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CiA 402 — 伺服驱动器辅助

CiA 402 (IEC 61800-7-204) 是基于 CoE 的伺服驱动器设备协议。CiA402Instance 封装了驱动器状态机管理、操作模式切换和运动参数访问功能。

CiA 402 运行在 CoE (SDO) 之上，仅当从站支持 CoE 时可用。

通过 slave.CoE.CiA402 访问。从站不支持 CiA 402 时为 null。​

PDO 初始化​

InitializePdoOffsets()​

public void InitializePdoOffsets()

初始化所有 PDO 偏移缓存。读取 0x1C12/0x1C13 PDO Assignment 配置，解析各对象在 IOmap 中的偏移位置。

备注

通常无需手动调用 — 首次访问 StateDrive 等 PDO 属性时自动初始化。仅在需要提前确认 PDO 映射正确时手动调用。

示例:

var drv = slave.CoE.CiA402;
drv.InitializePdoOffsets();
drv.OperationMode = ModeCiA402.CSP;

状态控制​

Enable() 一步推进到 OperationEnabled (自动完成完整状态链 + Fault 复位 + QuickStop 恢复); Disable / DisableOperation / QuickStop / FaultReset 仅写一次 Controlword 后立即返回, 通过 StateDrive 检查结果。

Enable(int maxRetries = 10)​

public bool Enable(int maxRetries = 10)

使能驱动器: 一步按 CiA 402-2 完成 SwitchOnDisabled → ReadyToSwitchOn → SwitchedOn → OperationEnabled 全套时序，自动处理 Fault 复位与 QuickStop 恢复。

参数:

  • maxRetries — 最大重试次数 (默认 10)

返回值:

  • bool — true = 已使能到 OperationEnabled, false = 失败/超时

示例:

// 进入 OP 后调用一次, 内部一步完成全套状态机
if (drv.Enable())
{
    drv.TargetPosition = nextPosition;
}
else
{
    Console.WriteLine($"使能失败, 当前状态: {drv.StateDrive}");
}

Disable()​

public void Disable()

禁用伺服 (→ SwitchOnDisabled)。完全断电。

DisableOperation()​

public void DisableOperation()

禁用运行 (Transition 5: OperationEnabled → SwitchedOn)。电机仍通电，可快速重新 Enable()。

QuickStop()​

public void QuickStop()

快速停止 (→ QuickStopActive)。

FaultReset()​

public void FaultReset()

清除故障。发送 Fault Reset 位 (Bit 7)，产生上升沿清除驱动器故障。

状态读取​

StateDrive​

public StateCiA402 StateDrive { get; }

解析当前驱动器状态。

返回值:

  • StateCiA402 — 驱动器状态枚举
public enum StateCiA402
{
    NotReadyToSwitchOn = 0,    // 初始化中
    SwitchOnDisabled   = 1,    // 驱动禁用
    ReadyToSwitchOn    = 2,    // 准备就绪
    SwitchedOn         = 3,    // 已开启
    OperationEnabled   = 4,    // 运行使能
    QuickStopActive    = 5,    // 快速停止
    FaultReactionActive = 6,   // 故障反应中
    Fault              = 7,    // 故障
    Unknown            = 99    // 未知状态
}

示例:

var state = slave.CoE.CiA402.StateDrive;
Console.WriteLine(state.GetDescription());  // "运行使能"

Statusword​

public ushort Statusword { get; }

读取状态字。

相关属性:

  • TargetReached (bool) — 目标已到达 (Bit 10)
  • HasFault (bool) — 存在故障 (Bit 3)
  • HasWarning (bool) — 存在警告 (Bit 7)
  • IsRemote (bool) — 远程模式已激活 (Bit 9)

Controlword​

public ushort Controlword { get; set; }

读取或写入控制字。

示例:

ushort sw = slave.CoE.CiA402.Statusword;
slave.CoE.CiA402.Controlword = 0x000F;

操作模式​

OperationMode​

public ModeCiA402 OperationMode { get; set; }

设置或读取操作模式。

返回值:

