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深圳市蓝海华腾技术股份有限公司
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蓝海华腾变频器与贝加莱人机界面的CANOPEN通讯

日期: 2015-03-20
作者:

一、介绍
从OSI网络模型的角度来看同,现场总线网络一般只实现了第1层(物理层)、第2层(数据链路层)、第7层(应用层)。因为现场总线通常只包括一个网段,因此不需要第3层(传输层)和第4层(网络层),也不需要第5层(会话层)第6层(描述层)的作用。
CAN(Controller Area Network)现场总线仅仅定义了第1层、第2层(见ISO11898标准);实际设计中,这两层完全由硬件实现,设计人员无需再为此开发相关软件(Software)或固件(Firmware)。同时,CAN只定义物理层和数据链路层,没有规定应用层,本身并不完整,需要一个高层协议来定义CAN报文中的11/29位标识符、8字节数据的使用。而且,基于CAN总线的工业自动化应用中,越来越需要一个开放的、标准化的高层协议:这个协议支持各种CAN厂商设备的互用性、互换性,能够实现在CAN网络中提供标准的、统一的系统通讯模式,提供设备功能描述方式,执行网络管理功能。
应用层(Application layer):为网络中每一个有效设备都能够提供一组有用的服务与协议。
通讯描述(Communication profile):提供配置设备、通讯数据的含义,定义数据通讯方式。
设备描述(Device proflile):为设备(类)增加符合规范的行为。
下面将介绍基于CAN的高层协议:CAL协议和基于CAL协议扩展的CANopen协议。CANopen协议是CAN-in-Automation(CiA)定义的标准之一,并且在发布后不久就获得了广泛的承认。尤其是在欧洲,CANopen协议被认为是在基于CAN的工业系统中占领导地位的标准。大多数重要的设备类型,例如数字和模拟的输入输出模块、驱动设备、操作设备、控制器、可编程控制器或编码器,都在称为“设备描述”的协议中进行描述;“设备描述”定义了不同类型的标准设备及其相应的功能。依靠CANopen协议的支持,可以对不同厂商的设备通过总线进行配置。在OSI模型中,CAN标准、CANopen协议之间的关系如下图所示:

蓝海华腾变频器与贝加莱人机界面的CANOPEN通讯

图1  CAN、CANopen标准在OSI网络模型中的位置框图

二、CAL 协议
CAL(CAN Application Layer)协议是目前基于CAN的高层通讯协议中的一种,最早由Philips医疗设备部门制定。现在CAL由独立的CAN用户和制造商集团CiA(CAN in Automation)协会负责管理、发展和推广。
CAL提供了4种应用层服务功能:
CMS (CAN-based Message Specification)
CMS提供了一个开放的、面向对象的环境,用于实现用户的应用。CMS提供基于变量、事件、域类型的对象,以设计和规定一个设备(节点)的功能如何被访问(例如,如何上载下载超过8字节的一组数据(域),并且有终止传输的功能)。CMS从MMS (Manufacturing Message Specification)继承而来。MMS是OSI为工业设备的远程控制和监控而制定的应用层规范。
NMT (Network ManagemenT)
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。
DBT (DistriBuTor)
提供动态分配CAN ID(正式名称为COB-ID,Communication Object Identifier)服务。这种服务是采用主从通讯模式(所以只有一个DBT主节点)来实现的。
LMT (Layer ManagemenT)
LMT提供修改层参数的服务:一个节点(LMT Master)可以设置另外一个节点(LMT Slave)的某层参数(如改变一个节点的NMT地址,或改变CAN接口的位定时和波特率)。
CMS为它的消息定义了8个优先级,每个优先级拥有220个COB-ID,范围从1到1760。剩余的标志(0,1761-2031)保留给NMT,DBT和LMT,见下表。


映射到CAL服务和对象的COB-ID(11CAN标识符服务或对象 
0NMT 启动/停止服务 
1 - 220 CMS对象 优先级0 
221 - 440 CMS对象 优先级
441 - 660 CMS对象 优先级2 
661 - 880 CMS对象 优先级3 
881 - 1100 CMS对象 优先级4 
1101 - 1320 CMS对象 优先级5 
1321 - 1540 CMS对象 优先级6 
1541 - 1760 CMS对象 优先级7 
1761 - 2015 NMT 节点保护 
2016 - 2031 NMT,LMT,DBT服务 

