基于CANopen 现场总线的网络设计

2013-09-13张小刚

机电产品开发与创新 2013年3期

张小刚

（中国煤炭科工集团太原研究院，山西太原 030006）

0 引言

现场总线技术使得综合自动化技术飞速发展，现场总线成为控制领域的一个新热点。CAN现场总线可靠性高、抗干扰能力强、造价低廉使之成为一种很有前途的通信技术。 CANopen（Control Area Network Open）协议是基于Can的一种高层协议，支持多种传输模式，具有良好的开放特性，能在很大程度上降低CAN网络数据的负载，目前主要用于汽车系统、工业控制、医疗设备等系统。台达作为工业自动化领域的后起之秀，推出了众多现场总线产品。本文主要介绍利用台达CANopen总线主站模块与倾角传感器进行CANopen 总线通信，实现对传感器的数据读取技巧。

1 系统结构

如图1所示，本系统连接两路MC-LINK-CA 设备，八路VFD-E 设备。主模块用台达的DVPCOPM-SL CANopen 模块作为CANopen 网络的主站使用，站号设置为2，其他设备站号分别为3～12。DVPCOPM-SL 作为主站使用时，有如下功能：符合CANopen 标准协议DS301v4.02；支持 NMT Master服务；支持 Heartbeat/Node Guarding Protocol；支持 PDO、SDO 服务；支持 E-mergency Protocol；具有同步信息产生器；与 PLC 主机自动交换数据。

图1 系统结构图Fig.1 System structure diagram

2 组建CANopen 网络

2.1 修改各设备地址、波特率

（1）修改各设备地址。CANopen 网络中各个设备的地址必须唯一。所以对于刚出厂的设备首先需要修改其地址。为了保证对象索引的正确性，防止修改了其他参数，在修改地址之前先对相应的对象索引读进行读取。主站和设备连接后，用SDO 进行读写。例如修改MCLINK-CA 设备的地址，原地址为1，改为3。

①读地址。发生数据：COB-ID为601h 数据为：40 04 20 00 00 00 00 00；返回数据：COB-ID为581h数据为：4f 04 20 00 01 00 00 00；②写地址。发生数据：COB-ID为601h 数据为：2f 04 20 00 03 00 00 00；返回数据：COB-ID为581h 数据为：60 04 20 00 00 00 00 00。

说明：读取对象2004h 子索引为00h的数据，返回1。写地址时，返回数据以60h 开始的数据说明修改成功。设备不同，地址对象索引可能不同。

（2）修改波特率。要组建一个网络，使得网络中各设备能够进行数据交互。必须使得各个设备的速率一致。同上，在修改波特率之前，先对相应的对象索引进行读取。以MC-LINK-CA 设备为例，修改使得其波特率为125kbps。地址为1。①读波特率。发生数据：COB-ID为601h 数据为：40 05 20 00 00 00 00 00；返回数据：COB-ID为581h 数据为：4b 05 20 00 e8 03 00 00；②写波特率。发生数据：COB-ID为601h 数据为：2b 05 20 00 7d 00 00 00；返回数据：COB-ID为581h 数据为：60 05 20 00 00 00 00 00。

说明：读取对象2005h 子索引为00h的数据,返回波特率数值为1Mkbps。改写波特率125kbps时，返回数据以60h 开始的数据说明修改成功。设备不同，波特率对象索引可能不同。

（3）保存数据。根据设备的不同，有些设备需要保存断电才起作用。有些不需要保存断电即起作用。仍以MC-LINK-CA 设备为例，保存修改SDO 命令如下：

发生数据：COB-ID为601h；数据为：23 10 10 01 73 61 76 65；返回数据：COB-ID为581h；数据为：60 10 10 01 00 00 00 00。

2.2 EDS 文件的修正

（1）将主从站的节点地址、通信速率设置好、通讯接线连接完成后，打开CANopenBuilder 软件，点击 “工具-＞eds 操作-＞按装eds 文件”选择设备对应的eds 文件。点击 “网络-＞在线”，则会搜索出主站DVPCOPM Master与一个Unknown 未知设备，此时，选中此未知设备，右键-＞属性，记录下节点信息中的以下几个信息内容，厂商代码、设备类型、产品代码、版本，若有灰色的不用记，这里设备类型为灰色，只需要记下，厂商代码、产品代码、版本。

（2）使用记事本打开从站设备提供的EDS 文件，并将以上三项信息的内容在EDS 文件中的对应项修改为记录下的数据并保存为后缀为eds的文件，这三项对应的对象为1018h，子索引为01h，02h，03h。