  • ModeCiA402 — 操作模式枚举
public enum ModeCiA402 : sbyte
{
    PP    = 1,    // 轮廓位置模式
    VL    = 2,    // 速度模式
    PV    = 3,    // 轮廓速度模式
    PT    = 4,    // 轮廓转矩模式
    HM    = 6,    // 回零模式
    IP    = 7,    // 插补位置模式
    CSP   = 8,    // 周期同步位置模式
    CSV   = 9,    // 周期同步速度模式
    CST   = 10,   // 周期同步转矩模式
    CSTCA = 11    // 周期同步转矩加速度模式
}

示例:

slave.CoE.CiA402.OperationMode = ModeCiA402.CSP;
var mode = slave.CoE.CiA402.OperationMode;
Console.WriteLine(mode.GetDescription());  // "周期同步位置 (CSP)"

运动参数​

属性类型访问说明
PositionActualint只读实际位置 (0x6064)
VelocityActualint只读实际速度 (0x606C)
TorqueActualshort只读实际转矩，千分之额定 (0x6077)
TargetPositionint读写目标位置 (0x607A)
TargetVelocityint读写目标速度 (0x60FF)
TargetTorqueshort读写目标转矩，千分之额定 (0x6071)

示例:

var drv = slave.CoE.CiA402;

// 读取实际值
Console.WriteLine($"位置: {drv.PositionActual}");
Console.WriteLine($"速度: {drv.VelocityActual}");

// 写入目标值
drv.TargetPosition = 100000;
drv.TargetVelocity = 5000;

轮廓参数​

属性类型说明
ProfileVelocityuint轮廓速度 (0x6081)
ProfileAccelerationuint轮廓加速度 (0x6083)
ProfileDecelerationuint轮廓减速度 (0x6084)

示例:

var drv = slave.CoE.CiA402;
drv.ProfileVelocity = 10000;
drv.ProfileAcceleration = 50000;
drv.ProfileDeceleration = 50000;

极性与轮廓配置​

属性类型访问说明
Polaritybyte读写极性配置 (0x607E)。位 6 = 速度极性反转，位 7 = 位置极性反转
MotionProfileTypeshort读写运动轮廓类型 (0x6086)。0 = 梯形，1 = S 形
QuickStopDecelerationuint读写快速停止减速度 (0x6085)

示例:

var drv = slave.CoE.CiA402;

// 反转位置方向
drv.Polarity = 0x80;  // 位 7 = 位置极性反转

// 设置 S 形轮廓
drv.MotionProfileType = 1;

// 设置快速停止减速度
drv.QuickStopDeceleration = 100000;

触探功能 (Touch Probe)​

ConfigureTouchProbe(ushort function)​

public void ConfigureTouchProbe(ushort function)

配置触探功能 (0x60B8)。通过设置功能位启用/禁用触探及其触发条件。

参数:

  • function — 触探功能字。位 0 = 启用探针 1，位 1 = 上升沿/下降沿选择，等

相关属性:

  • TouchProbeStatus (ushort) — 触探状态 (0x60B9)，只读
  • TouchProbePositiveEdge (int) — 上升沿捕获位置 (0x60BA)，只读
  • TouchProbeNegativeEdge (int) — 下降沿捕获位置 (0x60BB)，只读

示例:

var drv = slave.CoE.CiA402;

// 启用触探 1，上升沿触发
drv.ConfigureTouchProbe(0x0001);

// 读取触探结果
if ((drv.TouchProbeStatus & 0x0002) != 0)  // 上升沿已捕获
{
    int capturedPos = drv.TouchProbePositiveEdge;
    Console.WriteLine($"触探捕获位置: {capturedPos}");
}

回零速度与加速度​

属性类型访问说明
HomingSpeedSearchuint读写回零搜索速度 (0x6099:01)，快速搜索参考信号
HomingSpeedZerouint读写回零零位速度 (0x6099:02)，慢速精确定位零位
HomingAccelerationuint读写回零加速度 (0x609A)

示例:

var drv = slave.CoE.CiA402;
drv.OperationMode = ModeCiA402.HM;
drv.HomingMethod = 1;

// 设置回零速度和加速度
drv.HomingSpeedSearch = 5000;   // 搜索速度
drv.HomingSpeedZero = 500;      // 零位速度
drv.HomingAcceleration = 10000; // 回零加速度