三、变频器与贝加莱人机界面连接如下

蓝海华腾变频器与贝加莱人机界面的CANOPEN通讯

图2

四、CPS_Modbus RTU Gateway (I-7232D)配置
在计算机上安装I-7232D U TILITY配置软件,并运行如下图所示

蓝海华腾变频器与贝加莱人机界面的CANOPEN通讯

图3

运行配置软件后显示如下图,I-7232D上电时将INT脚与GND短接,使I-7232D工作在配置模式

蓝海华腾变频器与贝加莱人机界面的CANOPEN通讯

图4

选择正确的通讯COM口,点击“CONNETCT”连接I-7232D,连接成功后,点击CAN-bus将出现如下窗口图所示:

蓝海华腾变频器与贝加莱人机界面的CANOPEN通讯

图5

I-7232D的CANopen端:
波特率:250KBPS
节点号为:1
然后点击RS-485按钮如下图

蓝海华腾变频器与贝加莱人机界面的CANOPEN通讯

图6

I-7232D的RS-485端:
波特率:19200BPS
数据长度:8
奇偶校验:无
停止位:1
超时:50ms
在配置完通讯端口参数后击点“NEXT”弹出如下窗口,如图所示

蓝海华腾变频器与贝加莱人机界面的CANOPEN通讯

图7

然后点击“ADD”按钮添加MODBUS地址映射,”Modbus Device NodeID”,这里输入被映射的变频器RS-485节点地址,”Relay Address”,本栏里选择MODBUS RTU功能码,这里我们只用两个功能码:Analog Output(写入)和Analog Input(读取),“Register/Relay Address”此处填入要读/写的变频器寄存器地址,“Data Length”这里设置读/写变频器寄存器的数据长度。在这里我们的映射地址如下表所示。在完成映射后点击“Modbus Information”和“PDO Information”可以察看映射参数列表如下图所示

Instance NO.Modbus Device NodeIDRelay AddressRegister/Relay AddressData Length
11Analog Output327691
21Analog Output327701
31Analog Input330361
41Analog Input330791
51Analog Input330811
62Analog Output327691
72Analog Output327701
82Analog Input330361
92Analog Input330791
102Analog Input330811

蓝海华腾变频器与贝加莱人机界面的CANOPEN通讯

图8

蓝海华腾变频器与贝加莱人机界面的CANOPEN通讯

图9

完成以上操作后点击“NEXT”出现如下窗口

蓝海华腾变频器与贝加莱人机界面的CANOPEN通讯

图10

然后点击“Finish”保存配置的参数到I-7232D同时在应用程序根目录下生成EDS文件,保存成功后返回主窗口。完成配置后掉电重启I-7232D。
PP45CANopen程序:
CAN通讯口初始化程序
(* init program *)
CANopen_0.enable= 1
CANopen_0.baud_rate= 25;250k
CANopen_0.cob_anz= 20
CANopen_0.error_adr= adr(ERR)
CANopen_0.device= "SS1.IF3"     ;设备名称
CANopen_0.info= 0
CANopen_0 FUB CANopen()     ;初始化CAN
NMT_Data[0]=1                ;CANOPEN命令01-
NMT_Data[1]=0
;requst cob cofg
UserType.RTR_COB[1]=$281     ;COB-ID 281 读取
UserType.RTR_COB[2]=$381     ;.. ..           ..
UserType.RTR_COB[3]=$481
;cmmd cob cofg
UserType.Send_COB[1]=$301     ;COB-ID 301 写入
UserType.Send_COB[2]=$301     ;..       ..   ..
UserType.Send_COB[3]=$401     ; ..       ..   ..
;node id cofg
UserType.Node[1]=$01           ;RS-485节点地址
UserType.Node[2]=$02           ;.. 
UserType.Node[3]=$03
PDO程序;
(* cyclic program *)
loop i=1to 3 do
 m[i] =workstep[i]
 select workstep[i]
  state Send_NMT
   CANwrite_NMT[i].enable= 1
   CANwrite_NMT[i].us_ident=CANopen_0.us_ident
   CANwrite_NMT[i].can_id=NMT_COB;0
   CANwrite_NMT[i].data_adr= adr(NMT_Data[0])
   CANwrite_NMT[i].data_lng= sizeof(NMT_Data)
   CANwrite_NMT[i] FUB CANwrite()         ----使I-78232D进入运行状态
   when CANwrite_NMT[i].status<>MSG_BUSY;1
   next Send_Data1
  state Send_Data1
                                      (*PDO1RX*)
   CANwrite_data1[i].enable= 1
   CANwrite_data1[i].us_ident=CANopen_0.us_ident 
   CANwrite_data1[i].can_id= UserType.Send_COB[i]
   CANwrite_data1[i].data_adr=adr(UserType.Txdata[i].Data[0]) 将要写入的数据
   CANwrite_data1[i].data_lng= sizeof(UserType.Txdata[i])
   CANwrite_data1[i] FUB CANwrite()
   when CANwrite_data1[i].status<>MSG_BUSY;1
   next Send_Data2
  
