Sběrnice CAN (Controller Area Network)WeldMonitor - Your Wizard in Arc-Welding ...

Naše firma dlouhodobě používá ve svých výrobcích sběrnici CAN s protokolem CANopen pro aplikační vrstvu.

Co je sběrnice CAN ?

CAN je sériová sběrnice typu fieldbus vyvinutá firmou Robert Bosch GmbH pro úroveň senzorů a akčních členů.  Její přesný popis a zároveň i standard je definován mezinárodní normou ISO-11898, kde je uvedena nejen specifikace elektrického rozhraní (fyzická vrstva), ale i specifikace datového protokolu (linková vrstva):


Oproti jiným typům sběrnic typu fieldbus není CAN podporován jediným silným výrobcem automatizační techniky, ale naopak je využíván velkým množstvím firem. To předurčuje CAN dlouhodobou životnost a perspektivu použití zejména u automatizačních produktů menších výrobců automatizační techniky. O dobrém postavení CAN na trhu průmyslových sběrnic také svědčí počet prodaných čipů v posledních letech. Kolem sběrnice CAN bylo také vytvořeno v roce 1993 zájmové sdružení uživatelů s celosvětovou působností - CiA (CAN in Automation) se sídlem v SRN. CiA nyní čítá cca 500 organizací a tento počet se neustále zvyšuje.

Z obecného modelu komunikace se v případě sběrnice CAN využívá pro systémy distribuovaného řízení v reálném čase vrstva č.7 (Application Layer), která zprostředkovává služby nutné pro chod celého systému. Tyto služby nezahrnují jen distribuci aplikačních a řídících dat, ale také i možnost konfigurace, správy a testování funkčnosti jednotlivých uzlů i celého systému. Pro tuto vrstvu vzniklo v historii sběrnice CAN několik specifikací, z nichž nejpoužívanější jsou:
 


Uvedené protokoly si dávají jako hlavní cíl zajistit maximální slučitelnost zařízení od různých výrobců - interoperability a dále možnost zaměnit v cílové aplikaci stejný typ výrobku od různých výrobců - interchangebility.

Protokol aplikační vrstvy CANopen

CANopen je protokol založený na standardu aplikační vrstvy CAL (CAN Application Layer), který je podporován mezinárodním sdružením výrobců průmyslové techniky - CiA (CAN in Automation) pro komunikace na sběrnici CAN. CANopen byl vyvinut v rámci společného evropského projektu EEC ESPIRIT III -  ASPIC. V současné době je tento protokol součástí normy EN 50325-4. Jeho cílové využití je v aplikacích průmyslové automatizace, kde jsou zařízení jako např.distribuované I/O moduly, pohony, serva apod., které komunikují přes sběrnici CAN. Otevřenost a zároveň důsledné zachování kompatibility jsou jedny z hlavních vlastností protokolu CANopen. Vzhledem k značnému rozšíření protokolu CANopen v Evropě zvolili jsme právě tento protokol pro naše výrobky pro oblast průmyslové automatizace a měření.

Referenční model ISO/OSI a CANopen

Struktura protokolu CANopen ve srovnání s ISO/OSI modelem:

CANopen je založen na koncepci tzv. profilů zařízení (device profiles). To znamená, že každé zařízení má z hlediska komunikace dvě skupiny služeb. První skupina jsou standardní služby společné pro všechny typy zařízení, zatímco druhá skupina jsou speciální služby, závislé na typu zařízení (např. digitální I/O, frekvenční měniče). Zájmové skupiny uvnitř organizace CiA pracují na standardizaci jednotlivých profilů zařízení, nicméně každý výrobce je schopen v rámci volitelné úrovně služeb definovat vlastní profil svého zařízení za současného zajištění kompatibility. Je to zajištěno pomocí standardního konfiguračního souboru EDS (Electronic Data-Sheet), který je výrobce povinnen dodat ke každému svému výrobku. Přes standardní kofigurační software CANopen-Node-Master ( jde o univerzální program pro všechny typy zařízení), do kterého se EDS načte, se pak komunikuje s příslušným prvkem sítě, nastavují se jeho povinné a volitelné parametry, apod.

Toto řešení zajišťuje snadnou systémovou integraci a standardizaci jednotlivých skupin výrobků, což zaručuje zaměnitelnost výrobku stejného druhu od dvou nezávislých výrobců - interchangebility. Výhody tohoto přibližování jsou mnohé, což ocení především systémoví integrátoři, kteří při návrhu komplexního řešení příslušné automatizační úlohy mají k dispozici kompatibilní prvky od mnoha výrobců. Umožňuje jim to propojit výrobky od nezávislých výrobců do jedné komunikační sítě bez nutnosti psát specializovaný software zvlášť pro každé zařízení.

Komunikační model CANopen

CANopen protokol definuje několik metod pro vysílání a přenos zpráv přes CAN:

Synchronní datový přenos dovoluje široce koordinovat datové snímání a ovládání. Synchronní přenos je podporován pomocí předdefinovaného komunikačního objektu SYNC (synchronizační zpráva), který je vysílán cyklicky s určitou časovou periodou. Pomocí tohoto přenosu je možno vzorkovat velmi přesně např. výstupní a vstupní linky distribuovaných I/O modulů. Zároveň lze provozovat na CANopen asynchronní nebo událostní přenos, který je možno iniciovat na základě změny některých parametrů na senzorech, vznikem např. nečekané události. Tento typ přenosu není závislý na synchronizačním telegramu SYNC.

Obsah zpráv synchronních, asynchronních a událostních je možno dynamicky konfigurovat pomocí CANopen-Node-Mastera před startem sítě CAN. Uvedené zprávy mohou mít maximálně 8 bytů dat (CAN má k dispozici v rámci jedné přenosové zprávy pouze 8 datových bytů) a ty se nazývají PDO (Process Data Object). Pro přenos zpráv delších než 8 bytů je použit segmentovaný přenosový protokol SDO (Service Data Object), který je využíván zejména pro konfiguraci a nastavení parametrů uzlu.

CANopen definuje čtyři typy zpráv (komunikačních objektů):

Princip přenosu dat

Pro přenos informací u protokolu CANopen se využívají dva druhy zpráv: SDO a PDO:

SDO zprávy jsou využívány zejména pro dlouhé přenosy dat s nízkou prioritou přístupu na sběrnici a jsou vysílány asynchronně. Jejich normální využití je pro konfiguraci uzlů. CANopen specifikuje, že každý uzel na síti musí mít nejméně jeden SDO objekt. Pomocí tohoto objektu lze provádět editaci parametrů v tzv. object dictionary, který obsahuje všechny nezbytné parametry určitého modulu.

PDO zprávy (synchronní a událostní/asynchronní) jsou především používány pro přenos dat v reálném čase a typicky mají vyšší prioritu pro přístup na sběrnici CAN než objekty SDO.

Inicializace sítě a network management

Network management (NMT) je použit především pro řízení pracovních režimů jednotlivých uzlů na CANopen síti. NMT zajišťuje následující služby:



  www.electric.cz