扩展运动参数​

属性类型访问说明
MaxTorqueushort读写最大转矩 (0x6072)，千分之额定转矩
MotorRatedTorqueuint读写电机额定转矩 (0x6076)，单位 mNm
PositionOffsetint读写位置偏移 (0x60B0)，CSP 模式下叠加到目标位置
VelocityOffsetint读写速度偏移 (0x60B1)，CSV 模式下叠加到目标速度
InterpolationTimePeriodValuebyte读写插补时间周期值 (0x60C2:01)
InterpolationTimePeriodIndexsbyte读写插补时间周期指数 (0x60C2:02)，实际周期 = Value x 10^Index 秒
QuickStopOptionCodeshort读写快速停止选项码 (0x605A)。0=禁用驱动, 1/2=减速停止, 5/6=减速后保持在 QuickStopActive

示例:

var drv = slave.CoE.CiA402;

// 转矩配置
drv.MaxTorque = 1000;          // 最大转矩 = 100% 额定
uint rated = drv.MotorRatedTorque;

// CSP 模式偏移叠加
drv.PositionOffset = 100;      // 位置附加偏移
drv.VelocityOffset = 50;       // 速度附加偏移

// 插补时间周期 (1ms = 1 × 10^(-3) 秒)
drv.InterpolationTimePeriodValue = 1;
drv.InterpolationTimePeriodIndex = -3;

// 快速停止选项 (5=减速后保持, 允许直接恢复)
drv.QuickStopOptionCode = 5;

力矩限制​

属性类型访问说明
PositiveTorqueLimitushort读写正方向力矩限制 (0x60E0)，千分之额定转矩
NegativeTorqueLimitushort读写负方向力矩限制 (0x60E1)，千分之额定转矩

示例:

var drv = slave.CoE.CiA402;

// 限制正负方向转矩为额定的 50%
drv.PositiveTorqueLimit = 500;
drv.NegativeTorqueLimit = 500;

数字 IO​

属性类型访问说明
DigitalInputsuint只读数字输入 (0x60FD)，32 位位图
DigitalOutputsuint读写数字输出 (0x60FE)，32 位位图

示例:

var drv = slave.CoE.CiA402;

// 读取数字输入
uint inputs = drv.DigitalInputs;
bool limitSwitch = (inputs & 0x01) != 0;  // 位 0

// 设置数字输出
drv.DigitalOutputs = 0x03;  // 输出位 0 和位 1

软件位置限位​

属性类型访问说明
SoftwarePositionLimitMinint读写软件位置限位下限 (0x607D:01)
SoftwarePositionLimitMaxint读写软件位置限位上限 (0x607D:02)

示例:

var drv = slave.CoE.CiA402;

// 设置运动范围限制
drv.SoftwarePositionLimitMin = -1000000;
drv.SoftwarePositionLimitMax = 1000000;

快速运动控制​

NewSetpoint(int position, bool relative = false)​

public void NewSetpoint(int position, bool relative = false)

PP 模式发送新定位命令。设置目标位置并触发 Controlword Bit 4 (New Setpoint)。

参数:

  • position — 目标位置
  • relative — true = 相对定位，false = 绝对定位（默认）

示例:

var drv = slave.CoE.CiA402;
drv.OperationMode = ModeCiA402.PP;
drv.ProfileVelocity = 10000;
drv.ProfileAcceleration = 50000;

// 在 PDO 回调中: 先使能，使能后发送定位命令
if (drv.StateDrive == StateCiA402.OperationEnabled)
{
    drv.NewSetpoint(100000);           // 绝对定位到 100000
    // drv.NewSetpoint(5000, true);    // 或相对移动 5000
}

ClearNewSetpoint()​

public void ClearNewSetpoint()

PP 模式清除 NewSetpoint 标志（Controlword Bit4=0）。在 TargetReached 后调用，完成 SetPointAck 握手。

示例:

if (drv.TargetReached)
{
    drv.ClearNewSetpoint();
}

StartHoming()​

public void StartHoming()

HM 模式启动回零。需先设置 HomingMethod。

相关属性:

