logo
Промышленные сети

CaNopen

Результатом дополнения CAL(точнее, некоторого его подмножества) системой профилей (устройств, интерфейсов, приложений и т. д.) и спецификациями физического уровня (типы соединителей, правила битового квантования, определяющие, на сколько квантов разделять бит и в каком месте бита считывать его значение, и т. д.) явилось появление более «конкретного» стандарта протоколаCANopen. По существу,CANopenявляется одним из приложений прикладного уровняCAL, но единственным приложением подобного рода, поддерживаемым ассоциациейCiA. Профили устройств (CiADS40x) упрощают интеграцию модулей разных производителей в единую сеть, а определение минимального обязательного (mandatory) набора свойств модулей гарантирует работоспособность системы на базовом уровне. ПервоначальноCANopenпредназначался для сетей управления движущимися механизмами в системах промышленной автоматики. Однако впоследствии он нашел применение в медицине, морской электронике, на транспорте и в системах автоматизации зданий.

Структура CANopenв соответствии с модельюOSIприведена на рис. 2.

Два нижних уровня соответствуют стандарту CAN(ISO11898,CANSpecification2.0A/B). В дополнение к спецификациям физического уровняISO11898 (среда передачи данных — экранированная или неэкранированная двухпроводная дифференциальная линия)CANopenсодержит собственные правила битового квантования, а также определяет три рекомендуемых типа соединителей:

Рекомендуемой разводкой контактов для всех типов соединителей предусмотрена возможность подачи питания (положительной полярности) на трансиверы узлов, имеющих гальваническую развязку. В сети CANopenопределены восемь градаций скоростей передачи данных: 1 Мбит/с, 800, 500, 250, 125, 50, 20 и 10 кбит/с. Поддержка скорости 20 кбит/с является обязательной для всех модулей. Прикладной уровень представляет собой некоторое подмножествоCALи базируется на четырех его основных сервисных элементах:CMS,NMT,DBTиLMT, дополненных профилем соединения (CiADS301), определяющим базовые правила обмена данными и структуру словаря объектов. Более развитые механизмы сетевого взаимодействия для интеллектуальных устройств (человеко-машинные интерфейсы —HMI,PC-контроллеры,PLC, инструментальные средства и т. п.) описаны в дополнении к коммуникационному профилю (CiADS302).

В сети CANopenна прикладном уровне модули обмениваются между собой объектами-сообщениями —COB(CommunicationObject), включающими в себя один или болееCAN-фреймов. Всего существует четыре типа таких объектов:

Собственно для целей передачи данных используются два различных механизма — с использованием PDOи на основеSDO.SDOпозволяют модулям обмениваться данными любого объема (при последовательностях более 8 байтов — благодаря использованию несколькихCAN-фреймов) в ацикличном низкоприоритетном режиме. Как правило, этот тип обмена используется для конфигурирования устройств или настройки форматаPDO. Любое устройство, интегрируемое в сетьCANopen, должно обязательно поддерживатьSDO-обмен. В противоположностьSDO-типу, обмен на основеPDOиспользуется для синхронной (цикличной или ацикличной) или асинхронной (инициируемой внешними прерываниями) скоростной передачи не более 8 байтов (длина поля данных фреймаCAN), имеет более высокий приоритет, чемSDO, и применяется для пересылок данных в режиме реального времени.

Различия между этими двумя типами передачи данных подобны разнице между тяжелым грузовиком и быстрым, легким спортивным автомобилем. Для выполнения специальных задач, в том числе диктуемых спецификой режима реального времени, служат объекты специальных функций:

Объекты сетевого управления включают сообщения сервисов NMT,LMTиDBT. Администрированием сети занимаетсяNMTﾵмастер, который инициализирует устройства, обеспечивает контроль ошибок, а также производит их периодическую «перекличку» (LifeGuarding) с помощьюPDO-сообщений (NodeGuardingObject) для выявления узлов, находящихся в нерабочем состоянии ввиду физического отсутствия или отключения от шины (busoff) по счетчику ошибок. Устройство в сетиCANopenвключает в себя три основные логические части:

Первая часть обеспечивает приемпередачу объектов по сети. Словарь объектов описывает типы данных, объектов связи (COB) и прикладных объектов, используемых в данном устройстве. Третья часть обеспечивает внутреннюю функциональность устройства и заимодействие с его аппаратным интерфейсом.

В целях максимального упрощения процесса интеграции модулей независимых производителей в единую сеть CANopenиспользует концепцию профилей устройств.К настоящему времени завершено формирование следующих профилей:

В процессе разработки находятся профили для модулей управления гидравлическими механизмами, дизельными двигателями и железнодорожным транспортом. Кроме этого, существует единственный пока профиль интерфейса — IEC1131 (DSP-405). Отдельного упоминания заслуживает профиль приложенияWD-407 (IBIS-CAN)CAN-сетей в области управления электроникой на общественном транспорте (гдеCAN-сети вообще используются довольно интенсивно по всей Европе): билетный контроль, подсчет пассажиров, информационные панели и т. п.

Другим менее известным протоколом-приложением прикладного уровня CAL(и, в отличие отCANopen, требующим лицензирования) является протоколP-CAL(PortableCANApplicationLayer), разработанный Университетом Вооруженных сил Германии.