7 canopen现场总线.ppt

工业控制网络,主讲教师：王振力,第7章 CANopen现场总线,7.1 CANopen概述 7.2 CANopen通信模型 7.3 台达CANopen设备简介 7.4 台达CANopen系统组态,7.1 CANopen概述,CANopen协议是一种基于CAN总线的应用层协议 CANopen协议在欧洲广泛应用， 已成为欧洲标准EN50325-4 CANopen对设备进行详细定义实现互换性 CANopen协议是由CiA（CAN in Automation）组织定义并维护的协议之一 灵活、简单7.1 CANopen概述,一、CANopen的历史 CAL（CAN Application Layer）协议由CiA协会负责管理、发展和推广CAL提供了4种应用层服务功能： 1. CMS （CAN-based Message Specification） 2. NMT （Network ManagemenT） 3. DBT （DistriBuTor） 4. LMT （Layer ManagemenT）,7.1 CANopen概述,CAL报文标志符的分配,7.1 CANopen概述,CANopen标识符分配,7.1 CANopen概述,CANopen协议的发展历史,7.1 CANopen概述,二、CANopen的特性 （1）介质访问控制及物理信号使用CAN总线技术； （2）通信速率可以有多种选择； （3）采用对象字典作为通信接口与应用程序的接口； （4）支持主/从、生产者/消费者和客户机/服务器等多种通信模式； （5）制定了多种设备子协议；,7.1 CANopen概述,（6）可使用多种线缆和连接器； （7）数据通信可采用事件驱动、远程请求、同步传输等多种方式； （8）采用心跳报文、节点保护、寿命保护等多种设备监控方式，有利于节点之间的可靠通信； （9）提供典型的预定义主/从连接组，最多可支持127个节点； （10）提供很大的灵活性，应用非常广泛。

7.2 CANopen通信模型,7.2 CANopen通信模型,一、CANopen的物理层 1. 位定时,7.2 CANopen通信模型,2. 网络拓扑结构,7.2 CANopen通信模型,3. 连接器,7.2 CANopen通信模型,,二、CANopen的数据链路层 CANopen的数据链路层遵循CAN总线规范 ； CANopen使用数据帧，也可以使用远程帧 ； CANopen使用标准帧，也可以使用扩展帧； CANopen规范中采用了CAN总线的错误检测与故障界定方法，并在应用层中采用心跳报文、节点保护、寿命保护等多种设备监控方式进一步保障系统的可靠性7.2 CANopen通信模型,三、CANopen的应用层 1. CANopen的设备模型,7.2 CANopen通信模型,,（1）通信单元 通信单元由CAN收发器、CAN控制器以及CANopen协议栈组成 协议栈中包括实现通信的通信对象（如过程数据对象（PDO）和服务数据对象（SDO））和状态机 通信单元提供数据传输所需的所有机制和通信对象，符合CANopen规范的数据可以利用这些机制通过CAN总线接口进行传输7.2 CANopen通信模型,（2）应用单元 在CANopen设备的应用单元中，对设备的基本功能进行定义或描述。

在I/O设备中，可以访问设备的数字或模拟输入/输出接口； 在驱动控制系统中，可以实现轨迹发生器或速度控制模块的控制7.2 CANopen通信模型,,（3）对象字典 在对象字典中，CANopen设备的所有对象都以标准化方式进行描述的 对象字典利用对象来描述CANopen设备的全部功能，并且它也是通信单元与应用单元之间的接口，应用单元和通信单元都可以访问对象字典 对象字典中的对象可以通过一个16位索引来识别，对象可以是变量、数组或结构，数组和结构的单元又可以通过8位子索引进行访问7.2 CANopen通信模型,,通信单元设置了用于数据交换（如PDO和SDO）、设备监控（如心跳、节点保护以及启动报文）以及网络管理（如设备启动和停止等）的功能 CANopen设备一般都具有SDO服务器，通过该服务器可以对设备中的对象字典进行读/写 与I/O端连接的应用程序可以从对象字典中读取参数和输出值，并把外部进程的输入参数不断地更新到相应的对象字典中7.2 CANopen通信模型,对象字典的结构,,7.2 CANopen通信模型,（1）设备类型参数（索引1000H） 设备类型参数用来描述所使用的设备子协议，例如I/O设备的设备类型参数为401（192H）。

使用索引6000H~9FFFH来描述详细的设备子协议规范 设备中包含多个逻辑设备时，可以把设备子协议最多划分成8个子协议7.2 CANopen通信模型,（2）设备属性参数 设备属性参数主要包括描制造商设备名称（索引1008H）、软件版本（索引1009H）、硬件版本（索引100AH）和标识对象（索引1018H）等 制造商设备名称、软件版本和硬件版本是字符串型对象，用户可以读取索引中的信息 标识对象属于一种结构，包含4个数据类型为Unsigned32的条目 7.2 CANopen通信模型,CANopen设备的功能及特性描述文件 电子数据文件EDS（Electronic Data Sheet） 设备配置文件DCF（Device Configuration Files）,7.2 CANopen通信模型,2. CANopen的通信模式 （1）主/从模式,,7.2 CANopen通信模型,2. CANopen的通信模式 （2）客户机/服务器模式,,7.2 CANopen通信模型,2. CANopen的通信模式 （3）生产者/消费者模式,7.2 CANopen通信模型,3. CANopen的通信对象 （1）过程数据对象 过程数据对象用来传输实时数据，由一个CAN报文构成，一般采用优先级较高的CAN标识符。

