CANOpen 기반의 모터 제어 (CiA 402)

CANOpen 기반의 모터 제어 (CiA 402)

개요

CiA 402(IEC 61800-7-201) 프로파일은 CANOpen을 기반으로 서보 모터 및 인버터 등의 모터 제어 시스템을 표준화하는 데 사용됩니다. 이 프로파일은 다양한 모드에서 모터를 제어할 수 있도록 설계되었으며, 이를 통해 산업 자동화 시스템에서 효율적인 모터 구동을 가능하게 합니다.

본 장에서는 CiA 402 프로파일의 기본 개념과 주요 기능을 소개하고, STM32F429와 STM32CubeIDE 및 HAL을 활용하여 CiA 402 기반의 모터 제어를 구현하는 방법을 살펴보겠습니다.

CiA 402의 주요 개념

CiA 402는 모터 제어를 위한 상태 기계(state machine)를 정의하며, 다음과 같은 주요 동작 모드를 포함합니다.

• Profile Position Mode: 목표 위치까지 모터를 이동시키는 모드
• Profile Velocity Mode: 지정된 속도로 모터를 회전시키는 모드
• Profile Torque Mode: 특정 토크 값을 유지하며 제어하는 모드
• Homing Mode: 모터의 기준점(Zero Position)을 찾는 모드
• Cyclic Synchronous Position (CSP) Mode: 실시간으로 목표 위치를 조정하는 모드
• Cyclic Synchronous Velocity (CSV) Mode: 실시간 속도 제어 모드
• Cyclic Synchronous Torque (CST) Mode: 실시간 토크 제어 모드

CiA 402 프로파일을 적용한 장치는 위와 같은 다양한 모드를 활용하여 정밀한 모터 제어를 수행할 수 있습니다.

CiA 402 상태 기계

CiA 402 상태 기계는 모터 드라이브의 상태를 관리하며, 아래와 같은 주요 상태를 포함합니다.

1. Not Ready to Switch On: 초기화되지 않은 상태
2. Switch On Disabled: 하드웨어 오류 등이 발생하여 실행할 수 없는 상태
3. Ready to Switch On: 구동 준비가 완료된 상태
4. Switched On: 동작이 가능하지만 아직 활성화되지 않은 상태
5. Operation Enabled: 정상적으로 모터가 작동할 수 있는 상태
6. Fault: 오류가 발생한 상태

이러한 상태 전이는 Control Word(제어 워드) 및 Status Word(상태 워드)를 이용하여 제어됩니다.

STM32에서 CiA 402 기반 모터 제어 구현

STM32F429와 STM32CubeIDE, HAL 라이브러리를 활용하여 CiA 402 기반의 모터 제어를 구현하는 방법을 설명하겠습니다.

1. 하드웨어 구성

• STM32F429 개발 보드
• CAN 트랜시버 (MCP2551 또는 TJA1050 등)
• BLDC 또는 서보 모터
• CANOpen 지원 모터 드라이버

2. 소프트웨어 설정

1. STM32CubeMX에서 CAN 설정
   • CAN Peripheral 활성화
   • CAN 필터 및 Baudrate 설정 (1Mbps 추천)
2. CANOpen 스택 적용
   • CANopenNode 또는 CANFestival 등의 오픈소스 CANOpen 스택을 활용하여 통신 구현
3. CiA 402 제어 코드 작성
   • Control Word를 이용한 상태 전이 관리
   • PDO를 통한 실시간 데이터 전송
   • SDO를 활용한 매개변수 설정

3. 예제 코드 (HAL 기반 CANOpen 제어)

void sendCANMessage(uint16_t cob_id, uint8_t* data, uint8_t length) {
    CAN_TxHeaderTypeDef txHeader;
    uint32_t txMailbox;

    txHeader.StdId = cob_id;
    txHeader.IDE = CAN_ID_STD;
    txHeader.RTR = CAN_RTR_DATA;
    txHeader.DLC = length;

    HAL_CAN_AddTxMessage(&hcan1, &txHeader, data, &txMailbox);
}

void setMotorControlWord(uint16_t controlWord) {
    uint8_t data[2];
    data[0] = controlWord & 0xFF;
    data[1] = (controlWord >> 8) & 0xFF;
    sendCANMessage(0x6040, data, 2);
}

결론

CiA 402는 다양한 모터 제어 기능을 제공하며, CANOpen을 기반으로 하는 산업 자동화 시스템에서 널리 사용됩니다. STM32F429를 이용하여 CANOpen 기반 모터 제어를 구현하면, 효율적인 실시간 제어 및 정밀한 모션 컨트롤을 수행할 수 있습니다. 이를 위해 CANOpen 스택과 HAL 라이브러리를 조합하여 구현하는 것이 핵심이며, 상태 기계 및 제어 워드를 정확하게 이해하는 것이 중요합니다.