Microsoft Word - AN-JON-1-701_Learning_CANopen_from_EPOS_and_CANsetter_V1.2_JP.doc

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たかよしつちた
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1 Version /03/15 Restrictions Abstract Public Document このアプリケーションノートでは maxon motor 社の CANopen 対応モータコントロールデバイス EPOS を Vector 社の CANsetter を用いて制御する手順を解説しています実デバイスの基本動作や CANopen プロトコルの基本概念を理解することを目的としています目次 1.0 概要 CANsetter でコンフィギュレーションデータを作成 <Topology> Window にノードを配置 EPOS の初期化 ( 共通部分 ) EPOS の初期化 (Profile Position Mode) デフォルト Receive PDO の確認と設定変更デフォルト Transmit PDO の確認と設定変更 PDO List による PDO Linking の確認 Error Control サービスの設定 CANsetter の CAN 通信速度設定 CANsetter プロジェクトを保存ハードウェアの設定 EPOS のハードウェアリファレンスに従って設定する電源 CAN バスを準備 CANalyzer で使用する CAN I/F の通信速度を設定デバイスの Boot-Up CANalyzer 測定スタート EPOS 電源 ON CANsetter コネクト CANsetter からのコンフィギュレーションとデバイスのスタートコンフィギュレーションコンフィギュレーション結果の確認デバイススタート PDO による制御 Object Dictionary の操作による直接制御回転速度の変更動作制御の変更 CANopen プロトコルの基本動作確認 SYNC Object による PDO 送信 Error Control プロトコルの変更 Emergency Object 関連資料...11 Copyright ベクタージャパン株式会社 Contact Information: or

2 10.0 連絡先

1.0 概要このアプリケーションノートでは maxon motor 社のモータコントロールデバイス EPOS を CANopen プロトコルに則って制御する手順の一例を解説しています EPOS でモータを動かすまでの手順を段階的に解説していますが使用するソフトウェアおよびハードウェアの操作や設定に関しては必要に応じて各製品のマニュアル等をご参照くださいまた CANopen

本書で取り上げているものと異なる場合があります ) Vector 社 CANalyzer.CANopen (CANsetter 同梱 ) および PC 用 CAN インターフェイス (CANcardXL など ) CANalyzer option CANopen が動作する Windows 搭載 PC ネットワークの概要 : CANopen ネットワークの構成は EPOS, CANalyzer.

3 1.0 概要このアプリケーションノートでは maxon motor 社のモータコントロールデバイス EPOS を CANopen プロトコルに則って制御する手順の一例を解説しています EPOS でモータを動かすまでの手順を段階的に解説していますが使用するソフトウェアおよびハードウェアの操作や設定に関しては必要に応じて各製品のマニュアル等をご参照くださいまた CANopen プロトコル自体は解説していませんのでプロトコルの基本知識や用語に関しては CiA の CANopen 規格書またはベクターの関連資料等をご参照下さい使用環境 : maxon motor 社 EPOS 24/5 およびエンコーダ付きモータ (EPOS の EDS は maxon motor の EPOS_UserInterface ソフトウェアで生成しますので本書で取り上げているものと異なる場合があります ) Vector 社 CANalyzer.CANopen (CANsetter 同梱 ) および PC 用 CAN インターフェイス (CANcardXL など ) CANalyzer option CANopen が動作する Windows 搭載 PC ネットワークの概要 : CANopen ネットワークの構成は EPOS, CANalyzer.CANopen, CANsetter の 3 ノードになります CANopen ネットワークに必須の NMT-Master は CANsetter または CANalyzer.CANopen が代役になります CAN 通信速度 (Baud rate) は 1Mbps です EPOS およびモータモータ自体のチューニングは maxon motor の EPOS_UserInterface ソフトウェアを使用して個別に実施してください EPOS によるモータ制御は Position Profile Mode を使用します CANalyzer.CANopen 特に Node-ID は定義しませんバス上に流れる CANopen メッセージの解析を行います CANopen 規格の SDO 通信を用いてデバイスの Object Dictionary を直接 Read/Write する制御を行います CANalyzer の CAPL, Interactive Generator Block, Log/Replay 機能などを使い PDO でのデバイス制御を行います CANsetter CANsetter の Node-ID はデフォルトの 0x7F を利用します実ネットワーク構築前の EPOS コンフィギュレーションデータを作成します実デバイスの設定データ (DCF) をダウンロードする CANopen コンフィギュレータの役割を担います実デバイスに NMT メッセージを送って動作を開始させる NMT マスターの役割を担います CANalyzer.CANopen EDS DCF CANsetter EPOS 図 1: EPOS とベクター社ソフトウェアの相関 3

