CANopen現(xiàn)場總線.ppt

工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò),主講教師：王振力,第7章CANopen現(xiàn)場總線,7.1CANopen概述7.2CANopen通信模型7.3臺達(dá)CANopen設(shè)備簡介7.4臺達(dá)CANopen系統(tǒng)組態(tài),7.1CANopen概述,CANopen協(xié)議是一種基于CAN總線的應(yīng)用層協(xié)議。CANopen協(xié)議在歐洲廣泛應(yīng)用，已成為歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50325-4。CANopen對設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)定義實現(xiàn)互換性。CANopen協(xié)議是由CiA（CANinAutomation）組織定義并維護(hù)的協(xié)議之一。靈活、簡單。,7.1CANopen概述,一、CANopen的歷史CAL（CANApplicationLayer）協(xié)議由CiA協(xié)會負(fù)責(zé)管理、發(fā)展和推廣。CAL提供了4種應(yīng)用層服務(wù)功能：1.CMS（CAN-basedMessageSpecification）2.NMT（NetworkManagemenT）3.DBT（DistriBuTor）4.LMT（LayerManagemenT）,7.1CANopen概述,CAL報文標(biāo)志符的分配,7.1CANopen概述,CANopen標(biāo)識符分配,7.1CANopen概述,CANopen協(xié)議的發(fā)展歷史,7.1CANopen概述,二、CANopen的特性（1）介質(zhì)訪問控制及物理信號使用CAN總線技術(shù)；（2）通信速率可以有多種選擇；（3）采用對象字典作為通信接口與應(yīng)用程序的接口；（4）支持主/從、生產(chǎn)者/消費者和客戶機(jī)/服務(wù)器等多種通信模式；（5）制定了多種設(shè)備子協(xié)議；,7.1CANopen概述,（6）可使用多種線纜和連接器；（7）數(shù)據(jù)通信可采用事件驅(qū)動、遠(yuǎn)程請求、同步傳輸?shù)榷喾N方式；（8）采用心跳報文、節(jié)點保護(hù)、壽命保護(hù)等多種設(shè)備監(jiān)控方式，有利于節(jié)點之間的可靠通信；（9）提供典型的預(yù)定義主/從連接組，最多可支持127個節(jié)點；（10）提供很大的靈活性，應(yīng)用非常廣泛。,7.2CANopen通信模型,7.2CANopen通信模型,一、CANopen的物理層1.位定時,7.2CANopen通信模型,2.網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),7.2CANopen通信模型,3.連接器,7.2CANopen通信模型,二、CANopen的數(shù)據(jù)鏈路層CANopen的數(shù)據(jù)鏈路層遵循CAN總線規(guī)范；CANopen使用數(shù)據(jù)幀，也可以使用遠(yuǎn)程幀；CANopen使用標(biāo)準(zhǔn)幀，也可以使用擴(kuò)展幀；CANopen規(guī)范中采用了CAN總線的錯誤檢測與故障界定方法，并在應(yīng)用層中采用心跳報文、節(jié)點保護(hù)、壽命保護(hù)等多種設(shè)備監(jiān)控方式進(jìn)一步保障系統(tǒng)的可靠性。,7.2CANopen通信模型,三、CANopen的應(yīng)用層1.CANopen的設(shè)備模型,7.2CANopen通信模型,（1）通信單元通信單元由CAN收發(fā)器、CAN控制器以及CANopen協(xié)議棧組成。協(xié)議棧中包括實現(xiàn)通信的通信對象（如過程數(shù)據(jù)對象（PDO）和服務(wù)數(shù)據(jù)對象（SDO）和狀態(tài)機(jī)。通信單元提供數(shù)據(jù)傳輸所需的所有機(jī)制和通信對象，符合CANopen規(guī)范的數(shù)據(jù)可以利用這些機(jī)制通過CAN總線接口進(jìn)行傳輸。