CAN ID 的取值范围为 0x000~0x7FF，其中高4位（bit10~bit7）为功能码，用于定义报文的通信对象类型；低7位（bit6~bit0）为节点ID（NodeID），取值范围为 0x01~0x7F（0x00 为广播地址，仅用于 NMT 广播报文），同一 CANopen 网络中，每个从站的 NodeID 必须唯一，避免 ID 冲突导致通信异常。

PDxxS1 驱动器常用功能码与 CAN ID 对照表（严格遵循 CiA 301 标准，适配 CiA402 运动控制场景）：

表 3.3.1 CANID计算规则

3.2 NMT（网络管理）

NMT 用于管理 CANopen 网络中各节点的 运行状态，例如：

启动节点（Start Node）

停止节点（Stop Node）

进入预运行状态（Pre-operational）

复位节点（Reset Node）

NMT 报文具有以下特点：

CAN ID 固定为 0x000

数据长度固定为2

由主站发送

所有从站均可接收

数据格式：

1，CAN ID：固定为 0x000（广播地址），所有从站均会接收该报文；

2，数据长度：固定为 2 字节； 

3，Byte0：NMT 命令码；

4，Byte1：目标 NodeID（0x00 表示广播所有从站）；

5，无应答机制，主站发送命令后，不接收从站的响应报文，从站执行命令后，通过 Heartbeat 报文反馈自身状态变化。

3.2.1 NMT命令码

PDxxS1 驱动器支持的常用 NMT 命令（严格遵循 CiA 301 标准）

表3.2.1.1 NMT命令码介绍

操作示例（启动 NodeID=1 的 PDxxS1 驱动器）：

主站通过发送 NMT（Network Management）启动命令，可将指定节点切换至 perational（运行）状态。示例如下：

1，数据段：01 01（共 2 字节）

Byte0（0x01）：Start Node（启动节点）

Byte1（0x01）：目标节点 ID

2，执行效果：NodeID=1 的驱动器接收命令后，从当前状态切换到 Operational 状态，可接收主站下发的 PDO 控制指令，准备执行运动操作；其他 NodeID 的驱动器因目标 NodeID 不匹配，不执行任何操作。

补充说明：NMT 命令的执行结果可通过驱动器的 Heartbeat 报文验证，如启动节点后，驱动器的 Heartbeat 报文数据段会反馈 Operational 状态（0x05）。

Heartbeat 状态反馈

节点启动后，可通过 Heartbeat 报文检测状态。

表3.2.1.2 心跳包返回数据说明

3.3 PDO（过程数据对象）

PDO 用于 实时传输控制数据和状态数据，是 CANopen 运动控制中最核心的数据通信方式。

PDO 具有以下特点：

传输实时性高

无协议确认机制

数据长度为0 ~ 8 字节

PDxxS1 驱动器常用 PDO：

3.3.1 常用PDO介绍

3.4 SDO（参数访问）

SDO 用于访问 CANopen 设备 对象字典（Object Dictionary）。主要用于：

参数读取

参数写入

设备配置

SDO的ID说明

表3.4.1 SDO的ID说明

4，CiA402 运动控制规范

CiA 402 是 CANopen 运动控制设备的标准设备规范，用于统一定义驱动器的 状态机、控制字、状态字及运动控制接口。

PDxxS1 步进电机闭环驱动器完全兼容 CiA402 标准。

常用对象字典如下：

表4.1 常用对象字典

常用控制字（Controlword）及状态字（Statusword）关系

表4.2 控制字和状态字关系说明

CiA402 状态机

驱动器状态转换遵循 CiA402 标准状态机。

主站通过向 Controlword（0x6040） 写入相应控制字，驱动器根据当前状态执行状态转换，并通过 Statusword（0x6041） 返回当前状态。

图4.1 状态机

只有在 Operation Enabled 状态下，驱动器才允许执行运动控制。

5，驱动器使能流程

根据 CiA402 标准，驱动器必须按照以下顺序完成使能（以 NodeID=1 为例）：

Step1：Shutdown（准备状态）

1，数据段解析：

第 1 字节（0x2B）：SDO 命令字节，0x20 表示“写数据”，0x0B 表示数据长度为2 字节（Controlword 为 16 位，在实际使用中，可按以下方式简单理解：

表5.1 SDO命令字含义

a) 第 2~3 字节（0x40 0x60）：对象字典索引，0x6040（Controlword）；

b) 第 4 字节（0x00）：对象字典子索引，0x00（Controlword 的唯一子索引）；

c) 第 5~8 字节（0x06 0x00 0x00 0x00）：写入的数据，0x0006（Controlword 的值）；

2，核心作用：向 Controlword（0x6040）写入 0x0006，触发驱动器从 Switch On Disabled 状态切换到 Ready To Switch On 状态，完成电机启动前的准备工作。

l Step2：Switch On（上电）

1，数据段解析：

a) 第 1 字节（0x2B）：SDO 写命令；

b) 第 2~3 字节（0x40 0x60）：对象字典索引 0x6040（Controlword）；

c) 第 4 字节（0x00）：子索引 0x00；

d) 第 5~8 字节（0x07 0x00 0x00 0x00）：写入 Controlword 的值为 0x0007；

2，核心作用：向 Controlword 写入 0x0007，触发驱动器从 Ready To Switch On 状态切换到 Switched On 状态，电机完成上电，处于待命状态。

Step3：Enable Operation（运行使能）

1，数据段解析：

a) 第 1 字节（0x2B）：SDO 写命令；

b) 第 2~3 字节（0x40 0x60）：对象字典索引 0x6040（Controlword）；

c) 第 4 字节（0x00）：子索引 0x00；

d) 第 5~8 字节（0x0F 00 00 00）：写入 Controlword 的值为 0x000F；

2，核心作用：向 Controlword 写入 0x000F，触发驱动器从 Switched On 状态切换到 Operation Enabled 状态，此时驱动器已完全使能，可接收主站下发的 PDO 运动控制指令，电机能够响应运动操作。

重要说明：

1. 电机运行前必须完成使能流程

在电机开始运动之前，必须按照规定执行三步使能流程（Enable Sequence），否则驱动器无法进入可运行状态。

2. 使能流程仅在 NMT 处于 Start Node 状态时有效

只有当 CANopen 网络管理（NMT）状态为 Operational（Start Node） 时，也就是心跳回复“0x05”时，才允许执行使能流程；在其他状态下写入 Controlword 将不会生效。

3. 使能步骤必须按顺序执行

三个使能步骤必须严格按照规定顺序发送，否则驱动器可能无法完成状态切换，表现为 使能失败或驱动器无响应。

4. 故障状态处理

当驱动器进入 Fault 状态（如过流、堵转、过压等）时，必须先执行 Fault Reset（故障复位），然后重新按照使能流程完成电机使能。

5. 停止驱动器的方法

可通过以下方式停止驱动器运行：

l 发送 NMT Stop Node 命令，使节点进入 Stopped 状态

或向 Controlword 写入对应的停止控制指令，使驱动器退出运行状态