参考資料 : マクソンジャパン株式会社のアプリケーションノート EPOS Position Controller デバイスプログラミング各 EPOS 用のハードウェアリファレンス 2.

画像 ) も入手していればファイルを指定してください ( 画像は必須ではありません ) 図 2: CANsetter の設定画面 <Topology> <Node Configuration> 2.

4 参考資料 : マクソンジャパン株式会社のアプリケーションノート EPOS Position Controller デバイスプログラミング各 EPOS 用のハードウェアリファレンス 2.0 CANsetter でコンフィギュレーションデータを作成市販されている CANopen デバイスはエンドユーザまたはシステム設計者が自分の設計するネットワークシステムの要件に応じてカスタマイズ ( コンフィギュレート ) して利用しますここでは CANopen 用デバイスコンフィギュレーションソフトである CANsetter を使い EPOS を Profile Position Mode で利用するための初期設定情報をオフラインで作成します 2.1 <Topology> Window にノードを配置 <Topology> Window に新規ノードを作成します今回は EPOS のみです <Node Configuration> ダイアログで Node-ID=0x10, EPOS の EDS を指定します EPOS の製品写真 (bmp 画像 ) も入手していればファイルを指定してください ( 画像は必須ではありません ) 図 2: CANsetter の設定画面 <Topology> <Node Configuration> 2.2 EPOS の初期化 ( 共通部分 ) <Device Access> ダイアログの <Object Dictionary> タブで該当するオブジェクトの初期値を変更してください各項目の詳細は maxon motor の Application Note EPOS Position Controller デバイスプログラミングの P3: はじめにに従ってください RS-232C/CAN の Bit rate は設定不要ですモータ仕様による部分の初期値は maxon motor の EPOS_UserInterface アプリケーションを利用してください図 3: CANsetter の設定画面 <Device Access> 4

5 2.3 EPOS の初期化 (Profile Position Mode) <Object Dictionary> タブで P4:Profile Position Mode に従い該当するオブジェクトの初期値を変更してください設定箇所は Object Name: Controlword (Shutdown) までです Profile Position Mode 以外についても Application Note の該当ページに従って初期値を設定してください 2.4 デフォルト Receive PDO の確認と設定変更 <Object Dictionary> タブで以下の初期値を確認します RPDO Communication Parameter (Index: 0x1400 ~ Sub-index あり ) RPDO Mapping Parameter (Index: 0x1600 ~ Sub-index あり ) Communication Parameter Sub-index:0x01 COB-ID の先頭ビットが `1 であれば Invalid です下記のような表を作成すると確認しやすいでしょう表中の赤字部分は Object Dictionary のエントリです RPDO 0 RPDO 1 RPDO 2 Mapping Parameter COB-ID x x x Velocity Mode Setting Value 0x x x x Control Word Target Velocity 0x x x x Control Word Modes of Operation 表 1: RPDO のマッピングパラメータ (1) Profile Position Mode Position Mode の場合 Mapped Object として以下の設定を必要とします 0x607A: Target Position 0x6040: Controlword 必要なパラメータを受信させるように変更を加えます以下はその例です RPDO 0 と 2 を有効化し Velocity Mode Setting Value を Target Position に変更します CANsetter では Communication Parameter の変更を Symbolic に扱うことができます RPDO 0 RPDO 1 RPDO 2 Mapping Parameter COB-ID x x x200 Target Position 0x x x x Control Word Target Velocity 0x x x x400 Control Word Modes of Operation 表 2: RPDO のマッピングパラメータ (2) 注意 : この章では CANsetter を利用して EDS から DCF (Device Configuration File) を作成することを主眼にしていますですので実機の EPOS はまだ何も操作していませんあくまでも机上で設定情報を予め作成しているにすぎませんし CANsetter はこういった目的のツールでもあります実際に CANopen デバイスを対象として PDO ( 送信側も受信側も ) の Communication Parameter と Mapping Parameter を書き換える場合にはいくつかのルールがあります Operational 状態 (PDO でやりとりをしている最中 ) ではこれらのパラメータを変更できないできるものもあります Communication Parameter の COB-ID を変更する際はまず同じエントリの Valid フラグを一旦 Invalid に設定する Mapping Parameter を変更する場合は Sub-index 0x00 の number of mapped objects を一旦 0x00 に設定する 5