,7.2CANopen通信模型,（2）應(yīng)用單元在CANopen設(shè)備的應(yīng)用單元中，對設(shè)備的基本功能進(jìn)行定義或描述。在I/O設(shè)備中，可以訪問設(shè)備的數(shù)字或模擬輸入/輸出接口；在驅(qū)動控制系統(tǒng)中，可以實現(xiàn)軌跡發(fā)生器或速度控制模塊的控制。,7.2CANopen通信模型,（3）對象字典在對象字典中，CANopen設(shè)備的所有對象都以標(biāo)準(zhǔn)化方式進(jìn)行描述的。對象字典利用對象來描述CANopen設(shè)備的全部功能，并且它也是通信單元與應(yīng)用單元之間的接口，應(yīng)用單元和通信單元都可以訪問對象字典。對象字典中的對象可以通過一個16位索引來識別，對象可以是變量、數(shù)組或結(jié)構(gòu)，數(shù)組和結(jié)構(gòu)的單元又可以通過8位子索引進(jìn)行訪問。,7.2CANopen通信模型,通信單元設(shè)置了用于數(shù)據(jù)交換（如PDO和SDO）、設(shè)備監(jiān)控（如心跳、節(jié)點保護(hù)以及啟動報文）以及網(wǎng)絡(luò)管理（如設(shè)備啟動和停止等）的功能。CANopen設(shè)備一般都具有SDO服務(wù)器，通過該服務(wù)器可以對設(shè)備中的對象字典進(jìn)行讀/寫。與I/O端連接的應(yīng)用程序可以從對象字典中讀取參數(shù)和輸出值，并把外部進(jìn)程的輸入?yún)?shù)不斷地更新到相應(yīng)的對象字典中。,7.2CANopen通信模型,對象字典的結(jié)構(gòu),7.2CANopen通信模型,（1）設(shè)備類型參數(shù)（索引1000H）設(shè)備類型參數(shù)用來描述所使用的設(shè)備子協(xié)議，例如I/O設(shè)備的設(shè)備類型參數(shù)為401（192H）。使用索引6000H9FFFH來描述詳細(xì)的設(shè)備子協(xié)議規(guī)范。設(shè)備中包含多個邏輯設(shè)備時，可以把設(shè)備子協(xié)議最多劃分成8個子協(xié)議。,7.2CANopen通信模型,（2）設(shè)備屬性參數(shù)設(shè)備屬性參數(shù)主要包括描制造商設(shè)備名稱（索引1008H）、軟件版本（索引1009H）、硬件版本（索引100AH）和標(biāo)識對象（索引1018H）等。制造商設(shè)備名稱、軟件版本和硬件版本是字符串型對象，用戶可以讀取索引中的信息。標(biāo)識對象屬于一種結(jié)構(gòu)，包含4個數(shù)據(jù)類型為Unsigned32的條目。,7.2CANopen通信模型,CANopen設(shè)備的功能及特性描述文件電子數(shù)據(jù)文件EDS（ElectronicDataSheet）設(shè)備配置文件DCF（DeviceConfigurationFiles）,7.2CANopen通信模型,2.CANopen的通信模式（1）主/從模式,7.2CANopen通信模型,2.CANopen的通信模式（2）客戶機(jī)/服務(wù)器模式,7.2CANopen通信模型,2.CANopen的通信模式（3）生產(chǎn)者/消費者模式,7.2CANopen通信模型,3.CANopen的通信對象（1）過程數(shù)據(jù)對象過程數(shù)據(jù)對象用來傳輸實時數(shù)據(jù)，由一個CAN報文構(gòu)成，一般采用優(yōu)先級較高的CAN標(biāo)識符。在CANopen中過程數(shù)據(jù)被分為幾個單獨的段，每個段最多為8個字節(jié)，這些段就是過程數(shù)據(jù)對象（PDO）。,7.2CANopen通信模型,1）PDO通信參數(shù),7.2CANopen通信模型,2）PDO的CAN標(biāo)識符COB-ID位于PDO的通信參數(shù)子索引01H上，主要用來確定PDO的CAN標(biāo)識符；PDO的COB-ID有32位，低29位為CAN標(biāo)識符區(qū)，支持11位和29位兩種CAN標(biāo)識符；,7.2CANopen通信模型,3）PDO鏈路CANopen協(xié)議預(yù)定義連接的標(biāo)識符分配方案；采用預(yù)定義連接進(jìn)行主從通信；,7.2CANopen通信模型,3）PDO鏈路不采用預(yù)定義連接，而使用生產(chǎn)者/消費者模型。