引言
在工業自動化與智慧製造環境中，CANopen 已成為伺服驅動器、馬達控制器、I/O 模組及機器人系統的重要通訊協定。然而，許多工程師在導入 CANopen 運動控制系統時，往往專注於功能實現，而忽略了系統狀態管理與安全機制的重要性。
本文將深入解析 CANopen NMT（Network Management）狀態機的運作方式，以及如何透過正確的狀態轉換流程，建立安全、可靠且符合工業標準的運動控制系統。
為什麼 CANopen 安全流程如此重要？
在運動控制系統中，任何錯誤的狀態切換都可能導致：
- 馬達非預期啟動
- 設備碰撞
- 人員安全風險
- 生產線停機
- 控制器與驅動器通訊異常
CANopen 透過 NMT（Network Management）狀態管理機制，明確規範設備從上電、參數設定、正常運作到停機的完整流程。
這種設計能夠確保：
- 設備在參數配置完成之前不會執行動作
- 運動控制命令只能於特定狀態下執行
- 發生故障時可立即停止即時控制通訊
- 系統具備可預測且可驗證的安全行為
I. 五大核心狀態分類
1. Initialization（初始化狀態，虛線框內自動上電流程）
此階段包含兩個自動執行的子狀態。設備上電後無須任何外部指令，即會直接進入 Reset Application 狀態。
Reset Application
功能： 清除應用層資料、馬達閉環控制變數、I/O 訊號、DS402 運動狀態以及故障旗標，並將物件字典（Object Dictionary）還原至預設設定。
自動轉換： 透過深色箭頭自動切換至 Reset Communication，無需任何外部訊號介入。
Reset Communication
功能: 重置 CAN 通訊硬體、PDO／SDO／SYNC 配置、COB-ID、Heartbeat 參數以及匯流排濾波器。
自動轉換： 初始化完成後自動進入 Pre-operational 狀態。
技術提示： 狀態圖中未標示 NMT 指令的深色箭頭代表自動狀態轉換（Automatic State Transition），不需由主站發送任何 NMT 控制命令。
2. Pre-operational（預運行狀態，參數設定階段）
設備完成初始化後預設進入此狀態。所有運動控制系統的啟動參數設定作業皆在此階段完成。
可用功能： 透過 SDO 讀寫物件字典，可設定馬達參數、PDO Mapping、加減速度、限位開關及 DS402 運作模式；Heartbeat 與 EMCY（Emergency Message）緊急訊息亦可正常運作。
停用功能： 不允許即時 PDO 訊息收發；無法下達位置控制或速度控制命令；馬達維持待機狀態，不會執行任何運動。
應用情境： 設備上電後，主站透過 SDO 完成驅動器的所有運動參數配置。
3. Operational（運行狀態，即時運動控制核心狀態）
當主站發送 Start Remote Node NMT 指令後，設備即進入 Operational 狀態。這是 CANopen 系統中唯一允許執行即時運動控制的狀態。
完整功能啟用： SDO、PDO、SYNC 同步機制、Heartbeat 以及 EMCY 故障通報功能皆可正常運作。
運動控制邏輯： RPDO 用於接收主站下達的目標位置與控制字（Control Word），TPDO 則回傳編碼器回授資料與設備狀態資訊。搭配 SYNC 訊號可實現多軸同步閉環控制。
安全規則： 設備一旦離開 Operational 狀態，PDO 傳輸會立即停止。馬達失去即時控制命令後，系統將觸發停機保護機制。
4. Stopped（停止狀態，匯流排休眠模式）
當主站發送 Stop Remote Node 指令後，設備即進入 Stopped 狀態，此時所有服務通訊功能均被停用。
保留功能： 僅保留 NMT 網路管理訊息與 Heartbeat 心跳訊號。
停用功能： SDO、PDO、SYNC 以及 EMCY 功能全部失效，無法進行參數讀寫與馬達控制。
應用情境： 適用於設備維護、全軸暫停運作等場景，此時匯流排僅維持節點在線狀態監控。
II. 狀態轉換控制指令（NMT Master Commands）
狀態機圖中所有標示的狀態轉換皆透過主站發送 NMT 訊息實現。
Start Remote Node
- Pre-operational → Operational（啟用即時運動控制）
- Stopped → Pre-operational
Stop Remote Node
- Operational → Stopped
- Pre-operational → Stopped
Enter Pre-operational
- Operational → Pre-operational（停止 PDO 傳輸並允許透過 SDO 重新配置參數）
- Stopped → Pre-operational
Reset Application
- 任意狀態 → Reset Application
清除馬達與應用層資料，並自動完成初始化流程後返回 Pre-operational。
Reset Communication
- 任意狀態 → Reset Communication
僅重置匯流排通訊設定，完成後自動返回 Pre-operational。
III. 運動控制系統標準上電流程（State Machine Execution Flow）
1. 系統上電與初始化
設備上電後，依序自動進入：
Reset Application 狀態 → Reset Communication 狀態 → Pre-operational 狀態 →
無需主站介入即可完成初始化程序。
2. DS402 運動參數設定
主站透過 SDO 批次設定 DS402 相關參數，包括：
- 運作模式（Position Mode）
- 加速度與減速度
- PDO Mapping
- 軟體限位參數
3. 啟動運動控制
主站發送：Start Remote Node 命令
→ 使設備進入 Operational 狀態。
4. 執行即時閉環控制
主站週期性發送：
- SYNC 同步訊號
- RPDO 控制訊息
→ 實現馬達即時位置閉環控制。
5. 修改運動參數
若需調整設定，主站應先發送：Enter Pre-operational
→ 停止 PDO 傳輸後，再透過 SDO 修改參數。
6. 設備停機維護
主站發送：Stop Remote Node
→ 使設備進入 Stopped 狀態，以利維護與檢修作業。
7. 恢復出廠設定
主站發送：Reset Application
→ 重新執行完整初始化流程並恢復預設狀態。