6 2.5 デフォルト Transmit PDO の確認と設定変更受信側と同様に以下の初期値を確認します TPDO Communication Parameter (Index: 0x1800 ~ Sub-index あり ) TPDO Mapping Parameter (Index: 0x1A00 ~ Sub-index あり ) 送信側は Transmission Type (Index: 0x1A0X Sub-index 0x02) が重要です TPDO 0 TPDO 1 TPDO 2 Mapping Parameter COB-ID TT x x1A x1A x Velocity Actual Value Position Actual Value 0x x1A x1A x1A x Current Actual Value Analog Input -1 Analog Input -2 0x x1A x1A x Modes of Operation Status Word Display 表 3: TPDO のマッピングパラメータ (1) Profile Position Mode Position Mode の場合 Mapped Object として以下の設定を必要とします 0x6064: Position Actual Value 0x6041: Status Word これらの情報を得るため TPDO 0 と 2 を有効化しますまた現在位置情報を定期的に報告させるように Position Actual Value を含む PDO の Communication Parameter の以下の項目も変更します 0x1800-0x02: TPDO0 の Transmission Type = 254 (Manufacture Specific Event ( 次の Event Timer) に従います ) 0x1800-0x05: TPDO0 の Event Timer = 100ms 0x1802-0x02: TPDO2 の Transmission Type = 1 (SYNC object 1 をトリガとします ) TPDO 0 TPDO 1 TPDO 2 Mapping Parameter COB-ID TT x x1A x1A x Velocity Actual Value Position Actual Value 0x x1A x1A x1A x Current Actual Value Analog Input -1 Analog Input -2 0x x1A x1A x380 1 Modes of Operation Status Word Display 表 4: TPDO のマッピングパラメータ (2) 2.6 PDO List による PDO Linking の確認 CANsetter の PDO List で PDO 送受信関係 (Linking) を確認します上記手順で変更した内容が反映されているか確認してください PDO の送信イベント (Communication Parameter による ) および扱う Process Data のリスト (Mapping Parameter による ) は CANopen ネットワークコンフィギュレータの ProCANopen の場合送受信オブジェクト同士をマウスで結びつける <Graphic Connection> 機能を利用して行うことができます今回の場合 EPOS 1 の通信相手としての CANalyzer は厳密には CANopen デバイスをエミュレートしていないので直接 EPOS の Object Dictionary を CANsetter で書き換える方法を採っています 2.7 Error Control サービスの設定 EPOS はノードステータス知らせるために Guarding と Heartbeat をサポートしていますここではリクエストが不要な Heartbeat を採用します Object 0x1017:Producer Heartbeat Time に msec. 単位で送信周期を設定してください 6

後述する CANalyzer. CANopen の機能 <CO Scanner> はこの情報を監視してノードステータスを更新します今回は 1000msec.(1 秒 ) とします Heartbeat Consumer は特に用意していません CANalyzer の <CO Scanner> で確認できますので Heartbeat Consumer の代用とします 2.

