Canopen

ПКІС-CANopen
-розр.: Пупена -
1
Построение распределенных систем автоматизации на базе Modicon M340/TSX Premium CanOpen
se_training@ukr.net (учебный центр Модикон-Киев) Автор: Александр Пупена www.asu.in.ua

CAN и CANOpen. Общее представление.
CANopen – сетевая система, базирующаяся на CAN (1995)
CAN (Controller Area Network) – протокол, описан на канальном и частично физическом уровне (возник в80-х, потом стандарты BOSH CAN 2.0 A/B и ISO 11898-1)
CAN протокол
- описывает только часть физического уровня (наличие доминатного и рецессивного битов, скорости, синхронизация);
- отличная обработка ошибок, надежность
- один кадр - до 8 байт данных
- является базовым для сетей CANopen, DeviceNet, SDS, CAN Kingdom, SeleCAN, SAE J1939
Учебный центр Модикон-Киев
NET CanOpen
2

Канальный уровень CAN. Формирование кадра
(BOSH CAN 2.0A/B, ISO 11898-1)
- уровни битов: доминантный и рецессивный, доминантный перекрывает рецессивный;
- используется формат кадра с 11-битным идентификатором (29-битный для BOSH CAN 2.0 B);
- поле арбитража для решения коллизий и идентификации;
- поле данных от 0 до 8 байт;
- идентификатор каждого типа сообщений уникальный;
режим широковещания, Producer/Consumer: любой узел отправляет кадр, фильтры настроены
на нужные идентификаторы кадров
Учебный центр Модикон-Киев NET CanOpen 3

Канальный уровень. Метод доступа
(BOSH CAN 2.0A/B, ISO 11898-1)
Коммуникационный Объект (сообщение) с наименьшим COB-ID имеет наивысший приоритет
NET CanOpen
4

Физический уровень (ISO 11898-2)
при 1 Мбіт/с Ld<0.3 м
- симметрическая(дифференциальная) передача по напряжению CAN_H между CAN_L, витая пара 120 Ом;
- возможность подачи питания отдельной витой парой CAN_V+ GND;
- топология – шина, с короткими ответвлениями;
- длина линии до 1000 м;
- скорость выбирается от 10 кбит/с до 1 Мбит/с, поддержка устройством 20 Кбит/с - обязательная;
- два терминальных резистора 120 Ом (108-132) в концах линии;
- уровни для доминантного и рецессивного бита;
- максимум 64 устройства на сегмент

CANOpen. Общее представление.
NET CanOpen
6
- разработан и поддерживается CiA (CAN in Automation http://www.can-cia.de)
- поддерживает передачу данных критичных во времени (до 8 байт за сообщение)
- поддерживает прямой доступ к параметрам приборов (>8 байт, несколько сообщ)
- устройства могут обмениваться между собой напрямую (Multimaster)
- наличие сервисов сетевого менеджера (NMT-Master):
конфигурирование, диагностика и управление ошибками
- разные типы связи:
- циклическая (через определенные кванты времени);
- ациклическая синхронная и асинхронная связь (определяется событиями)
- механизм приоритетов – реальное время;
- для распределенных систем как устройств I/O так и ПЛК, HMI;

ISO 11898-1
ISO 11898-1,2
CiA DRP 303
Архитектура устройств CANOpen в контексте OSI модели
CAN ≠ CANopen !!!
CiA DSP-401
I/O Модулі
CiA DSP-402
Приводи
CiA DSP-406
Енкодери
CiA DSP-403
HMI
CiA DSP-405
PLC
профілі
NET CanOpen
7
BOSH CAN 2.0 A/B (Robert BOSH) – 2 уровня OSI (канальный + часть физического)
CANopen (CiA - CAN in Automation)– 3 уровня + словарь объектов+профили устройств
ISO 11898-1= BOSH CAN 2.0 A
ISO 11898-2 – (приемеперадатчики, скорость, параметры линий связи)
CiA DRP 303 – стандарт на соединители
CiA DSP-40X – профили устройств

Обмен даными по CANOpen
словарь объектов коммуникационные
объекты и объекты приложения (по
Inex+SubIndex)
коммуникационные объекты
(по COB-ID)
биты доминантные/рецессивные
каждое устройство содержит словарь объектов
каждый объект идентифицируется Index+Subindex, прикладной уровень
обеспечивает передачу и прием объектов
любая связь проходит посредством
передачи CAN сообщений –
коммуникационными объектами
каждое CAN сообщение – имеет
уникальный идентификатор COB-ID

