基于CANopen 現(xiàn)場總線的網絡設計

張小剛

（中國煤炭科工集團 太原研究院，山西 太原 030006）

0 引言

現(xiàn)場總線技術使得綜合自動化技術飛速發(fā)展，現(xiàn)場總線成為控制領域的一個新熱點。CAN現(xiàn)場總線可靠性高、抗干擾能力強、造價低廉使之成為一種很有前途的通信技術。 CANopen（Control Area Network Open）協(xié)議是基于Can的一種高層協(xié)議，支持多種傳輸模式，具有良好的開放特性，能在很大程度上降低CAN網絡數(shù)據的負載，目前主要用于汽車系統(tǒng)、工業(yè)控制、醫(yī)療設備等系統(tǒng)。臺達作為工業(yè)自動化領域的后起之秀，推出了眾多現(xiàn)場總線產品。本文主要介紹利用臺達CANopen總線主站模塊與傾角傳感器進行CANopen 總線通信，實現(xiàn)對傳感器的數(shù)據讀取技巧。

1 系統(tǒng)結構

如圖1所示，本系統(tǒng)連接兩路MC-LINK-CA 設備，八路VFD-E 設備。主模塊用臺達的DVPCOPM-SL CANopen 模塊作為CANopen 網絡的主站使用，站號設置為2，其他設備站號分別為3～12。DVPCOPM-SL 作為主站使用時，有如下功能：符合CANopen 標準協(xié)議DS301v4.02；支持 NMT Master服務；支持 Heartbeat/Node Guarding Protocol；支持 PDO、SDO 服務；支持 E-mergency Protocol；具有同步信息產生器；與 PLC 主機自動交換數(shù)據。

圖1 系統(tǒng)結構圖Fig.1 System structure diagram

2 組建CANopen 網絡

2.1 修改各設備地址、波特率

（1）修改各設備地址。CANopen 網絡中各個設備的地址必須唯一。所以對于剛出廠的設備首先需要修改其地址。為了保證對象索引的正確性，防止修改了其他參數(shù)，在修改地址之前先對相應的對象索引讀進行讀取。主站和設備連接后，用SDO 進行讀寫。例如修改MCLINK-CA 設備的地址，原地址為1，改為3。

①讀地址。發(fā)生數(shù)據：COB-ID為601h 數(shù)據為：40 04 20 00 00 00 00 00；返回數(shù)據：COB-ID為581h數(shù)據為：4f 04 20 00 01 00 00 00；②寫地址。發(fā)生數(shù)據：COB-ID為601h 數(shù)據為：2f 04 20 00 03 00 00 00；返回數(shù)據：COB-ID為581h 數(shù)據為：60 04 20 00 00 00 00 00。

說明：讀取對象2004h 子索引為00h的數(shù)據，返回1。寫地址時，返回數(shù)據以60h 開始的數(shù)據說明修改成功。設備不同，地址對象索引可能不同。

（2）修改波特率。要組建一個網絡，使得網絡中各設備能夠進行數(shù)據交互。必須使得各個設備的速率一致。同上，在修改波特率之前，先對相應的對象索引進行讀取。以MC-LINK-CA 設備為例，修改使得其波特率為125kbps。地址為1。①讀波特率。發(fā)生數(shù)據：COB-ID為601h 數(shù)據為：40 05 20 00 00 00 00 00；返回數(shù)據：COB-ID為581h 數(shù)據為：4b 05 20 00 e8 03 00 00；②寫波特率。發(fā)生數(shù)據：COB-ID為601h 數(shù)據為：2b 05 20 00 7d 00 00 00；返回數(shù)據：COB-ID為581h 數(shù)據為：60 05 20 00 00 00 00 00。

說明：讀取對象2005h 子索引為00h的數(shù)據,返回波特率數(shù)值為1Mkbps。改寫波特率125kbps時，返回數(shù)據以60h 開始的數(shù)據說明修改成功。設備不同，波特率對象索引可能不同。

