风电变流器设备CANopen通信的快速实现

基于CANopen协议的XGate-COP10应用

1 .引言
风能，作为一种高效、清洁、可再生的能源，越来越受到世界各国的重视，中国新能源战略把大力发展风力发电设为重点。由于风能的诸多优点以及国家政策的大力支持，近几年，国内风力发电行业得到了快速的发展。风力发电系统中各个设备之间需要通信，CAN总线是国际风电行业中流行而且应用成熟的通信方式，基于CAN总线应用层的CANopen协议对所有设备做出了“设备级”的规范。大部分国外的变流器设备通过CANopen接口与风电系统中的其他设备进行通信，因此，为了替代国外的变流器，实现变流器设备自主化，就要求国内厂商的变流器提供CANopen接口。 本期文章将介绍如何利用XGate-COP10模块设计风电变流器的CANopen从站接口。

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 301 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CiA 303-3指示灯以及CiA 305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提供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。 XGate-COP10为DIP24封装，拥有较小的占位面积（6cm2），非常容易集成到用户设备中，其外观如图1所示。

图1 XGate-COP10外观

3. 变流器CANopen接口硬件设计
XGate-COP10硬件设计框图如图2所示。

图2 硬件设计框图

变流器控制板的MCU与XGate-COP10通过串口(TTL电平)进行连接；用户可以使用MCU的一个I/O口连接到XGate-COP10的复位引脚(/RST)实现对模块的复位控制。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，以便及时地处理RPDO数据。MCU只需要预留1路串口，1路中断输入和1个I/O口即可。对于XGate-COP10来说，由于其内部未集成CAN收发器，推荐使用带隔离的CAN收发器模块CTM8251T。XGate-COP10采用的是标准的CANopen协议，这里使用外接DIP开关来设置设备的节点地址和波特率，以及外接LED指示灯来指示当前模块的CANopen状态。

4. 风电变流器参数资源分配
对于实时数据，XGate-COP10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流器的各项实时参数与其它CANopen设备之间的数据交换。 对于非实时数据，XGate-COP10提供了直接访问对象字典的串口命令，用户可以通过该命令对模块的对象字典进行读写，实现变流器对CANopen网络中非实时参数的访问。 这样，CANopen主站设备或其它设备和变流器的之间通信就变得十分方便。

4.1. 资源分配
变流器相关参数在XGate-COP10存储区的分配情况如表1所示，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，用户只需要从输出区读出即可。

5. 变流器控制器MCU对XGate-COP10的操作

XGate-COP10提供了一个串口与变流器控制器MCU进行连接。为了方便用户快速可靠地实现模块与MCU通信，广州致远电子有限公司提供了XGate-COP10串口协议的驱动源码。当XGate-COP10的输出内存区接收到CANopen网络中的实时数据之后就会立即向用户MCU产生一个中断，此时用户可以通过UART发送相关命令字读取数据输出区的内容；用户可将实时更新的传感器数据写入输入缓冲区，XGate-COP10自动发送至主站或者是其它从站设备。用户程序软件操作流程示例如图3所示。

图3 XGate-COP10软件设计流程图

6. 结语

经过以上步骤，我们快速地实现了风电变流器的CANopen接口，并能与其他CANopen设备进行通信。XGate-COP10的出现，使开发者不再为开发CANopen协议栈而苦恼，大大缩短了开发周期。相信在XGate-COP10的帮助下，你能获得更大的成功。 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。