Обмен даными по CANOpen
NET CanOpen
9

Разъемы (CiA DRP-303)

Физический и канальный уровни. Summary
NET CanOpen
11
1. CANOpen – CAN + коммуникационный профиль + профили устройств
6. Каждое устройство на шине содержит словарь объектов
8. Связь – обмен объектами двух или нескольких устройств
9. Любая связь реализуется через CAN-сообщение, которое имеет COB-ID
7. Объекты в словаре имеют уникальный Index+SubIndex
5. Используется множественный метод доступа с неразрушающим решением коллизий
2. Топология - шина. Связь - витая пара до 1 км, 2 терминатора 120 Ом, скорость до 1 Мбит/с, возможность подвода питания к датчикам
3. Два уровня битов – "доминантный" (лог."0"), рецессивный (лог."1")
4. Кадр - CAN Frame с 11 битным идентификатором в поле арбитража

Communication Objects
NET CanOpen
12
объекты данных процесса
объекты сервисных данных
административные сообщения сети
объекты управления сетью
объект синхронизации
объект штампа времени
объект аварии
специальные функциональные объекты
объекты инициализации сети
объекты контроля ошибок
объекты PDO (R_PDO и T_PDO) - для данных реального времени
SDO (Client-SDO и Server-SDO) - для доступа к данным словаря объектов
по Index+Subindex

PDO
NET CanOpen
13
Модель обмена Producer/Consumer (Производитель/Потребитель),
не требует телеграммы подтверждения доставки
Количество PDO в Словаре Объектов зависит от устройства, начальный
Index R_PDO - 1600h, T_PDO – 1A00h
Данные из T_PDO (Transmit-PDO) передаются всем узлам и записываются в
связанные R_PDO (Receive-PDO)
В одной сети до 512 T_PDO и до 512 R_PDO
Каждый PDO содержит данные процесса (до 8 байт), наполнение которыми
определяется отображением PDO (см. PDO Mapping)
Связь(Link) PDO конфигуруется (см. NMT), связанные T_PDO (Transmit-PDO)
и R_PDO (Receive-PDO) имеют тот же COB-ID

PDO-Mapping
Данные из словаря объектов отображаются на PDO:
- данные из словаря объектов записываются в T_PDO;
- данные из R_PDO записываются в словарь объектов
По умолчанию отображение проводится согласно профилю устройства (см.
Профили)
Опционально устройство может поддерживать конфигурируемое отображение
(Variable Mapping)

Network Management (NMT).
Администрирование сети включает группу сервисов:
- Module Control Services – инициализация узлов NMT-Slave
- Error Control Services – наблюдение за состоянием сети и узлов в ней
- Configuration Control Services – загрузка/выгрузка конфигур. данных узлов
Администрирование сети предназначено для управления и
диагностирования работы CANOpen
Один узел с функциями администрирования - NMT-Master, остальные
узлы - NMT-Slave (до 128)
Каждый NMT-Slave имеет свой уникальный NODE-ID (от 1 до 127)

NMT Slave State Diagram.
NET CanOpen
16
1.После включения питания устройства:
1.Initialization,
2.Pre-Operational режим: PDO-недоступны, SDO-доступны,
NMT-Master может производить конфигурирование
2. NMT-Master может перевести одно или все устройства в:
1.режим Operational, PDO и SDO доступны
2.Stop – PDO и SDO недоступны, поведение определ. профилем
3.Initialization или Pre-Operational

Predefined NMT.
Схема распределений COB-ID в сети по
умолчанию, назначается устройству после
инициализации в состоянии Pre-Operational
Предопределенные PDO-связи

Профили устройств CANOpen.
Device Profile определяет поддерживаемые объекты приложения,
дополнительные коды ошибок и PDO-Mapping по умолчанию(6000h-9FFFh)
Interface Profile определяет интерфейс доступа к объектам приложения,
типам данных и PDO-Mapping. Разработан для программируемых
контролеров IEC-61131
Application Profile – описывает специфические характеристики ко всем
устройствам определ. сферы применения