（3）保存數(shù)據。根據設備的不同，有些設備需要保存斷電才起作用。有些不需要保存斷電即起作用。仍以MC-LINK-CA 設備為例，保存修改SDO 命令如下：

發(fā)生數(shù)據：COB-ID為601h；數(shù)據為：23 10 10 01 73 61 76 65；返回數(shù)據：COB-ID為581h；數(shù)據為：60 10 10 01 00 00 00 00。

2.2 EDS 文件的修正

（1）將主從站的節(jié)點地址、通信速率設置好、通訊接線連接完成后，打開CANopenBuilder 軟件，點擊 “工具-＞eds 操作-＞按裝eds 文件”選擇設備對應的eds 文件。點擊 “網絡-＞在線”，則會搜索出主站DVPCOPM Master與一個Unknown 未知設備，此時，選中此未知設備，右鍵-＞屬性，記錄下節(jié)點信息中的以下幾個信息內容，廠商代碼、設備類型、產品代碼、版本，若有灰色的不用記，這里設備類型為灰色，只需要記下，廠商代碼、產品代碼、版本。

（2）使用記事本打開從站設備提供的EDS 文件，并將以上三項信息的內容在EDS 文件中的對應項修改為記錄下的數(shù)據并保存為后綴為eds的文件，這三項對應的對象為1018h，子索引為01h，02h，03h。

（3）使用CANopenBuilder 軟件重新導入EDS 文件后，再次點擊 “Online”自動搜索后，組態(tài)軟件則可以正確識別從站設備。

2.3 配置從站設備的PDO 數(shù)據

雙擊從站設備3，出現(xiàn) “節(jié)點配置”界面，選中要配置的PDO 類型，點擊 “PDO 映射”對PDO 數(shù)據進行分配。

配置RxPD01（主站發(fā)送，從站接收）：COB_ID=203h（站號為3），PDO 通信參數(shù)索引為1400h，PDO 映射參數(shù)索引為1600h。映射對象為2003h,子索引為1～8，都由8位組成。

配置 TxPD01（從站發(fā)送，主站接收）：COB_ID=183h（站號為3），PDO 通信參數(shù)索引為1800h，PDO 映射參數(shù)索引為 1a00h。映射對象為 2001h,子索引為 1～8，都由 8位組成。

配置TxPD02（從站發(fā)送，主站接收）：COB_ID=283h（站號為3），PDO 通信參數(shù)索引為1801h，PDO 映射參數(shù)索引為 1a01h。映射對象為2001h,子索引為 9～10h，都由8位組成。

配置TxPD03（從站發(fā)送，主站接收）：COB_ID=383h（站號為3），PDO 通信參數(shù)索引為1802h，PDO 映射參數(shù)索引為 1a02h。映射對象為2001h,子索引為 11～18h，都由8位組成。

配置TxPD04（從站發(fā)送，主站接收）：COB_ID=483h（站號為3），PDO 通信參數(shù)索引為1803h，PDO 映射參數(shù)索引為1a03h。映射對象為2001h，子索引為19～20h，都由8位組成。

按照此方法對從站設備4～12 進行 “PDO 映射”， 對PDO 數(shù)據進行分配。

2.4 配置節(jié)點列表

（1）雙擊“DVPCOPM Master 圖標” 彈出 “節(jié)點列表配置”對話框。

（2）本例中先選中從站地址為 3的 從站模塊，點擊按鈕 “＞”，將從站 3 加入節(jié)點列表。此時選中節(jié)點列表中的從站 3，則可以在下方的輸入輸出映射表中看到從站3的IO 數(shù)據對應到PLC 主機內的D 寄存器地址。

（3）用同樣的方法將從站 4～12 也加入節(jié)點列表，可以在下方的輸入輸出映射表中查看其IO 數(shù)據對應到PLC主機內的D 寄存器地址。點擊”確定”完成節(jié)點列表配置。