  stateSend_Data2                                               (*PDO1TX*)
   (*读取模式为异步RTR*)
    CANrtr_01[i].request = not CANrtr_01[i].request
    CANrtr_01[i].enable = 1                  
 (*enable the functionblock CANrtr*)
      CANrtr_01[i].us_ident = CANopen_0.us_ident
 (*set us_id with the value from CANopen*)
      CANrtr_01[i].data_adr = ADR(UserType.Rxdata[i].Data[0]) ;存储读入的数据      
 (*set the destination adress*)
      CANrtr_01[i].can_id = UserType.RTR_COB[i]               
 (*set can_id*)
      CANrtr_01[i] FUB CANrtr()  ;发送请求读取数据              
(*call CANrtr*)   
   when CANrtr_01[i].status<>MSG_BUSY;1
   next Send_Data1 
 endselect 
endloop  

数据转换程序:
(* cyclic program *)
loop i=1 to 2 do
  if i=1 then
 memcpy(adr(mActFreq[i]),adr(UserType.Rxdata[i].Data[2]),2)
 MotorApp[i].rActFreq=real(mActFreq[i])/100.0;act freqence
 memcpy(adr(MotorApp[i].rStatus),adr(UserType.Rxdata[i].Data[0]),2);status word
 
 UserType.Txdata[i].Data[0]=byte(MotorApp[i].wCtrlWord);set contrl word
 UserType.Txdata[i].Data[1]=byte(lsr(MotorApp[i].wCtrlWord,8))
 UserType.Txdata[i].Data[2]=byte(uint(MotorApp[i].wSetfreq*100));set Freqence
 UserType.Txdata[i].Data[3]=byte(lsr(uint(MotorApp[i].wSetfreq*100),8))
 UserType.Txdata[i].Data[4]= UserType.Txdata[i+1].Data[4]
 UserType.Txdata[i].Data[5]= UserType.Txdata[i+1].Data[5]
 UserType.Txdata[i].Data[6]= UserType.Txdata[i+1].Data[6]
 UserType.Txdata[i].Data[7]= UserType.Txdata[i+1].Data[7]
  else
    memcpy(adr(mActFreq[i]),adr(UserType.Rxdata[i].Data[0]),2)
 MotorApp[i].rActFreq=real(mActFreq[i])/100.0;act freqence
 memcpy(adr(MotorApp[i].rStatus),adr(UserType.Rxdata[i].Data[2]),2);status word
 
 UserType.Txdata[i].Data[4]=byte(MotorApp[i].wCtrlWord);set contrl word
 UserType.Txdata[i].Data[5]=byte(lsr(MotorApp[i].wCtrlWord,8))
 UserType.Txdata[i].Data[6]=byte(uint(MotorApp[i].wSetfreq*100));set Freqence
 UserType.Txdata[i].Data[7]=byte(lsr(uint(MotorApp[i].wSetfreq*100),8))
 UserType.Txdata[i].Data[0]= UserType.Txdata[i-1].Data[0]
 UserType.Txdata[i].Data[1]= UserType.Txdata[i-1].Data[1]
 UserType.Txdata[i].Data[2]= UserType.Txdata[i-1].Data[2]
 UserType.Txdata[i].Data[3]= UserType.Txdata[i-1].Data[3]
 endif
 status_1 = UserType.Rxdata[1].Data[1]
    status_2 = UserType.Rxdata[1].Data[7]
endloop 
注意:在MODBUS地址映射时没有按COB-ID对齐(节省空间地址)如在写入时COB-ID为0X301一次可写入4个字,前两个字为#1号变频器的MODBUS地址,后两个字为#2号变频器MODBUS地址,读取地址原理相同,具体查看I-7232D的PDO的参数列表


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