  • HomingMethod (sbyte) — 回零方法 (0x6098)
  • HomeOffset (int) — 回零偏移 (0x607C)
  • HomingAttained (bool) — 回零完成 (Bit 12)
  • HomingError (bool) — 回零错误 (Bit 13)

示例:

var drv = slave.CoE.CiA402;
drv.OperationMode = ModeCiA402.HM;
drv.HomingMethod = 35;  // 当前位置回零

// 在 PDO 回调中:
if (drv.StateDrive == StateCiA402.OperationEnabled)
{
    drv.StartHoming();
    // 后续周期检查 drv.HomingAttained / drv.HomingError
}

标准对象索引常量​

可搭配 OD 属性访问或 slave.CoE.SDORead / SDOWrite 使用：

常量值说明
OD_CONTROLWORD0x6040控制字
OD_STATUSWORD0x6041状态字
OD_MODES_OF_OPERATION0x6060操作模式设置
OD_MODES_OF_OPERATION_DISPLAY0x6061操作模式显示
OD_TARGET_POSITION0x607A目标位置
OD_POSITION_ACTUAL0x6064实际位置
OD_TARGET_VELOCITY0x60FF目标速度
OD_VELOCITY_ACTUAL0x606C实际速度
OD_TARGET_TORQUE0x6071目标转矩
OD_TORQUE_ACTUAL0x6077实际转矩
OD_PROFILE_VELOCITY0x6081轮廓速度
OD_PROFILE_ACCELERATION0x6083轮廓加速度
OD_PROFILE_DECELERATION0x6084轮廓减速度
OD_MAX_TORQUE0x6072最大转矩
OD_MOTOR_RATED_TORQUE0x6076电机额定转矩
OD_HOME_OFFSET0x607C回零偏移
OD_SOFTWARE_POSITION_LIMIT0x607D软件位置限制
OD_POLARITY0x607E极性
OD_MAX_PROFILE_VELOCITY0x6080最大轮廓速度
OD_MOTION_PROFILE_TYPE0x6086运动轮廓类型
OD_HOMING_METHOD0x6098回零方法
OD_HOMING_SPEEDS0x6099回零速度
OD_HOMING_ACCELERATION0x609A回零加速度
OD_POSITION_OFFSET0x60B0位置偏移 (CSP)
OD_VELOCITY_OFFSET0x60B1速度偏移 (CSV)
OD_TORQUE_OFFSET0x60B2转矩偏移
OD_TOUCH_PROBE_FUNCTION0x60B8Touch Probe 功能控制
OD_TOUCH_PROBE_STATUS0x60B9Touch Probe 状态
OD_TOUCH_PROBE_POS_EDGE0x60BATouch Probe 正边沿位置
OD_TOUCH_PROBE_NEG_EDGE0x60BBTouch Probe 负边沿位置
OD_INTERPOLATION_TIME_PERIOD0x60C2插补时间周期
OD_DIGITAL_INPUTS0x60FD数字输入
OD_DIGITAL_OUTPUTS0x60FE数字输出
OD_QUICK_STOP_OPTION_CODE0x605A快速停止选项码
OD_QUICK_STOP_DECELERATION0x6085快速停止减速度
OD_SUPPORTED_DRIVE_MODES0x6502支持的驱动模式位掩码

控制字命令常量​

常量值说明
CW_SHUTDOWN0x06关机命令
CW_SWITCH_ON0x07开启命令
CW_ENABLE_OPERATION0x0F使能运行
CW_DISABLE_VOLTAGE0x00禁用电压
CW_QUICK_STOP0x02快速停止
CW_FAULT_RESET0x80故障复位
CW_HALT0x0100暂停位 (Bit 8, 暂停运动但不禁用)

