Sieci przemysłowe - CANOpen | Sterowanie Automatyka | Czujniki urządzenia pomiarowe | Canopen, Urządzenia, Urządzeń, Zapewnia, Sieci | Automatyka Npędy Sterowanie Czujniki Pomiary

Otwarty protokół sieci przemysłowej CANOpen

CANOpen jest nowoczesnym protokołem komunikacyjnym wykorzystywanym przede wszystkim w sieciach przemysłowych. CANOpen zyskał dużą popularność między innymi dzięki otwartemu protokołowi. Każdy producent może wykorzystać go w swoich urządzeniach, bez uiszczania opłat licencyjnych. Poniższy artykuł pozwala na zapoznane się z podstawowymi informacjami o CANOpen.

CANOpen jest zestandaryzowaną siecią pracującą w systemach wbudowanych. System ten został opracowany przez firmę Bosch wraz z grupą CiA (CAN in Automation) zrzeszającą międzynarodowych użytkowników i producentów urządzeń.

Właściwości CANOpen

Protokół CANopen zapewnia kontrolę błędów, przesyłanie pilnych wiadomości oraz wykrywanie uszkodzeń w sieci. Specyfikacja CANopen określa 2 mechanizmy wykrywania rozłączenia urządzeń systemu wykorzystujące specjalną wiadomość kontrolną, która zawiera niezmienialy identyfikujący kod urządzenia NMT.

Mechanizm kontroli błędów i uszkodzeń

Mechanizm ochronny wykorzystuje odległe ramki przesyłane czasowo do urządzeń. Mechanizm ten polega na tym że urządzenie podrzędne NMT (slave) odpowiada odległą ramką wiadomością kontrolną. Jeżeli urządzenie nadrzędne nie zapyta o błąd w określonym czasie urządzenie podrzędne zrozumie to jako wyłączenie urządzenia nadrzędnego i wprowadzi do aplikacji czas ochronny. Urządzenie nadrzędne NMT może również zapytać o błąd i uzyskać odpowiedź o wadliwie działającym węźle. Czas ochronny urządzenia definiuje się jako czasową transmisję ramek błędów. Wskaźnik czasu aktywności urządzenia określa jego czas ochronny. Czas ochronny i czas aktywności obiektu jest różny dla kadego urządzenia podrzędnego NMT. Wysyłana ramka błędu zawiera specjalny bit (toggle-bit), który wskazuje, że aplikacja jest wciąż aktywna.

Drugi mechanizm Heartbeat używa podobnej wiadomości błędu, która dla odróżnienia jest transmitowana czasowo przez urządzenie podrzędne NMT. Odbiorca wiadomości przechwytuje ją i zaznacza to w aplikacji. Wysyłający wiadomość określany jest jako Heartbeat czeka określony czas na wiadomość kontroli błędów Heartbeat. Nie jest dozwolone aby urządzenia stosowały oba mechanizmy kontroli błędów z tym samym czasem startu nierównym 0.

Warstwy protokołu CANOpen

CANOpen określa model OSI (Open Systems Interconnection), warstwy wyższe oraz warstwę sieciową. Standard CANopen składa się z systemu adresowania, kilku mniejszych protokołów komunikacyjnych oraz warstwy aplikacji określonych przez profil danego urządzenia. Niższy poziom realizacji protokołu opisuje warstwę fizyczną, którą jest najczęściej Controller Area Network (CAN), choć spotyka się także urządzenia wykorzystujące inne środków łączności (np.Ethernet Powerlink, EtherCAT).

Podstawowe urządzenie CANopen i profile komunikacyjne opisane są w specyfikacji 301 CiA wydanej przez organizację CiA. Profile dla bardziej wyspecjalizowanych urządzeń bazujące na profilu podstawowym są określone przez inne standardy organizacji CiA, takie jak CIA 401, CIA 402.

Wybrane profile zdefiniowane przez CANOPen

CiA 401 - Moduły wejść/wyjść
CiA 402 - Napędy
CiA 404 - Przemienniki energii
CiA 405 - Sterowniki PLC
CiA 406 - Enkodery
CiA 410 - Inklinometry
CiA 416 - Urządzenia kontroli drzwi
CiA 417 - Urządzenia kontroli wind
CiA 418 - Moduły bateryjne
CiA 419 - Ładowarki baterii
CiA 425 - Moduły stosowane w medycynie

Sieci CANopen mają zastosowanie w wielu dziedzinach a w szczególności w systemach obsługi maszyn i urządzeń pracujących jako systemy wbudowane. CANopen instalowany jest także w pojazdach (samochody, kolej, statki, samoloty), w urządzeniach medycznych, w systemach informacyjnych (np.informacja dla podróżnych) itp. CANopen znajduje również zastosowanie w bardziej złożonych systemach używanych w fabrykach w procesie produkcji. CANopen stosuje się w większych systemach ogrzewania i chłodzenia (np. klimatyzacja) oraz w różnego rodzaju windach, taśmociągach, mechanizmach kontroli drzwi i sterowania silników.

Warstwa fizyczna w sieci CANOpen - CAN

CANopen wykorzystuje interfejs CAN jako warstwę sprzętową (fizyczną).

Typy złącz i pinologia w CANOpen

Poniżej przedstawiona została pinologia dla złącza typu DB9 oraz złącza okragłego 5-pinowego.

Komunikacja w sieci CANOpen

Protokół CANopen pozwala kierować dane jeden do jednego wymieniane pomiędzy węzłami. Funkcjonalność sieci CANopen zapewnia prostą realizację, implementację, diagnostykę oraz specyficzne mechanizmy startu systemu i wykrywania błędów. CANopen zapewnia cykliczną oraz wymuszoną zdarzeniami komunikację. Zapewnia ta zredukowanie obciążenia magistrali do minimum i zapewnia krótkie czasy reakcji. Przesyłanie danych praktycznie bezbłędnie zapewnione jest przez niewielką prędkość transmisji oraz specyfikacje warstwy sprzętowej CAN. Oznacza to również zminimalizowanie wprowadzanych zakłóceń elektromagnetycznych oraz niski koszt przewodów.