Функционирование PDO
Связь PDO возможна непосредственно между устройствами

Способы передачи PDO
Три способа инициации передачи PDO:
1. По возникновению события или таймера на источнике.
2. Асинхронно после передачи запроса Remote Frame от любого устройства.
3. Синхронно в течении временного интервала после объекта SYNC.
Синхронная передача PDO происходит только в течении временного
интервала (окна), после передачи специального объекта SYNC
Асинхронная передача PDO происходит асинхронно в любой момент
времени, но имеют меньший приоритет

Синхронные PDO
Два режима передачи синхронных PDO:
-циклический;
-ациклический;
Циклическая передача происходит периодически через интервалы времени. Номер типа передачи (transmission type 1-240) указывает количество переданных объектов SYNC между PDO.
Ациклическая передача происходит при возникновении события на источнике (производителе) PDO, но привязывается к окну объекта SYNC.
NET CanOpen
21

Время сдерживания Inhibit Time
Inhibit Time – минимальная пауза между передачами одного и того же
PDO.
Нужно для возможности обмена сообщениями (PDO и SDO) с более низким
приоритетом.

тип указывает количество SYNC объектов между двумя
PDO передачами
данные обновляются (но не передаются) немедленно после
получения SYNC
данные обновляются после получения RTR
событие специфичное для устройства
событие определено профилем устройства
Настройка PDO
Тип передачи определяется в словаре объектов начиная с Index 1400h для
1-го R_PDO и 1800h для 1-го T_PDO

Настройка PDO
NET CanOpen
24

Объект SYNC
Доступен в словаре объектов по Index 1005h
COB-ID по умолчанию = 128
synchronous window length (1007h) и communication cycle period (1006h)
выставляются для всех потребителей объекта SYNC
synchronous window length –
временной интервал в течении
которого передаются синхронные PDO
(мкс)
communication cycle period – время
между передачей объекта SYNC (мкс)

Объект Time Stamp
Доступен в словаре объектов по Index 1013h
Точное время – количество дней после января 1984 + миллисекунды
после полуночи

Emergency (Сигнал ошибки)
Сообщения Emergency посылаются устройством при возникновении в нем
ошибки
При повторном возникновении той же ошибки – заново не посылается
Сервис Emergency опциональный

NODE & LIFE GUARD
Node Guard – процесс регулярного полинга NMT Master'ом устройств на
контроль их состояния
Life Guard – процесс слежения NMT Slav'а за опросом его состояния, Life
Time
Guard Time – время в мс между опросами Guard
Life Time – допустимое время ожидания опроса Guard, после чего
устройство-слейв переходит в режим ошибки
Life Time задают через Life Time Factor
Life Time = LifeTimeFactor * GuardTime

HEARTBEAT протокол (опциональный)
Heartbeat Producer – сигнализирует о своей работоспособности через
Heartbeat Producer Time
Heartbeat Consumers – отслеживают сообщения Heartbeat интересующих
устройств, при их отсутствии в течении Heartbeat Consumer Time
генерируется ошибка

Структура словаря объектов.

SDO (Service Data Object)
SDO – предназначен для доступа к данным из словаря объектов по Index и SubIndex
Характеристики:
-тип клиент-сервер (сервер – владелец объектов доступа SDO);
-сервис с соединением (точка-точка) и подтверждением;
-два COB-ID на соединение – клиентский и серверный;
-наличие одного серверного SDO – обязательно, может быть больше
-в одной сети CANOpen до 256 SDO каналов, по два COB-ID на канал
NET CanOpen
31

Функционирование SDO
данные > 4 байт делятся на сегменты по 7 байт
инициирование SDO загрузки/выгрузки
подтверждение инициирования
загрузка/выгрузка 1-го сегмента SDO
подтверждение з/в 1-го сегмента SDO
подтверждение з/в n-го сегмента SDO
загрузка/выгрузка n-го сегмента SDO
передача каждого сегмента подтверждается сервером
количество сегментов не ограничено
опционально может поддерживаться блочная передача (блоки по 127
сегментов)
опционально может поддерживаться блочная передача (блоки по 127
сегментов)

Доступ к словарю объектов
Предопределенная схема назначений COB-ID
SDO определяется по умолчанию для
устройств по той же схеме, что и PDO
Параметры SDO можно настраивать, первый Server_SDO имеет
Index=1200h, Client_SDO Index=1280h

Canopen

More Related Content

What's hot (20)

Similar to Canopen (20)

More from Пупена Александр (20)

Canopen