Кіріспе

CANopen – автоматтандыруда қолданылатын кіріктірілген жүйелер үшін коммуникациялық протокол жиынтығы және құрылғы профилі. OSI моделі тұрғысынан, CANopen желілік қабатты қоса алғанда, жоғарыдағы қабаттарды іске асырады. CANopen стандарты адрестеу схемасынан, бірнеше кішкентай коммуникациялық протоколдардан және құрылғы профилімен анықталатын қолданба қабатынан тұрады. Коммуникациялық протоколдар желіні басқару, құрылғыны бақылау және түйіндер арасындағы байланыс үшін қолдау көрсетеді, соның ішінде хабарламаларды сегменттеу/десегменттеу үшін қарапайым тасымалдау қабатын қамтиды. Дерек байланысы және физикалық қабаттарды іске асыратын төменгі деңгейлі протокол әдетте контроллерлік аймақ желісі (CAN) болып табылады, бірақ басқа коммуникациялық құралдарды (мысалы, Ethernet Powerlink, EtherCAT) пайдаланатын құрылғылар да CANopen құрылғы профилін іске асыра алады. CANopen құрылғысының негізгі және коммуникациялық профильдері CAN in Automation ұйымы шығарған CiA 301 спецификациясында келтірілген. Көбірек мамандықталған құрылғылар үшін профильдер осы негізгі профильдің үстіне салынады және CAN in Automation ұйымы шығарған көптеген басқа стандарттарда, мысалы, I/O модульдері үшін CiA 401 және қозғалыс бақылауы үшін CiA 402 сияқты стандарттарда сипатталған.

Құрылғының үлгісі

Әрбір CANopen құрылғысы басқару бағдарламалық жасақтамасында белгілі бір стандартты мүмкіндіктерді іске асыруға міндетті. Байланыс модулі желідегі басқа түйіндермен хабар алмасу протоколдарын іске асырады. Құрылғыны іске қосу және қайта орнату күй машинасы арқылы басқарылады. Ол инициализация, алдын ала жұмыс, жұмыс және тоқтатылған күйлерін қамтуы керек. Күйлер арасындағы өтулер құрылғыға желілік басқару (NMT) коммуникациялық объектісі жіберілген кезде жүзеге асырылады. Объект сөздігі – 16 биттік индексі бар айнымалылар тізімі. Әрбір айнымалыда 8 биттік қосалқы индекс болуы мүмкін. Айымалылар құрылғыны конфигурациялау және оның ортасын көрсету үшін, яғни өлшемдер деректерін қамту үшін қолданылады. Күй машинасы жұмыс күйіне орнатылғаннан кейін, құрылғының қолданбалық бөлігі құрылғының қажетті функциясын орындайды. Қолданба объект сөздігіндегі айнымалылармен конфигурацияланады, ал деректер коммуникациялық қабат арқылы жіберіледі және қабылданады.

Алдын ала белгіленген қосылымдар жиынтығы

Қарапайым желілік құрылымдар үшін CANopen алдын ала анықталған хабарлама идентификаторларын бөлуді қолдайды. Жіберу және қабылдау бағыттары құрылғының көзқарасынан қарастырылады. Сондықтан, желідегі құрылғыға сұрау жіберу 0x600+nodeid жіберіп, 0x580+nodeid қайтару арқылы жүзеге асырылады. Байланыс объектісі COB ID (16-дық) Құл түйіндері НМТ түйін басқаруы 000 Тек қабылдау CiA 301 Жалпы қауіпсіздік командасы 001 ? CiA 304 Ұшатын мастер 071-ден 076-ға дейін ? CiA 302 2 Белсенді интерфейсті көрсету 07F ? CiA 302 6 Синхронизация 080 Тек қабылдау CiA 301 Төтенше жағдай 080 + NodeID Жіберу CiA 301 Уақыт белгісі 100 Тек қабылдау CiA 301 Қауіпсіздікке қатысты деректер объектілері 101-ден 180-ға дейін ? CiA 301 PDO 180 + NodeID200 + NodeID280 + NodeID300 + NodeID380 + NodeID400 + NodeID480 + NodeID500 + NodeID 1. PDO1 жіберу. PDO2 қабылдау. PDO2 жіберу. PDO3 қабылдау. PDO3 жіберу. PDO4 қабылдау. PDO4 жіберу. PDO CiA 301 SDO 580 + NodeID600 + NodeID Жіберу/Қабылдау CiA 301 Динамикалық SDO сұрауы 6E0 ? CiA 302 5 Түйін талап ету процедурасы 6E1-ден 6E3-ке дейін ? CiA 416 1 6F0-ден 6FF-ге дейінгі талап ету процедурасы CiA 416 1 NMT түйін мониторингі (түйін қорғау/жүрек соғуы) 700 + Түйін ID Жіберу CiA 301 LSS 7E47E5 Жіберу/Қабылдау CiA 305

Байланыс үлгілері

CANopen түйіндері арасындағы хабар алмасуда әртүрлі байланыс модельдері қолданылады. Қожайын/құл қатынасында бір CANopen түйіні қожайын ретінде белгіленеді, ол құлдардан деректерді жібереді немесе сұрайды. NMT протоколы – қожайын/құл байланыс моделінің мысалы. Клиент/сервер қатынасы SDO протоколында іске асырылады, онда SDO клиенті деректерді (объект сөздігінің индексі және субиндексі) SDO серверіне жібереді, ал сервер сұралған деректерді (берілген индекстегі объект сөздігінің мазмұны) қамтитын бір немесе бірнеше SDO пакеттерімен жауап береді. Heartbeat және Node Guarding протоколдарында өндіруші/тұтынушы моделі қолданылады. Өндіруші/тұтынушы моделінің итеру (push) түрінде өндіруші нақты сұраныссыз деректерді тұтынушыға жібереді, ал тарту (pull) түрінде тұтынушы деректерді өндірушіден сұрауы тиіс.

