如何快速實現(xiàn)CANopen網(wǎng)絡的組建與配置

　　CANopen協(xié)議興起于歐洲，現(xiàn)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，正處在引進國外先進設備的階段，這就要求我們懂得CANopen通信協(xié)議，同時能夠利用CANopen設備正確的組建一個適合特定應用的CANopen網(wǎng)絡。CANopen的多種數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)采集與傳輸、電機控制、汽車電子、電池充電控制以及紡織等行業(yè)。

　　1. CANopen從站/主站特點

　　具有網(wǎng)絡管理(Network Management：簡稱NMT)主機功能的設備通常被稱為CANopen主站設備，通常也具有服務數(shù)據(jù)(Service Date Object：簡稱SDO)客戶端功能。反之具有網(wǎng)絡管理(NMT)從機功能的設備通常被稱為CANopen從站設備，且其必須具備有服務數(shù)據(jù)服務器功能。這樣CANopen主站設備就可以控制從站以及讀寫CANopen從站設備的對象字典。

　　(1)CANopen從站特性CANopen從站在CANopen網(wǎng)絡中擁有唯一的節(jié)點地址，并且能獨立完成特定的功能，例如數(shù)據(jù)采集、電機控制等等。對實時性要求高的數(shù)據(jù)，通常通過實時數(shù)據(jù)過程(Process Data Object：簡稱PDO)進行傳輸，因此CANopen從站應當支持一定數(shù)量的PDO傳輸功能。根據(jù)CANopen協(xié)議DS301 V4.02的定義，每個從站都預定義了4個TPDO(Transmit Process Data Object：簡稱TPDO)和4個RPDO(Receive Process Data Object)，另外從站也應具有節(jié)點/壽命保護或心跳報文以及生產(chǎn)緊急報文等功能。每個CANopen從站都應有一個對象字典，描述了從站所具有的應用參數(shù)和通信參數(shù)。

　　(2) CANopen主站特性CANopen主站在網(wǎng)絡所起的作用有別于CANopen從站，通常CANopen主站在網(wǎng)絡中負責網(wǎng)絡管理、從站參數(shù)配置以及從站數(shù)據(jù)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(jié)點地址。

　　2. CANopen網(wǎng)絡組建

　　由于CANopen是基于CAN總線的一種應用層協(xié)議，因此其網(wǎng)絡組建與CAN總線一致，典型的總線型結(jié)構(gòu)，從站和主站都掛接在該總線上即可，在一個CANopen網(wǎng)絡中只能有一個主站設備和若干個從站設備同時工作。CANopen網(wǎng)絡布線時選用帶屏蔽雙絞線，提高總線抗干擾能力。表1所示為CAN通信波特率與總線長度的關系。注意網(wǎng)絡中的各節(jié)點的支線長度不易過長，波特率大于100Kbps的情況下，支線總長度不應大于30m，單個節(jié)點的支線也不應大于60cm.

　　表1總線長度與波特率關系

　　(1)基本的CANopen網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

　　圖1 CANopen基本網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

　　圖1所示為CANopen網(wǎng)絡的基本結(jié)構(gòu)，在該網(wǎng)絡中有一個CANopen主站，負責管理網(wǎng)絡中的所有從站，每個設備都有一個獨立的節(jié)點地址(NodeID)。從站與從站之間也能建立通信，通常需要事先對各個從站進行配置，使各個從站之間能夠建立起獨立的PDO通信。

　　(2)復雜的CANopen網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

　　圖2帶網(wǎng)關設備的CANopen網(wǎng)絡

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

　　3. CANopen網(wǎng)絡中從站的配置CANopen從站設備在出廠時都設定有默認參數(shù)，并且這些參數(shù)都與節(jié)點地址綁定，例如實時數(shù)據(jù)傳輸PDO，其預定義連接集定義了其默認的參數(shù)有4個TPDO和4個RPDO，其COB-ID(Communication Object -ID)如表2所示。在一些應用簡單的場合只需要采用默認設置即可進行正常通信，但對于一些應用比較復雜的場合，則需要對從站進行相應的配置，最常見的配置參數(shù)有PDO的COB-ID、PDO映射參數(shù)、以及節(jié)點/壽命保護等參數(shù)。

　　表2 PDO預定義鏈接

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

　　(1)通信參數(shù)配置CANopen設備的通信參數(shù)包括PDO的COB-ID、傳輸類型、禁止時間以及映射參數(shù)等。其參數(shù)配置順序如圖3所示。

　　圖3通信參數(shù)配置順序

　　在配置PDO的通信參數(shù)時，首先禁止PDO通信，根據(jù)DS301 V4.02的定義，當COB-ID的最高位(第31位)為1時即可禁止該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，相應的傳輸類型、映射參數(shù)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出現(xiàn)錯誤。

　　(2)其它參數(shù)的配置除了通信相關的參數(shù)之外，CANopen設備還有一些與安全相關的參數(shù)，例如節(jié)點/壽命保護或者心跳報文。根據(jù)DS301 V4.02的定義，同一個CANopen從站中只可能使用節(jié)點/壽命保護或心跳報文的一種。節(jié)點/壽命保護可以實現(xiàn)雙向保護，即主站可監(jiān)控從站的狀態(tài)，而從站也可監(jiān)控主站是否在線。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(jiān)控到心跳報文生產(chǎn)者的狀態(tài)。在網(wǎng)絡總線負載較大的情況下，建議使用心跳報文的保護機制來減輕總線負載。

　　圖4禁止PDO通信方法