7 後述する CANalyzer. CANopen の機能 <CO Scanner> はこの情報を監視してノードステータスを更新します今回は 1000msec.(1 秒 ) とします Heartbeat Consumer は特に用意していません CANalyzer の <CO Scanner> で確認できますので Heartbeat Consumer の代用とします 2.8 CANsetter の CAN 通信速度設定メニュー <Options> <Settings...> で <Settings> ダイアログを表示しますここでは Baud rate を 1000kbps に設定してください図 4: CANsetter の通信速度設定 2.9 CANsetter プロジェクトを保存保存することで自動的に CAN メッセージデータベース PRJDB.dbc が作成されますこのメッセージデータベースはベクター社のツールで利用できます同時に EPOS 用 DCF (Device Configuration File) も生成されます 3.0 ハードウェアの設定 3.1 EPOS のハードウェアリファレンスに従って設定する使用する EPOS に応じて maxon motor から提供されるハードウェアリファレンスを参照してください CAN Bit rate (Baud rate): 1000kbps Node-ID: 0x 電源 CAN バスを準備 CAN 終端抵抗に注意が必要です maxon motor からは EPOS に直接接続するタイプが提供されていますベクターからは両端に D-sub 9 ピンの抵抗 (120Ω 2) を内蔵したケーブルが提供されています 3.3 CANalyzer で使用する CAN I/F の通信速度を設定メニュー < 設定 > < ハードウェア設定 > で < ハードウェア設定 > ダイアログを表示します CAN 1 または CAN 2 どちらか一方の CANopen settings (CANopen オプションがインストールされている場合 ) から 1000kBit/sec を選択します <OK> ボタンでダイアログを閉じる際に一方の CAN ポートについても同様な設定を行ってください CAN メッセージデータベースはメニュー < ファイル > < データベースを関連づけ...> で CANsetter で生成された PRJDB.dbc を割り当てます 7

8 図 5: CANalyzer の通信速度設定 4.0 デバイスの Boot-Up 電源および終端抵抗を含めて CAN バスの接続を確認した後ブートアップを行います手順は以下のとおりです 4.1 CANalyzer 測定スタート <PF9> キー押下または < カミナリ > アイコンをクリックすると CANalyzer の計測がスタートします図 6: CANalyzer メニューバーのカミナリアイコン 4.2 EPOS 電源 ON CANalyzer < トレース > Window に Boot-up メッセージ <CO Scanner> にも Boot-up その後 Pre-operational 状態に遷移します 4.3 CANsetter コネクトメニュー <Network> <Connect> CANsetter 右下の <CAN コネクタ > アイコンが接続状態に変ります ( 右図参照 ) CANalyzer < トレース > Window に Dynamic SDO のメッセージが表示されます (SDO Manager を探しています ) <CO Scanner> に Boot-up メッセージが表示されます CANsetter は Node-ID を持っていますがデバイスではないので Pre-operational には遷移しませんここまでで電源と CAN の物理的な接続 / 通信速度 EPOS が CANopen デバイスとして動作できていることが確認できます 5.0 CANsetter からのコンフィギュレーションとデバイスのスタート 2.0 章で予め作成したコンフィギュレーションデータ (DCF に格納されています ) を実デバイス (EPOS) にダウンロードすることでカスタマイズ結果を反映させます手順は以下のとおりです 5.1 コンフィギュレーションメニュー <Network> <Download Configuration> または < ダウンロード > アイコン (Executes Download) で実行します 8