2.5 下載配置到DVPCOPM-SL 主站模塊

選擇菜單 “網絡”-＞“下載”，將配置數(shù)據下載到DVPCOPM-SL 主站模塊。此時如果PLC 處于運行狀態(tài)，則會提示要先停止運行才可以下載。點擊 “是”停止PLC 運行并開始下載數(shù)據到主站模塊。下載完成后，會提示是否重新運行 PLC，點擊 “是”可以繼續(xù)運行PLC程序，點擊 “否”則不運行PLC 程序。

3 網絡狀態(tài)監(jiān)測

3.1 實現(xiàn)原理

（1）CANopen 網絡中從站狀態(tài)。通過發(fā)送SDO 讀取索引5002h 子索引01h的值，可以讀取 CANopen 網絡中所有從站的狀態(tài)。索引5002h 子索引01h 和網絡節(jié)點的對應關系表（略）。當主站模塊節(jié)點列表中的節(jié)點正常時，相應的位為OFF狀態(tài)；主站模塊節(jié)點列表中的節(jié)點發(fā)生異常時，相應的位為ON狀態(tài)。

（2）CANopen網絡中主站狀態(tài)。通過發(fā)送 SDO讀取索引5003h子索引01h的值，可以讀取 CANopen網絡中主站的狀態(tài)。當主站模塊正常工作時，索引5003h子索引01h的內容值為 0；當主站模塊發(fā)生錯誤時，索引5003h子索引01h的內容值為相應的錯誤代碼。

（3）CANopen網絡狀態(tài)。使用者通過發(fā)送 SDO讀取索引5004h子索引01的值，可以讀取CANopen網絡的網絡狀態(tài)信息。當CANopen網絡的所有節(jié)點均正常工作時，5004h子索引01的內容值為 0；當 CANopen網絡中任何一個節(jié)點發(fā)生異常/初始化失敗時，5004h子索引01的內容值為 1。

3.2 PLC程序實現(xiàn)

首先對SDO請求信息映射區(qū)和SDO響應信息映射區(qū)清零。 當M0=ON時，CANopen主站發(fā)送SDO請求信息，讀取目標設備（主站節(jié)點地址為02）索引為5002h、子索引為01h的內容，如果通信成功，從站返回響應信息。返回的從站狀態(tài)（站號3～12）存放在D202中。每發(fā)送一筆 SDO請求信息，必須為這筆信息分配一個請求ID。請求ID的取值范圍為 00h～FFh，CANopen主站通

過 “請求 ID號”識別每一筆請求信息，當完成一次通訊，欲進行下一次通訊時，必須改變此 ID號。因此若要同時讀取CANopen網絡中主站狀態(tài)，CANopen網絡狀態(tài)，則需要用一個計數(shù)器C和定時器T，每隔一定時間T，計數(shù)器加1，當C=0時讀從站狀態(tài)；當C=1時讀主站狀態(tài)；當C=2時讀網絡狀態(tài)；當C=3時復位。D6250 請 求 ID 分 別 為 01h，02h，03h；D6253 分 別 為H5002，H5003，H5004。

4 結束語

本文通過組建CANopen現(xiàn)場總線網絡，說明了組建CANopen網絡的正確方法，解決了組建網絡時遇到的一些問題。采用CANopen現(xiàn)場總線控制技術，便于安裝和調試，極大提高了控制系統(tǒng)的可靠性和實時性?，F(xiàn)場總線的顯著優(yōu)點決定著其廣泛應用將成為未來控制領域的發(fā)展趨勢。

[1]葉愛兵，鄭華耀，陳巨濤.基于CANopen的協(xié)議分析系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[D].揚州大學學報，2009，3.

[2]吳愛國，劉莉.CAN總線控制系統(tǒng)的應用層協(xié)議CANopen剖析[J].微計算機信息，2003，3.

[3]王俊波，胥布工.CANopen協(xié)議分析與實現(xiàn)[J].微計算機信息（嵌入式與 SOC），2006，6～2.