状态字位掩码常量​

常量值说明
SW_READY_TO_SWITCH_ON0x0001 (Bit 0)准备就绪
SW_SWITCHED_ON0x0002 (Bit 1)已开启
SW_OPERATION_ENABLED0x0004 (Bit 2)运行使能
SW_FAULT0x0008 (Bit 3)故障
SW_VOLTAGE_ENABLED0x0010 (Bit 4)电压已使能
SW_QUICK_STOP0x0020 (Bit 5)快速停止
SW_SWITCH_ON_DISABLED0x0040 (Bit 6)开启已禁用
SW_WARNING0x0080 (Bit 7)警告
SW_REMOTE0x0200 (Bit 9)远程模式
SW_TARGET_REACHED0x0400 (Bit 10)目标已到达
SW_INTERNAL_LIMIT0x0800 (Bit 11)内部限位激活
SW_OP_MODE_SPECIFIC_10x1000 (Bit 12)模式相关位 1
SW_OP_MODE_SPECIFIC_20x2000 (Bit 13)模式相关位 2

驱动器信息​

SupportedDriveModes​

public uint SupportedDriveModes { get; }

支持的驱动模式位掩码 (0x6502, 只读)。Bit 0=PP, Bit 1=VL, Bit 2=PV, Bit 3=PT, Bit 5=HM, Bit 6=IP, Bit 7=CSP, Bit 8=CSV, Bit 9=CST。

IsModeSupported(ModeCiA402 mode)​

public bool IsModeSupported(ModeCiA402 mode)

检查驱动器是否支持指定操作模式。

参数:

  • mode — 要检查的操作模式

示例:

var drv = slave.CoE.CiA402;
if (drv.IsModeSupported(ModeCiA402.CSP))
    drv.OperationMode = ModeCiA402.CSP;

SupportedHomingMethods​

public sbyte[] SupportedHomingMethods { get; }

读取驱动器支持的回零方法列表 (0x60E3)。返回所有支持的回零方法编号数组。

示例:

var methods = drv.SupportedHomingMethods;
Console.WriteLine($"支持 {methods.Length} 种回零方法: {string.Join(", ", methods)}");

TxPDO 数据有效性​

TxPdoDataInvalid​

public bool TxPdoDataInvalid { get; }

TxPDO 数据是否无效 (0x603E)。非零表示驱动器 TxPDO 数据不可信，例如编码器未就绪时位置值无意义。

示例:

var drv = slave.CoE.CiA402;
if (!drv.TxPdoDataInvalid)
{
    int pos = drv.PositionActual;  // 数据有效，可安全使用
}

同步功能​

属性类型访问说明
SynchronizationSettingsushort读写同步设置 (0x60D9:01)，同步使能位掩码
DriveSyncStatusushort只读驱动同步状态 (0x60DA)，指示驱动器是否已同步到主站时钟

示例:

var drv = slave.CoE.CiA402;

// 读取驱动器同步状态
ushort syncStatus = drv.DriveSyncStatus;
Console.WriteLine($"同步状态: 0x{syncStatus:X4}");

// 配置同步设置
drv.SynchronizationSettings = 0x0001;

完整示例​

CSP 模式 — 周期同步位置控制​

var drv = slave.CoE.CiA402;
if (drv == null) return;

// 初始化 (OP 状态后调用一次)
drv.InitializePdoOffsets();
drv.OperationMode = ModeCiA402.CSP;

// 一次性使能 (内部完成完整状态机)
if (!drv.Enable()) { Console.WriteLine($"使能失败: {drv.StateDrive}"); return; }

// PDO 回调中每周期下发目标
master.Events.ProcessDataCyclicSync += (masterIndex) =>
{
    drv.TargetPosition = CalculateNextPosition();
};

PP 模式 — 轮廓位置控制​

var drv = slave.CoE.CiA402;
if (drv == null) return;

drv.InitializePdoOffsets();
drv.OperationMode = ModeCiA402.PP;
drv.ProfileVelocity = 10000;
drv.ProfileAcceleration = 50000;
drv.ProfileDeceleration = 50000;

// 一次性使能
if (!drv.Enable()) { Console.WriteLine($"使能失败: {drv.StateDrive}"); return; }

// 发送定位命令
drv.NewSetpoint(100000);

// 在 PDO 回调中等待目标到达后清标志
bool homing = false;
master.Events.ProcessDataCyclicSync += (masterIndex) =>
{
    if (!homing && drv.TargetReached)
    {
        drv.ClearNewSetpoint();
        homing = true;
    }
};