9 Place all nodes in pre-operational state Start all network nodes in operational state Executes Download 図 7: CANsetter のメニューバーアイコン CANalyzer の < トレース > Window に各デバイスに対する SDO 通信の状況が表示されます 5.2 コンフィギュレーション結果の確認 CANsetter の <Device Access> ダイアログで 2.0 章で作成した設定値が実デバイスに書き込まれているか確認できます 5.3 デバイススタート CANsetter の < カミナリ > アイコン (Start All Nodes) でデバイスの動作を開始できます (Operational に遷移させます ) CANalyzer < トレース > Window に NMT メッセージ Start All Nodes が表示されます <CO Scanner> の EPOS が Operational 状態に遷移したことを確認できます CANalyzer < トレース > Window に表 4 の TPDO0 (COB-ID: 0x0210) が表示されますこの TPDO は 100ms 周期で送信されデータバイト 4~7 に Position Actual Value ( 現在位置 ) が格納されています EPOS の Object 0x6040: Controlword は 0x0006 の shutdown 状態であるのでモータを手で動かすことが可能になっていますここでモータを手で回転させると TPDO で送られてくる Position Actual Value が回転させた位置に応じて変化することも確認できます 6.0 PDO による制御 2.0 章で設定変更し 5.0 章でコンフィギュレーションされた結果 PDO による EPOS の基本制御は以下のようになっています PDO による制御なので EPOS が Operational 状態でのみ有効です表 2 を参照してください次の位置情報の指示 (EPOS にとっては RPDO) PDO0 : COB-ID (CAN メッセージ ID) = 0x200 = 0x210 : Data Byte0~3 (Target Position) = 位置情報与えた位置までの動作させるトリガ PDO2 : COB-ID = 0x400 = 0x410 : Data Byte 0 1 (Controlword) = 制御コマンド下記 Controlword の例参照 Data Byre 2 (Modes of Operation) = 0x01 Profile Position Mode モード情報を常に書き込む Controlword の例詳細は CiA DS-402 を参照 0x0006 : Shutdown 0x0007 : Disable 0x000B :QuickStop 0x000F : Enable 0x001F : Absolute Positioning 0x003F : Absolute Positioning Start Immediately 0x007F : Relative Positioning 0x005F : Relative Positioning Start Immediately CANalyzer からの PDO 送信で制御する手順 (Interactive Generator Block による ) の例を以下に示します制御自体は Profile Position Mode の場合位置情報の指定動作開始を繰り返すだけです 9

IG では CAN メッセージデータベース中に該当する上記 PDO を選択し同じ周期で周期送信するように設定すると位置情報を変化させて動かすことができます位置情報の変化は RPDO0 (0x210) の Target Position を IG の < 波形生成 > 機能を利用して変化させます図 8: IG のシグナル波形生成動作トリガになる RPDO2 は Controlword

10 IG では CAN メッセージデータベース中に該当する上記 PDO を選択し同じ周期で周期送信するように設定すると位置情報を変化させて動かすことができます位置情報の変化は RPDO0 (0x210) の Target Position を IG の < 波形生成 > 機能を利用して変化させます図 8: IG のシグナル波形生成動作トリガになる RPDO2 は Controlword に 0x001F (Absolute Positioning) を設定し Modes of Operation に 0x01 を設定します送信周期は 100ms 程度動作速度は 1 章の 3 で設定した Object 0x6081:Profile Velocity によります次の位置指定と回転速度によっては RPDO2 の送信周期内で移動できない場合があることに注意してください 7.0 Object Dictionary の操作による直接制御この直接制御は CANopen デバイスが Object Dictionary の値に基づいて動作していることを確認することが目的です実際のシステム運用時のデバイス制御において SDO による制御を推奨するものではありません 7.1 回転速度の変更 6.0 の <Interactive Generator Block> による制御を動作させたままモータの回転速度を変化させます CANsetter がコネクト状態になっていることを確認し <Device Access> ダイアログで Object 0x6081:Profile Velocity を変更します 7.2 動作制御の変更 EPOS はモータの動作制御のためのパラメータを Object Dictionary 内の Manufacturer Specific 領域に用意していますここで言う Manufacturer Specific 領域とは Object Dictionary のエントリ 0x2000 番台ではなく DS-402 内で定義されている領域を指します 0x60FB : Position Control Parameter Set Sub-Index 0x05 : acceleration feed forward factor ( 加速度フィードフォワード ) エントリの詳細は maxon motor EPOS Firmware Specification ( 英 ) の Object Dictionary の解説を参照してください制御の仕組みについては Application Node フィードフォワード位置制御 ( 和 ) を参照してください CANsetter の <Device Access> ダイアログで Object 0x60FB-0x05:acceleration feed forward factor を変更することで指定位置での停止動作が変化します 8.0 CANopen プロトコルの基本動作確認モータ制御とは直接関係ありませんが CANopen プロトコルで規定されている動作 ( 通信 ) の変更を試します 8.1 SYNC Object による PDO 送信 2.5 で定義した TPDO2 は SYNC Object を送信トリガとしています CANalyzer の <Interactive Generator Block> で SYNC Object (COB-ID: 0x080) を周期送信 ( 例えば 100ms 周期 ) とすることで EPOS から SYNC Object に同期した PDO が送信されることを確認できます 10