,7.2CANopen通信模型,4）PDO的傳輸類型,7.2CANopen通信模型,7.2CANopen通信模型,5）PDO映射參數(shù)用于描述PDO傳輸對象字典中的哪些參數(shù)；RPDO映射參數(shù)的索引范圍為1600H17FFH；TPDO映射參數(shù)的索引范圍為1A00H1BFFH；最多包含64個指向傳輸過程數(shù)據(jù)的指針；,7.2CANopen通信模型,7.2CANopen通信模型,7.2CANopen通信模型,（2）服務(wù)數(shù)據(jù)對象可以通過服務(wù)數(shù)據(jù)對象（SDO）來訪問對象字典中的條目。被訪問的設(shè)備必須具有一個SDO服務(wù)器。SDO之間的數(shù)據(jù)交換至少需要兩個CAN報文才能實現(xiàn)。,7.2CANopen通信模型,1）加速SDO傳輸傳輸數(shù)據(jù)不超過4字節(jié)，數(shù)據(jù)不分段。,7.2CANopen通信模型,2）分段SDO傳輸傳輸數(shù)據(jù)超過4字節(jié)，數(shù)據(jù)分段。,7.2CANopen通信模型,3）塊傳輸提高數(shù)據(jù)塊的傳輸效率。,7.2CANopen通信模型,4）SDO服務(wù)器和客戶機(jī)的參數(shù),7.2CANopen通信模型,5）SDO報文格式,7.2CANopen通信模型,5）SDO報文格式,7.2CANopen通信模型,（3）預(yù)定義對象1）同步報文在通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的應(yīng)用中，發(fā)送和接收之間必須相互協(xié)調(diào)和同步。同步報文COB標(biāo)識符參數(shù)（索引1005H）,7.2CANopen通信模型,同步報文采用不含數(shù)據(jù)字節(jié)或只含有一個數(shù)據(jù)字節(jié)的CAN報文。數(shù)據(jù)字節(jié)中包含一個從1開始遞增技術(shù)的同步計數(shù)器。進(jìn)行同步通信的系統(tǒng)多數(shù)都由一個同步生產(chǎn)者和1126個同步消費者構(gòu)成。同步報文的默認(rèn)CAN標(biāo)識符為80H?？赏ㄟ^“循環(huán)周期”和“同步窗口長度”對同步機(jī)制進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。,7.2CANopen通信模型,PDO同步傳輸,7.2CANopen通信模型,2）時間報文時間報文COB標(biāo)識符參數(shù)（索引1012H）。高分辨率時間參數(shù)（索引1013H）中寫入一個32位時間值（單位為s），該值打包在PDO中，供高精度同步設(shè)備使用。,7.2CANopen通信模型,3）緊急報文當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)錯誤時，標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)制就會發(fā)送一個緊急報文。避免持續(xù)發(fā)送緊急報文，設(shè)置禁止發(fā)送緊急報文時間（索引1015H）。緊急報文COB標(biāo)識符參數(shù)（索引1014H）的默認(rèn)值為“80H+節(jié)點ID”。緊急報文的格式,7.2CANopen通信模型,錯誤寄存器（索引1001H）反應(yīng)的是CANopen設(shè)備的一般錯誤狀態(tài)。設(shè)備子協(xié)議錯誤代碼,7.2CANopen通信模型,（4）網(wǎng)絡(luò)管理對象網(wǎng)絡(luò)管理（NMT）系統(tǒng)負(fù)責(zé)啟動網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控設(shè)備。為了節(jié)約網(wǎng)絡(luò)資源（尤其是CAN標(biāo)識符和總線帶寬），CANopen網(wǎng)絡(luò)管理采用主/從通信模型。通常采用一個NMT主機(jī)和多個NMT從機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，特殊要求可配置備用NMT主機(jī)。