如何快速實(shí)現CANopen網(wǎng)絡(luò )的組建與配置

　　CANopen協(xié)議興起于歐洲，現階段在歐洲特別是工業(yè)發(fā)達的德國幾乎所有的設備都提供CANopen的支持，我國工業(yè)還相對的落后，正處在引進(jìn)國外先進(jìn)設備的階段，這就要求我們懂得CANopen通信協(xié)議，同時(shí)能夠利用CANopen設備正確的組建一個(gè)適合特定應用的CANopen網(wǎng)絡(luò )。CANopen的多種數據傳輸方式為各種應用提供優(yōu)異的解決方案，普遍應用于數據采集與傳輸、電機控制、汽車(chē)電子、電池充電控制以及紡織等行業(yè)。

　　1. CANopen從站/主站特點(diǎn)

　　具有網(wǎng)絡(luò )管理(Network Management：簡(jiǎn)稱(chēng)NMT)主機功能的設備通常被稱(chēng)為CANopen主站設備，通常也具有服務(wù)數據(Service Date Object：簡(jiǎn)稱(chēng)SDO)客戶(hù)端功能。反之具有網(wǎng)絡(luò )管理(NMT)從機功能的設備通常被稱(chēng)為CANopen從站設備，且其必須具備有服務(wù)數據服務(wù)器功能。這樣CANopen主站設備就可以控制從站以及讀寫(xiě)CANopen從站設備的對象字典。

　　(1)CANopen從站特性CANopen從站在CANopen網(wǎng)絡(luò )中擁有唯一的節點(diǎn)地址，并且能獨立完成特定的功能，例如數據采集、電機控制等等。對實(shí)時(shí)性要求高的數據，通常通過(guò)實(shí)時(shí)數據過(guò)程(Process Data Object：簡(jiǎn)稱(chēng)PDO)進(jìn)行傳輸，因此CANopen從站應當支持一定數量的PDO傳輸功能。根據CANopen協(xié)議DS301 V4.02的定義，每個(gè)從站都預定義了4個(gè)TPDO(Transmit Process Data Object：簡(jiǎn)稱(chēng)TPDO)和4個(gè)RPDO(Receive Process Data Object)，另外從站也應具有節點(diǎn)/壽命保護或心跳報文以及生產(chǎn)緊急報文等功能。每個(gè)CANopen從站都應有一個(gè)對象字典，描述了從站所具有的應用參數和通信參數。

　　(2) CANopen主站特性CANopen主站在網(wǎng)絡(luò )所起的作用有別于CANopen從站，通常CANopen主站在網(wǎng)絡(luò )中負責網(wǎng)絡(luò )管理、從站參數配置以及從站數據的處理，其并不一定具有特定的功能，但也有自己的對象字典和唯一的節點(diǎn)地址。

　　2. CANopen網(wǎng)絡(luò )組建

　　由于CANopen是基于CAN總線(xiàn)的一種應用層協(xié)議，因此其網(wǎng)絡(luò )組建與CAN總線(xiàn)一致，典型的總線(xiàn)型結構，從站和主站都掛接在該總線(xiàn)上即可，在一個(gè)CANopen網(wǎng)絡(luò )中只能有一個(gè)主站設備和若干個(gè)從站設備同時(shí)工作。CANopen網(wǎng)絡(luò )布線(xiàn)時(shí)選用帶屏蔽雙絞線(xiàn)，提高總線(xiàn)抗干擾能力。表1所示為CAN通信波特率與總線(xiàn)長(cháng)度的關(guān)系。注意網(wǎng)絡(luò )中的各節點(diǎn)的支線(xiàn)長(cháng)度不易過(guò)長(cháng)，波特率大于100Kbps的情況下，支線(xiàn)總長(cháng)度不應大于30m，單個(gè)節點(diǎn)的支線(xiàn)也不應大于60cm.

