工业数据通信与控制网络

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

7.1 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 ；

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。 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。 “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连接伺服驱动器

7.4 台达CANopen系统组态 功能要求：组建CANopen 网络，完成由一个数字IO 模块来控制一台伺服驱动器的启动和停止及速度选择功能。 1. 系统分析 本次设计的CANopen 网络采用主从结构； CANopen主站采用COPM扫描模块与SV系列PLC构成； PLC和伺服驱动器从站分别通过IFD9503接入CANopen 网络。

7.4 台达CANopen系统组态

7.4 台达CANopen系统组态 2. 使用CANopen Builder配置网络 正确配置CANopen Builder软件通信参数，进行在线连接自动扫描CANopen 站点。

7.4 台达CANopen系统组态 （1）CANopen 从站的配置

7.4 台达CANopen系统组态 （1）CANopen 从站的配置

7.4 台达CANopen系统组态 （2）CANopen主站模块的配置

7.4 台达CANopen系统组态 （2）CANopen主站模块的配置

7.4 台达CANopen系统组态 3. CANopen网络控制 控制要求： 当闭合从站3 上的开关X0 时，从站2 伺服驱动器运行且Y0信号灯亮； 当断开从站3 上的开关X0 时，从站2 伺服驱动器停止且Y0信号灯灭； 当切换从站3 上的开关X1、X2 状态，可以改变从站2 伺服驱动器的运行速度。

7.4 台达CANopen系统组态 （1）CANopen 从站与PLC 元件的对应关系

7.4 台达CANopen系统组态 （2）PLC梯形图程序 CANopen主站网络控制梯形图程序

7.4 台达CANopen系统组态 CANopen从站网络控制梯形图程序

思考题 1. CANopen的特性？ 2. 什么是对象字典？ 注意： 作业网上提交，用自己的语言描述， http://jcyjs.swust.edulab.cn/，“扩展”栏目 最新PPT下载网址：http://homepage.swust.edu.cn/web/wangshunli/p/598/list.htm