,7.2CANopen通信模型,1）NMT服務(wù),7.2CANopen通信模型,NMT從機(jī)Bootup服務(wù),7.2CANopen通信模型,NMT主機(jī)命令,7.2CANopen通信模型,2）設(shè)備監(jiān)控心跳報文心跳報文是一種周期性地發(fā)送給一個或多個設(shè)備的報文，設(shè)備之間可以相互監(jiān)視?！吧a(chǎn)者心跳時間間隔”參數(shù)（索引1017H）“消費者心跳時間間隔”參數(shù)（索引1016H）,7.2CANopen通信模型,2）設(shè)備監(jiān)控節(jié)點/壽命保護(hù)機(jī)制節(jié)點保護(hù)是NMT主機(jī)通過遠(yuǎn)程幀周期性地監(jiān)視從機(jī)的狀態(tài)。壽命保護(hù)是通過收到的用于監(jiān)視從機(jī)的遠(yuǎn)程幀來間接檢測NMT主機(jī)的狀態(tài)?！氨Ｗo(hù)時間”參數(shù)（索引100CH）“壽命因子”參數(shù)（索引100DH）,7.3臺達(dá)CANopen設(shè)備簡介,一、臺達(dá)CANopen掃描模塊1.DVPCOPM-SL模塊特點（1）符合CANopen標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議CiA301v4.02；（2）支持NMT主機(jī)服務(wù)；（3）錯誤控制：支持心跳和節(jié)點保護(hù)報文；（4）PDO傳輸類型：事件觸發(fā)、時間觸發(fā)、同步周期和同步非周期：（5）支持標(biāo)準(zhǔn)SDO加速傳輸模式。,7.3臺達(dá)CANopen設(shè)備簡介,2.DVPCOPM-SL模塊外觀及功能介紹,7.3臺達(dá)CANopen設(shè)備簡介,3.COPM-SL模塊與SV主機(jī)的數(shù)據(jù)對應(yīng)關(guān)系,7.3臺達(dá)CANopen設(shè)備簡介,二、臺達(dá)CANopen從站通信轉(zhuǎn)換模塊1.IFD9503模塊特點（1）支持CANopenCiA301V4.02協(xié)議；（2）支持預(yù)定義的主從連接中SDO、PDO、NMT、同步和緊急報文服務(wù)；（3）在CANopen網(wǎng)絡(luò)配置工具中支持EDS文件配置；（4）支持10kbit/s、20kbit/s、50kbit/s、125kbit/s、250kbit/s、500kbit/s、800kbit/s、1Mbit/s多種通信速率。,7.3臺達(dá)CANopen設(shè)備簡介,2.IFD9503模塊外觀及功能介紹,7.3臺達(dá)CANopen設(shè)備簡介,3.IFD9503模塊典型應(yīng)用,7.3臺達(dá)CANopen設(shè)備簡介,三、臺達(dá)ASDA-A2伺服驅(qū)動器,CANopen,7.3臺達(dá)CANopen設(shè)備簡介,CANopen掃描模塊,CANopen連接伺服驅(qū)動器,7.4臺達(dá)CANopen系統(tǒng)組態(tài),功能要求：組建CANopen網(wǎng)絡(luò)，完成由一個數(shù)字IO模塊來控制一臺伺服驅(qū)動器的啟動和停止及速度選擇功能。1.系統(tǒng)分析本次設(shè)計的CANopen網(wǎng)絡(luò)采用主從結(jié)構(gòu)；CANopen主站采用COPM掃描模塊與SV系列PLC構(gòu)成；PLC和伺服驅(qū)動器從站分別通過IFD9503接入CANopen網(wǎng)絡(luò)。,7.4臺達(dá)CANopen系統(tǒng)組態(tài),7.4臺達(dá)CANopen系統(tǒng)組態(tài),2.使用CANopenBuilder配置網(wǎng)絡(luò)正確配置CANopenBuilder軟件通信參數(shù)，進(jìn)行在線連接自動掃描CANopen站點。,7.4臺達(dá)CANopen系統(tǒng)組態(tài),（1）CANopen從站的配置,7.4臺達(dá)CANopen系統(tǒng)組態(tài),（1）CANopen從站的配置,7.4臺達(dá)CANopen系統(tǒng)組態(tài),（2）CANopen主站模塊的配置,7.4臺達(dá)CANopen系統(tǒng)組態(tài),（2）CANope