（3）使用CANopenBuilder 软件重新导入EDS 文件后，再次点击 “Online”自动搜索后，组态软件则可以正确识别从站设备。

2.3 配置从站设备的PDO 数据

双击从站设备3，出现 “节点配置”界面，选中要配置的PDO 类型，点击 “PDO 映射”对PDO 数据进行分配。

配置RxPD01（主站发送，从站接收）：COB_ID=203h（站号为3），PDO 通信参数索引为1400h，PDO 映射参数索引为1600h。映射对象为2003h,子索引为1～8，都由8位组成。

配置 TxPD01（从站发送，主站接收）：COB_ID=183h（站号为3），PDO 通信参数索引为1800h，PDO 映射参数索引为 1a00h。映射对象为 2001h,子索引为 1～8，都由 8位组成。

配置TxPD02（从站发送，主站接收）：COB_ID=283h（站号为3），PDO 通信参数索引为1801h，PDO 映射参数索引为 1a01h。映射对象为2001h,子索引为 9～10h，都由8位组成。

配置TxPD03（从站发送，主站接收）：COB_ID=383h（站号为3），PDO 通信参数索引为1802h，PDO 映射参数索引为 1a02h。映射对象为2001h,子索引为 11～18h，都由8位组成。

配置TxPD04（从站发送，主站接收）：COB_ID=483h（站号为3），PDO 通信参数索引为1803h，PDO 映射参数索引为1a03h。映射对象为2001h，子索引为19～20h，都由8位组成。

按照此方法对从站设备4～12 进行 “PDO 映射”，对PDO 数据进行分配。

2.4 配置节点列表

（1）双击“DVPCOPM Master 图标” 弹出 “节点列表配置”对话框。

（2）本例中先选中从站地址为 3的从站模块，点击按钮 “＞”，将从站 3 加入节点列表。此时选中节点列表中的从站 3，则可以在下方的输入输出映射表中看到从站3的IO 数据对应到PLC 主机内的D 寄存器地址。

（3）用同样的方法将从站 4～12 也加入节点列表，可以在下方的输入输出映射表中查看其IO 数据对应到PLC主机内的D 寄存器地址。点击”确定”完成节点列表配置。

2.5 下载配置到DVPCOPM-SL 主站模块

选择菜单 “网络”-＞“下载”，将配置数据下载到DVPCOPM-SL 主站模块。此时如果PLC 处于运行状态，则会提示要先停止运行才可以下载。点击 “是”停止PLC 运行并开始下载数据到主站模块。下载完成后，会提示是否重新运行 PLC，点击 “是”可以继续运行PLC程序，点击 “否”则不运行PLC 程序。

3 网络状态监测

3.1 实现原理

（1）CANopen 网络中从站状态。通过发送SDO 读取索引5002h 子索引01h的值，可以读取 CANopen 网络中所有从站的状态。索引5002h 子索引01h 和网络节点的对应关系表（略）。当主站模块节点列表中的节点正常时，相应的位为OFF状态；主站模块节点列表中的节点发生异常时，相应的位为ON状态。

（2）CANopen网络中主站状态。通过发送 SDO读取索引5003h子索引01h的值，可以读取 CANopen网络中主站的状态。当主站模块正常工作时，索引5003h子索引01h的内容值为 0；当主站模块发生错误时，索引5003h子索引01h的内容值为相应的错误代码。

（3）CANopen网络状态。使用者通过发送 SDO读取索引5004h子索引01的值，可以读取CANopen网络的网络状态信息。当CANopen网络的所有节点均正常工作时，5004h子索引01的内容值为 0；当 CANopen网络中任何一个节点发生异常/初始化失败时，5004h子索引01的内容值为 1。

3.2 PLC程序实现

首先对SDO请求信息映射区和SDO响应信息映射区清零。当M0=ON时，CANopen主站发送SDO请求信息，读取目标设备（主站节点地址为02）索引为5002h、子索引为01h的内容，如果通信成功，从站返回响应信息。返回的从站状态（站号3～12）存放在D202中。每发送一笔 SDO请求信息，必须为这笔信息分配一个请求ID。请求ID的取值范围为 00h～FFh，CANopen主站通

过 “请求 ID号”识别每一笔请求信息，当完成一次通讯，欲进行下一次通讯时，必须改变此 ID号。因此若要同时读取CANopen网络中主站状态，CANopen网络状态，则需要用一个计数器C和定时器T，每隔一定时间T，计数器加1，当C=0时读从站状态；当C=1时读主站状态；当C=2时读网络状态；当C=3时复位。D6250 请求 ID 分别为 01h，02h，03h；D6253 分别为H5002，H5003，H5004。