Процесс деректері объектісі (PDO) протоколы

Процесс деректері объектісі протоколы әртүрлі түйіндер арасындағы нақты уақыт деректерін өңдеу үшін қолданылады. Бір PDO арқылы құрылғыдан немесе құрылғыға 8 байтқа (64 бит) дейін деректерді жіберуге болады. Бір PDO бірнеше объектілер сөздігіне енуі мүмкін, ал бір PDO ішіндегі объектілерді карталау және параметрлер объектілер сөздігі арқылы конфигурациялауға болады. PDO-ның екі түрі бар: беру және қабылдау PDO-лары (TPDO және RPDO). Біріншісі құрылғыдан келетін деректер үшін (құрылғы дерек өндіруші), екіншісі құрылғыға баратын деректер үшін (құрылғы дерек тұтынушы) арналған; яғни RPDO арқылы құрылғыға дерек жіберуге, ал TPDO арқылы құрылғыдан дерек оқуға болады. Алдын ала анықталған қосылым жиынтығында төрт TPDO және төрт RPDO идентификаторлары бар. Конфигурациялау арқылы 512 PDO қолдануға болады. PDO-лар синхронды немесе асинхронды түрде жіберіле алады. Синхронды PDO-лар SYNC хабарынан кейін жіберіледі, ал асинхронды хабарламалар ішкі немесе сыртқы триггерден кейін жіберіледі. Мысалы, сізге қажет деректерді қамтитын TPDO-ны жіберу үшін құрылғыға бос TPDO-ны RTR белгісімен (егер құрылғы TPDO сұрауларын қабылдауға баптамаланған болса) жіберу арқылы сұрау жіберуге болады. RPDO-лар арқылы, мысалы, екі құрылғыны бір уақытта іске қосуға болады. Сізге тек бір RPDO-ны екі немесе одан көп құрылғыға карталау және осы RPDO-лардың бірдей COB ID-мен карталанғанына көз жеткізу жеткілікті.

Синхрондау объектісі (SYNC) протоколы

Синхрондаушы өндіруші синхрондаушы тұтынушыға синхрондау сигналын жібереді. Синхрондаушы тұтынушы сигналды алғаннан кейін синхронды міндеттерін орындауды бастайды. Жалпы алғанда, синхронды ПДҰ хабарламаларының тарату уақытын синхронды объектінің тарату периодымен біріктіріп белгілеу, сенсорлық құрылғылардың процестік айнымалыларды үлгілеуін және атқарушы құрылғылардың өздерінің атқаруларын үйлесімді түрде жүзеге асыруын қамтамасыз етеді. Синхронды объектінің идентификаторы 1005h индексінде қолжетімді.

Уақыт белгісі объектісі (TIME) протоколы

Көбінесе, Уақыт Белгісі объектісі уақытты 6 байттық өріс ретінде көрсетеді: түн ортасынан бері миллисекундтар саны (максимум 27 бит, 32 биттік өрісте сақталады) және 1984 жылдың 1 қаңтарынан бері күндердің 16 биттік саны. (Бұл 2163 жылдың 7 маусымында толып кетеді.) Уақытқа сезімтал кейбір қолданбалар, әсіресе үлкен желілерде, төмендетілген беру жылдамдықтарында өте дәл синхрондауды қажет етеді; жергілікті сағаттарды микросекундтармен өлшенетін дәлдікпен синхрондау қажет болуы мүмкін. Бұл жергілікті сағаттардың сәл ауытқуын түзету үшін арнайы уақыт белгісі хабарын пайдаланатын қосымша жоғары ажыратымды синхрондау протоколын пайдалану арқылы жүзеге асырылады. Жоғары ажыратымды уақыт белгісі 1 микросекунд ажыратымдылығымен 32 биттік қолтаңбасыз сан ретінде кодталған, яғни уақыт санағышы 72 минут сайын қайта басталады. Ол жоғары ажыратымды уақыт белгісін (1013h объектісі) ЖҚЕ-ге бейімдеу арқылы конфигурацияланады.

Тез арада объект (EMCY) протоколы

Төтенше жағдай туралы хабарламалар құрылғының ішкі, жұмыс тоқтатуға әкелетін қате жағдайы туғанда іске қосылады және тиісті қолданба құрылғысынан басқа құрылғыларға жоғары басымдықпен жіберіледі. Бұл оларды үзіліс түріндегі қателер туралы ескертулер үшін ыңғайлы етеді. Төтенше жеделхат тек бір "қате оқиғасы" үшін бір рет жіберілуі керек, яғни төтенше хабарламалар қайталанбауы тиіс. Егер құрылғыда жаңа қателер тумаса, басқа төтенше хабарламалар жіберілмеуі керек. CANopen Communication Profile анықтаған төтенше қате кодтары, қателер тіркелгісі және құрылғыға тән қосымша ақпарат құрылғы профильдерінде көрсетіледі.

Электрондық мәліметтер парағы

Электрондық деректер парағы (EDS) – CiA306 стандартында анықталған, құрылғының байланыс ерекшеліктерін және объектілер тізіміне кіретін жазбаларды сипаттайтын файл форматы. Бұл қызмет көрсету құралдары, конфигурациялау құралдары, әзірлеу құралдары және басқа да құралдарға құрылғыларды тиісті түрде басқаруға мүмкіндік береді. EDS файлдары CiA CANopen сәйкестік тестісінен өту үшін міндетті болып табылады. 2007 жылдың соңынан бастап CiA311 стандартында XDD деп аталатын, XML негізіндегі жаңа формат анықталды. XDD ISO 15745 стандартына сәйкес келеді.