在CANopen中过程数据被分为几个单独的段，每个段最多为8个字节，这些段就是过程数据对象（PDO）7.2 CANopen通信模型,1）PDO通信参数,7.2 CANopen通信模型,2）PDO的CAN标识符 COB-ID位于PDO的通信参数子索引01H上，主要用来确定PDO的CAN标识符 ； PDO的COB-ID有32位，低29位为CAN标识符区，支持11位和29位两种CAN标识符 ；,7.2 CANopen通信模型,3）PDO链路 CANopen协议预定义连接的标识符分配方案； 采用预定义连接进行主从通信 ；,7.2 CANopen通信模型,3）PDO链路 不采用预定义连接，而使用生产者/消费者模型7.2 CANopen通信模型,4）PDO的传输类型,7.2 CANopen通信模型,7.2 CANopen通信模型,5）PDO映射参数 用于描述PDO传输对象字典中的哪些参数； RPDO映射参数的索引范围为1600H~17FFH； TPDO映射参数的索引范围为1A00H~1BFFH； 最多包含64个指向传输过程数据的指针；,7.2 CANopen通信模型,,,7.2 CANopen通信模型,7.2 CANopen通信模型,（2）服务数据对象 可以通过服务数据对象（SDO）来访问对象字典中的条目。

被访问的设备必须具有一个SDO服务器 SDO之间的数据交换至少需要两个CAN报文才能实现7.2 CANopen通信模型,1）加速SDO传输 传输数据不超过4字节，数据不分段7.2 CANopen通信模型,2）分段SDO传输 传输数据超过4字节，数据分段7.2 CANopen通信模型,3）块传输 提高数据块的传输效率7.2 CANopen通信模型,4）SDO服务器和客户机的参数,,,7.2 CANopen通信模型,5）SDO报文格式,,,7.2 CANopen通信模型,5）SDO报文格式,,,7.2 CANopen通信模型,（3）预定义对象 1）同步报文 在通过网络进行通信的应用中，发送和接收之间必须相互协调和同步 同步报文COB标识符参数（索引1005H）,7.2 CANopen通信模型,同步报文采用不含数据字节或只含有一个数据字节的CAN报文 数据字节中包含一个从1开始递增技术的同步计数器 进行同步通信的系统多数都由一个同步生产者和1~126个同步消费者构成 同步报文的默认CAN标识符为80H 可通过“循环周期”和“同步窗口长度”对同步机制进行参数设置7.2 CANopen通信模型,PDO同步传输,7.2 CANopen通信模型,2）时间报文 时间报文COB标识符参数（索引1012H）。

高分辨率时间参数（索引1013H）中写入一个32位时间值（单位为μs），该值打包在PDO中，供高精度同步设备使用7.2 CANopen通信模型,3）紧急报文 当设备出现错误时，标准化机制就会发送一个紧急报文 避免持续发送紧急报文，设置禁止发送紧急报文时间（索引1015H） 紧急报文COB标识符参数（索引1014H）的默认值为“80H+节点ID” 紧急报文的格式,7.2 CANopen通信模型,错误寄存器（索引1001H）反应的是CANopen设备的一般错误状态 设备子协议错误代码,7.2 CANopen通信模型,（4）网络管理对象 网络管理（NMT）系统负责启动网络和监控设备 为了节约网络资源（尤其是CAN标识符和总线带宽），CANopen网络管理采用主/从通信模型 通常采用一个NMT主机和多个NMT从机的系统结构， 特殊要求可配置备用NMT主机7.2 CANopen通信模型,1）NMT服务,7.2 CANopen通信模型,NMT从机Boot up服务,7.2 CANopen通信模型,NMT主机命令,7.2 CANopen通信模型,2）设备监控 心跳报文 心跳报文是一种周期性地发送给一个或多个设备的报文，设备之间可以相互监视。

“生产者心跳时间间隔”参数（索引1017H） “消费者心跳时间间隔”参数（索引1016H）,7.2 CANopen通信模型,2）设备监控 节点/寿命保护机制 节点保护是NMT主机通过远程帧周期性地监视从机的状态 寿命保护是通过收到的用于监视从机的远程帧来间接检测NMT主机的状态 “保护时间”参数（索引100CH） “寿命因子”参数（索引100DH）,7.3 台达CANopen设备简介,一、台达CANopen扫描模块 1. DVPCOPM-SL模块特点 （1）符合 CANopen 标准协议CiA301v4.02； （2）支持NMT 主机服务； （3）错误控制：支持心跳和节点保护报文； （4）PDO 传输类型：事件触发、时间触发、同步周期和同步非周期： （5）支持标准 SDO 加速传输模式7.3 台达CANopen设备简介,2. DVPCOPM-SL模块外观及功能介绍,7.3 台达CANopen设备简介,3. COPM-SL模块与SV 主机的数据对应关系,7.3 台达CANopen设备简介,二、台达CANopen从站通信转换模块 1. IFD9503 模块特点 （1）支持CANopen CiA301 V4.02协议； （2）支持预定义的主从连接中SDO 、PDO、 NMT、同步和紧急报文服务； （3）在 CANopen 网络配置工具中支持 EDS 文件配置； （4）支持10kbit/s、20 kbit/s、50 kbit/s、125 kbit/s、250 kbit/s、500 kbit/s、800 kbit/s、1Mbit/s多种通信速率。

7.3 台达CANopen设备简介,2. IFD9503模块外观及功能介绍,7.3 台达CANopen设备简介,3. IFD9503模块典型应用,7.3 台达CANopen设备简介,三、台达ASDA-A2伺服驱动器,,,,CANopen,7.3 台达CANopen设备简介,,CANopen扫描模块,,CANopen连接。