基于人机界面的CANOpen 模块接入模式分析_CANOpen_人机界面

基于人机界面的CANOpen 模块接入模式分析

2010/11/17 16:40:00

1.系统概述
　　在很多应用中，我们需要获取现场总线模块的数据，并参与控制，比如：温度信号、湿度信号、高度信号等等。我们现在可以采用组态软件利用现场总线传输，来采集现场的信号。为我们获取应用现场的信号提供了方便快捷的解决方案。

2.CANOpen设备分析
2.1.CANOpen设备模型
　　CANOpen 设备模型外部连接CANBus 系统合过程I/O，采集现场数据，通过CAN 总线系统，向高层传送。设备模型（图3）内部可以被分为3 部分：
　　● 通信接口（Communication）部分：
　　　提供在总线上收发通信对象的服务。不同CANOpen 设备间的通信都是
　　　通过交换通信对象完成的。
　　● 对象字典（Object Directory）部分：
　　　对象字典描述了设备的功能性。它以特定的方式描述了通信对象(应用数据和配置数据)，从而实现了设备的功能性描述。这些对象通过一个16 位的索引和一个附加的8 位子索引来访问。对象字典位于CAN 总线
设备通信部分和应用部分之间，向应用程序提供接口，应用程序对对象字典进行操作就可以实现CANOpen 通信。
　　● 应用（Application）部分：
　　　应用部分由用户编写，包括功能部分和通信部分。通信部分通过对对象字典进行操作实现CANopen 通信，而功能部分由用户根据应用要求实现。比如CAN 控制器，应用程序部分则为过程控制或数据处理逻辑，
需要用户编写。

图3[1] CANOpen 设备模型

2.2.CANOpen设备应用分析
CANOpen 设备的应用可以有下面2 个层面：
　●操作应用层面：现场操作人员、现场设备检查人员等关注；
　●系统设置层面：系统集成技术人员、设备维护和改造人员等关注。
　　从操作应用层面看，技术人员主要是通过已经形成的生产线，依靠CANOpen系统完成既定的生产工作，也就是通过采集的信号的内容展示和分析结果，关注的是通过设备完成的生产操作。也就是，操作人员关注通过正确的操作方法，顺利完成生产任务。这个层面的用户是人机界面系统的最终使用者。工业人机界面
系统的设计必须考虑这个层面应用的需求。
　　从系统设置层面看，技术人员要对现场设备进行装配、设置，甚至编程。技术人员可以根据设备的说明文档，依据现场工程的需求，进行装配和设置。一般来说，每种设备都有测试或者配置软件，尤其逻辑控制设备，都配置编程软件，比如PLC，CANOpen 设备也是如此！首先，这些软件都已经非常成熟，然后，编程通讯往往有很多不开放的技术，所以，我们必须借助于设备厂商提供的软件。这个层面的技术人员工作，往往是针对确定的I/O 部分，依照明确的工艺需求，进行设备组态、系统集成等工作，关注系统集成部分，也就是根据操作应用层面的具体需求进行系统集成。
　　对于人机界面的组态，我们主要是考虑操作应用层面的需求，也就是关注I/O状态、控制有关的参数设置、运行结果的记录等。这些为基于HMI 的现场总线控制平台的协议通讯模式的实现提供了依据。

　　HMI 组态关注的对象

　　NMT（Network ManagemenT）网络管理服务：提供网络管理（如初始化、启动和停止节点，侦测失效节点）服务。这种服务是采用主从通讯模式（所以只有一个NMT 主节点）来实现的。上位机HMI 系统通过NMT 对象，管理网络，启动或停止CANOpen 节点。
　　过程数据对象用于在CANOpen 节点间传送过程数据,如I/O 模块的I/O 状态的读取和设定、模拟量采集和模拟量输出等等。
　　Node 节点－－>HMI 平台（TPDO：发送过程数据对象）
　　Node 节点<－－HMI 平台（RPDO：接收过程数据对象）

系统配置关注对象
　　服务数据对象（SDO：Server Data Object）服务用于读写节点的对象字典（Object Dictionary）用来在设备之间传输大的低优先级数据，典型的是用来配置CANopen 网络上的设备。
　　部分管理报文：
　　预定义报文或者特殊功能对象，比如修改节点ID，重新设置通讯波特率等。

2.3.CANOpen标识符
　　为了减小简单网络的组态工作量，CANopen 定义了强制性的缺省标识符（CAN-ID）分配表。这些标志符在预操作状态下可用，通过动态分配还可修改他们。CANopen 设备必须向它所支持的通讯对象的提供相应的标识符。
　　缺省ID 分配表是基于11 位CAN－ID，包含一个4 位的功能码部分和一个7位的节点ID(Node-ID)部分。如图4 所示。

图4 PDO 数据格式[1]

　　Node-ID：对应CANOpen 设备，由系统集成商定义，例如通过设备上的拨码开关设置。Node-ID 范围是1~127（0 不允许被使用）。
　　Function Code：确定CAN 帧的类型，比如：PDO 和SDO：对应CANOpen设备的寄存器。在CANOpen 设备中，常用的PDO 为0x180+Node-ID。其中0x180就是指Functon Code。SDO 是用来在设备之间传输大的低优先级数据的服务数据对象，典型的功能是配置CANopen 网络上的设备。
　　PDO 用来传输8 字节或更少数据，没有其它协议预设定（意味着数据内容已预先定义）。比如：某倾角传感器上传的为7 个字符，因此它有8 个PDO 数据需要传到现场总线上。标识符的格式为TPDO=0X180+NODE_ID，因此发送的PDO 可以表示为表3.1 的描述。

I/O 节点- 监控终端
COB-ID	0 字节	1 字节	2 字节	3 字节	4 字节	5 字节	6 字节
416（0x1A0）	CANOpen 设备上传的I/O 数据
	23	0	FD	FF	1D	88	32
COB-ID: 0x1A0=0X180+0X20