11 8.2 Error Control プロトコルの変更 2.7 では Error Control プロトコルを Heartbeat としましたこれを Guarding に変更します Guarding に必要な設定は以下のとおりです 0x100C : Guard Time (msec 単位で指定 ) 0x100D : Life Time Factor Guarding を採用する際 NMT スレーブデバイス ( 状態を監視されるデバイス ) では Guard リクエストの周期送信を監視する必要がありますこの監視時間 (= Guard Time Life Time Factor) を上記のエントリで指定します Guard Time > 0 に設定すると Guarding が適用されますなおこの場合 Object 0x1017:Producer Heartbeat Time を 0 にする必要があります CANopen 規格では Guarding と Heartbeat は排他選択となっているためです NMT スレーブデバイス側は上記の設定で Guarding 採用デバイスとなり NMT マスタデバイスからの Guarding リクエストを待つことになります今回は CANalyzer の <Interactive Generator Block> を利用して Guarding リクエストを送信します Node-ID 0x10 への Guarding リクエストは COB-ID:0x710 (0x700 ) で DLC=2 (Guarding レスポンスのデータ長 ) フレーム =Remote で周期送信させますこの時の周期はスレーブデバイス側の Guard Time より短い周期で設定します 8.3 Emergency Object EPOS は Emergency Object の機能も実装しています最も簡単な確認方法をしては CANalyzer で測定中に EPOS の電源を切ることです EPOS はその際パワーダウンを知らせる EMCY Object を送信しますので EMCY Object (COB-ID:0x080 = 0x090) が CANalyzer の < トレース > Window で確認できます 9.0 関連資料 maxon motor Application Note EPOS Position Controller デバイスプログラミング各 EPOS 用のハードウェアリファレンス Vector Application Note AN-JON はじめての CANopen AN-JON Introduction to CANopen 11

12 10.0 連絡先ベクタージャパン株式会社 ( 東京本社 ) 東京都品川区東品川天王洲郵船ビル 16F ( 名古屋支社 ) 愛知県名古屋市中区栄 KDX 名古屋栄ビル 9F URL: 営業部 ( 東京 ) TEL: FAX: ( 名古屋 ) TEL: FAX: sales@jp.vector.com オープンネットワーク部 ( 東京 ) TEL: CANopen@jp.vector.com 12

maxon hat den richtigen drive

maxon hat den richtigen drive ようこそ! EPOS( エポス ) へ maxon has the right drive EPOS とはどんな製品か? Easy To Use POsitioning System スタートアップが簡単理解が容易動作開始までの手順がわずかシンプルな設定とコマンドアドバンスドテクノロジー低価格 by maxon Japan, November 2010 EPOS の概要, page 2