CiA 402: Antriebsprofil und State Machine
Was ist CiA 402?
CiA 402 ist das standardisierte Antriebsprofil für Servo-, Frequenzumrichter- und Schrittmotorantriebe gemäß IEC 61800-7-201. Es definiert eine einheitliche Zustandsmaschine (Finite State Automaton), standardisierte Betriebsarten und ein gemeinsames Object Dictionary — unabhängig vom Hersteller und dem verwendeten Feldbus (CANopen, EtherCAT CoE, POWERLINK).
Warum ist das wichtig?
Ohne ein standardisiertes Antriebsprofil müsste jeder Antrieb mit herstellerspezifischen Befehlen, Zuständen und Parametern angesteuert werden. CiA 402 schafft eine gemeinsame Sprache:
- Herstellerübergreifende Steuerung — ein EtherCAT-Master kann Antriebe verschiedener Hersteller mit denselben Befehlen ansteuern
- Standardisierte Inbetriebnahme — Ingenieure lernen eine State Machine, die bei allen CiA-402-konformen Antrieben identisch funktioniert
- Reduzierter Integrationsaufwand — standardisierte PDO-Mappings, Fehlercodes und Verhaltensweisen verkürzen die Entwicklungszeit
- Zukunftssicherheit — der Standard wird von der CAN in Automation (CiA) gepflegt und ist in der IEC 61800-Normenfamilie verankert
Wie funktioniert es?
Die Zustandsmaschine (8 Zustände, 16 Transitionen):
Der Kern von CiA 402 ist eine Zustandsmaschine, die den Betriebszustand des Antriebs steuert. Nur im Zustand „Operation Enabled" kann der Motor tatsächlich bewegt werden. Die wichtigsten Zustände:
- Switch On Disabled — Antrieb initialisiert, Leistungsstufe deaktiviert
- Ready To Switch On — Bereit zur Aktivierung der Leistungsstufe
- Switched On — Leistungsstufe aktiv, aber Motorregelung noch nicht freigegeben
- Operation Enabled — Volle Regelung aktiv, Motor kann bewegt werden
- Quick Stop Active — Kontrollierte Schnellbremsung läuft
- Fault — Fehler aufgetreten, Antrieb gesperrt; nur durch Fault Reset rücksetzbar
Controlword und Statusword:
Die Steuerung erfolgt über zwei 16-Bit-Wörter: Das Controlword (0x6040) wird vom Master geschrieben und löst Zustandsübergänge aus. Das Statusword (0x6041) wird vom Antrieb zurückgemeldet und zeigt den aktuellen Zustand, Warnungen und betriebsartenspezifische Informationen.
Betriebsarten (0x6060):
CiA 402 definiert standardisierte Betriebsarten für jede Regelgröße:
- Profile-Modi (PP=1, PV=3, PT=4) — der Antrieb generiert die Trajektorie intern; der Master gibt Zielwerte und Profilparameter vor
- Zyklisch-synchrone Modi (CSP=8, CSV=9, CST=10) — der Master sendet Sollwerte in jedem Kommunikationszyklus; bevorzugt für Robotik und Multi-Achs-Systeme
- Homing (HM=6) — Referenzfahrt zur Bestimmung der absoluten Position
Die typische Startsequenz: Shutdown (0x0006) → Switch On (0x0007) → Enable Operation (0x000F).
Wie setzt SOMANET das um?
Alle SOMANET Servoantriebe (Node und Circulo) implementieren CiA 402 über EtherCAT (CoE) und unterstützen alle sechs Hauptbetriebsarten: PP, PV, PT, CSP, CSV und CST. Die zyklisch-synchronen Modi sind für Robotikanwendungen optimiert, die Profile-Modi für Punkt-zu-Punkt-Applikationen.
Der interne Abtastzyklus beträgt 250 µs, die empfohlene Master-Zykluszeit liegt zwischen 250 µs und 8 ms. Distributed Clocks synchronisieren Multi-Achs-Systeme. Herstellerspezifische Erweiterungen (Kommutierung, Encoder-Konfiguration, Schutzfunktionen) sind im Bereich 0x2000–0x5FFF abgelegt.
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