　　表1總線(xiàn)長(cháng)度與波特率關(guān)系

　　(1)基本的CANopen網(wǎng)絡(luò )結構

　　圖1 CANopen基本網(wǎng)絡(luò )結構

　　圖1所示為CANopen網(wǎng)絡(luò )的基本結構，在該網(wǎng)絡(luò )中有一個(gè)CANopen主站，負責管理網(wǎng)絡(luò )中的所有從站，每個(gè)設備都有一個(gè)獨立的節點(diǎn)地址(NodeID)。從站與從站之間也能建立通信，通常需要事先對各個(gè)從站進(jìn)行配置，使各個(gè)從站之間能夠建立起獨立的PDO通信。

　　(2)復雜的CANopen網(wǎng)絡(luò )結構

　　圖2帶網(wǎng)關(guān)設備的CANopen網(wǎng)絡(luò )

　　圖3所示為帶有網(wǎng)關(guān)設備的CANopen網(wǎng)絡(luò )，與基本的CANopen網(wǎng)絡(luò )相比，該網(wǎng)絡(luò )中增加了一個(gè)CANopen網(wǎng)關(guān)設備，該網(wǎng)關(guān)設備可以是CANopen轉DeviceNet、Profibus、Modbus或其它的設備。在CANopen網(wǎng)絡(luò )中，我們也可把該網(wǎng)關(guān)設備作為一個(gè)從站設備或者是CANopen主站設備。

　　3. CANopen網(wǎng)絡(luò )中從站的配置CANopen從站設備在出廠(chǎng)時(shí)都設定有默認參數，并且這些參數都與節點(diǎn)地址綁定，例如實(shí)時(shí)數據傳輸PDO，其預定義連接集定義了其默認的參數有4個(gè)TPDO和4個(gè)RPDO，其COB-ID(Communication Object -ID)如表2所示。在一些應用簡(jiǎn)單的場(chǎng)合只需要采用默認設置即可進(jìn)行正常通信，但對于一些應用比較復雜的場(chǎng)合，則需要對從站進(jìn)行相應的配置，最常見(jiàn)的配置參數有PDO的COB-ID、PDO映射參數、以及節點(diǎn)/壽命保護等參數。

　　表2 PDO預定義鏈接

　　CANopen網(wǎng)絡(luò )中，對從站的參數配置或獲取都是通過(guò)SDO進(jìn)行傳輸，因此從站和主站都必須支持SDO傳輸才能進(jìn)行正常的配置。為了快速配置從站設備，在配置從站之前通過(guò)NMT使整個(gè)網(wǎng)絡(luò )設備進(jìn)入到預操作狀態(tài)。

　　(1)通信參數配置CANopen設備的通信參數包括PDO的COB-ID、傳輸類(lèi)型、禁止時(shí)間以及映射參數等。其參數配置順序如圖3所示。

　　圖3通信參數配置順序

　　在配置PDO的通信參數時(shí)，首先禁止PDO通信，根據DS301 V4.02的定義，當COB-ID的最高位(第31位)為1時(shí)即可禁止該PDO通信，禁止PDO通信操作示例如圖4所示。需要注意的是只有在PDO禁止的情況下，相應的傳輸類(lèi)型、映射參數以及COB-ID的值才能被改變，否則試圖以任何方式去更改都會(huì )出現錯誤。

　　(2)其它參數的配置除了通信相關(guān)的參數之外，CANopen設備還有一些與安全相關(guān)的參數，例如節點(diǎn)/壽命保護或者心跳報文。根據DS301 V4.02的定義，同一個(gè)CANopen從站中只可能使用節點(diǎn)/壽命保護或心跳報文的一種。節點(diǎn)/壽命保護可以實(shí)現雙向保護，即主站可監控從站的狀態(tài)，而從站也可監控主站是否在線(xiàn)。心跳報文只是一種單向的保護機制，心跳報文的消費者可以監控到心跳報文生產(chǎn)者的狀態(tài)。在網(wǎng)絡(luò )總線(xiàn)負載較大的情況下，建議使用心跳報文的保護機制來(lái)減輕總線(xiàn)負載。

　　圖4禁止PDO通信方法