風能作為一種高效、清潔、可再生的能源，越來越受到世界各國的重視，中國新能源戰略把大力發展風力發電設為重點。近幾年，由于風能的諸多優點以及國家政策的大力支持，國內風力發電行業得到了快速的發展。風力發電系統中各個設備之間需要通信，CAN總線是國際風電行業中流行而且應用成熟的通信方式，基于CAN總線應用層的CANopen協議對所有設備做出了“設備級”的規范。大部分國外的變流器設備通過CANopen接口與風電系統中的其他設備進行通信，因此，為了替代國外的變流器，實現變流器設備自主化，就要求國內廠商的變流器提供CANopen接口。
    本期文章將介紹如何利用XGate-COP10模塊設計風電變流器的CANopen從站接口。
1 XGate-COP10簡介
    XGate-COP10是一款CANopen從站協議轉換模塊，內部集成了CANopen從站協議棧，遵循CiA DS301 V4.02進行設計，其內部集成了網絡管理（NMT）、服務數據（SDO）、過程數據（PDO）、錯誤管理等功能。同時也遵循了DS303-3指示燈以及DS305層設置（LSS）等相關協議，使模塊功能更強大。所有的功能均通過CiA提供的一致性測試軟件的測試，保證了與其他CANopen設備良好的兼容性。
    XGate-COP10為DIP24封裝，擁有較小的占位面積(6 cm2)，非常容易集成到用戶設備中，其外觀如圖1所示。

2 變流器CANopen接口硬件設計
    XGate-COP10硬件設計框圖如圖2所示。

    變流器控制板的MCU與XGate-COP10通過串口(TTL電平)進行連接。用戶可以使用MCU的一個I/O口連接到XGate-COP10的復位引腳(/RST)實現對模塊的復位控制。某些情況下還需要把XGate-COP10中斷信號輸出引腳連接到變頻器的中斷輸入引腳，以便及時處理RPDO數據。MCU只需要預留1路串口、1路中斷輸入和1個I/O口即可。對于XGate-COP10來說，由于其內部未集成CAN收發器，推薦使用帶隔離的CAN收發器模塊CTM8251T。XGate-COP10采用的是標準的CANopen協議，這里使用外接DIP開關來設置設備的節點地址和波特率，以及外接LED指示燈來指示當前模塊的CANopen狀態。
3 風電變流器參數資源分配
    對于實時數據，XGate-COP10有96 B的輸入和96 B的輸出存儲區供用戶使用，這些存儲區可以用于變流器的各項實時參數與其他CANopen設備之間的數據交換。
    對于非實時數據，XGate-COP10提供了直接訪問對象字典的串口命令，用戶可以通過該命令對模塊的對象字典進行讀寫，實現變流器對CANopen網絡中非實時參數的訪問。
    這樣，CANopen主站設備或其他設備和變流器的之間通信就變得十分方便。
    (1)資源分配
    變流器相關參數在XGate-COP10存儲區的分配情況如表1所示，用戶只需要把數據寫入XGate-COP10數據輸入存儲區，XGate-COP10就會按照CANopen協議的定義對數據進解析處理。同樣來自CANopen網絡中控制信息也會經過解析之后存放于數據輸出區，用戶只需要從輸出區讀出即可。

    (2)實時數據傳輸配置
    XGate-COP10中最多支持12個RPDO和12個TPDO數據的傳輸，并且PDO數據可映射到數據存儲區的任意數據區，其數據映射示例如表2和表3所示。

4 變流器控制器MCU對XGate-COP10的操作
    XGate-COP10提供了一個串口與變流器控制器MCU進行連接。為了方便用戶快速可靠地實現模塊與MCU通信，廣州致遠電子有限公司提供了XGate-COP10串口協議的驅動源碼。當XGate-COP10的輸出內存區接收到CANopen網絡中的實時數據之后就會立即向用戶MCU產生一個中斷，此時用戶可以通過UART發送相關命令字讀取數據輸出區的內容。用戶可將實時更新的傳感器數據寫入輸入緩沖區，XGate-COP10自動發送至主站或者其他從站設備。用戶程序軟件操作流程示例如圖3所示。

    經過以上步驟，快速地實現了風電變流器的CANopen接口，并能與其他CANopen設備進行通信。XGate-COP10的出現，使開發者不再為開發CANopen協議棧而苦惱，大大縮短了開發周期。相信在XGate-COP10的幫助下，你能獲得更大的成功。
    廣州致遠電子有限公司提供各種接口的CANopen接口卡、CANopen終端設備(包括數據采集、電機控制等)、CANopen分析儀、網關及網橋、OPC服務器以及基于CANopen協議的整套組網方案及應用開發。