虹科干貨 | 最簡(jiǎn)單實(shí)用的CANopen介紹，看完你就明白了（3）

在上一篇文章中，我們對(duì)CANopen框架和CANopen的7種服務(wù)類型進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，而在本篇文章中，我們將展開介紹CANopen的對(duì)象字典、SDO和PDO等內(nèi)容。本系列文章主要是對(duì)CANopen協(xié)議進(jìn)行介紹，主要內(nèi)容包括對(duì)象字典、服務(wù)、SDO、PDO和主/從站節(jié)點(diǎn)等。如需CANopen軟硬件解決方案或培訓(xùn)服務(wù)，可通過400-999-3848或support@hkaco.com聯(lián)系虹科工業(yè)控制團(tuán)隊(duì)！

前文回顧：

虹科干貨 | 最簡(jiǎn)單實(shí)用的CANopen介紹，看完你就明白了（1）

虹科干貨 | 最簡(jiǎn)單實(shí)用的CANopen介紹，看完你就明白了（2）

在7個(gè)CANopen服務(wù)中，PDO和SDO服務(wù)特別重要，因?yàn)樗鼈儤?gòu)成了大多數(shù)CANopen通信的基礎(chǔ)。下面我們將進(jìn)行詳細(xì)介紹，但在此之前我們需要了解CANopen的一個(gè)核心概念：對(duì)象字典。

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對(duì)象字典OD

Object Dictionary

所有的CANopen節(jié)點(diǎn)必須有一個(gè)對(duì)象字典（OD），對(duì)象字典是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)，包含描述CANopen節(jié)點(diǎn)行為的所有參數(shù)。OD條目通過一個(gè)16位的索引和8位的子索引進(jìn)行查詢。例如，符合CANopen標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)點(diǎn)OD的索引1008（子索引0）包含節(jié)點(diǎn)設(shè)備名稱。

具體來說，對(duì)象字典中的條目由屬性定義的：

?

索引：對(duì)象的16位地址

?

對(duì)象名稱：制造商的設(shè)備名稱

?

對(duì)象代碼：數(shù)組、變量或記錄

?

數(shù)據(jù)類型：例如VISIBLE_STRING、UNSIGNED32或記錄名稱

?

訪問：“rw”（讀/寫），“ro”（只讀）或 “wo”（只寫）

?

類別：這表明參數(shù)是強(qiáng)制性的還是可選的

OD標(biāo)準(zhǔn)化部分

在對(duì)象字典被分成標(biāo)準(zhǔn)化的部分中，有一些條目是強(qiáng)制性的，而另一些是完全可定制的。重要的是，一個(gè)設(shè)備（例如一個(gè)從站設(shè)備）的OD條目可以被另一個(gè)設(shè)備（例如一個(gè)主設(shè)備）通過CAN訪問，例如使用SDO。這可能讓主站改變從站節(jié)點(diǎn)是否通過特定的輸入傳感器記錄數(shù)據(jù)，或改變從站發(fā)送心跳的頻率。閱讀電子數(shù)據(jù)表和設(shè)備配置文件可以幫助理解OD。

電子數(shù)據(jù)表（EDS）

在實(shí)踐中，配置/管理復(fù)雜的CANopen網(wǎng)絡(luò)將會(huì)用到一些合適的軟件工具。為了簡(jiǎn)化這一點(diǎn)，CiA 306標(biāo)準(zhǔn)定義了一種人類可讀且和機(jī)器友好的INI文件格式，作為設(shè)備OD的“模板”——例如 “ServoMotor3000”。此EDS通常由供應(yīng)商提供，包含所有設(shè)備對(duì)象（但不包括值）的信息。

設(shè)備配置文件（DCF）

假設(shè)一家工廠購(gòu)買了一臺(tái)ServoMotor3000，以整合到他們的傳送帶上。在操作過程中，操作員編輯了設(shè)備的EDS，并在EDS中添加了特定的參數(shù)值或改變了每個(gè)對(duì)象的描述名稱。這樣一來，操作者就有效地創(chuàng)建了所謂的設(shè)備配置文件（DCF）。有了這個(gè)文件，ServoMotor3000便能夠集成到現(xiàn)場(chǎng)的特定CANopen網(wǎng)絡(luò)中。

查看真實(shí)的EDS/DCF示例是理解CANopen對(duì)象字典的最佳方法之一，在下圖中，您可以留意EDS和DCF對(duì)象條目之間的區(qū)別以及DCF如何包含特定的參數(shù)值。

此外，我們建議到官網(wǎng)上查看CiA 306標(biāo)準(zhǔn)，通過實(shí)際的例子對(duì)OD、EDS和DCF有更深入的了解。

如前文所述，DCF通常在設(shè)備集成時(shí)創(chuàng)建。然而，經(jīng)常需要在初始配置后讀取或改變一個(gè)節(jié)點(diǎn)的對(duì)象值——這就是SDO服務(wù)的作用所在。

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服務(wù)數(shù)據(jù)對(duì)象SDO

配置CANopen網(wǎng)絡(luò)

SDO服務(wù)允許CANopen節(jié)點(diǎn)通過CAN網(wǎng)絡(luò)讀取/編輯另一個(gè)節(jié)點(diǎn)的對(duì)象字典的值。正如在“通信模型”中提到的，SDO服務(wù)使用“客戶端/服務(wù)器”模式。具體來說，一個(gè)SDO “客戶端”與一個(gè)專門的SDO“服務(wù)器”發(fā)起通信。其目的可以是更新一個(gè)OD條目（稱為“SDO下載”）或讀取一個(gè)條目（“SDO上傳”）。在簡(jiǎn)單的主/從網(wǎng)絡(luò)中，具有NMT主站功能的節(jié)點(diǎn)充當(dāng)所有NMT從站節(jié)點(diǎn)讀取或?qū)懭肫銸D的客戶端。

示

例

客戶端節(jié)點(diǎn)SDO下載：

客戶端節(jié)點(diǎn)可以通過在 CAN 幀下方的廣播來啟動(dòng)到節(jié)點(diǎn) 5 的 SDO 下載 - 這將觸發(fā)節(jié)點(diǎn) 5（并被其他節(jié)點(diǎn)忽略，見上圖）。SDO“接收”（即請(qǐng)求）CAN 幀如下所示：

SDO消息變量解釋

首先，COB-ID 605反映了“SDO接收”的使用（COB-ID 600 +節(jié)點(diǎn)ID）

CCS（客戶端命令指定符）是傳輸類型（例如，1：下載，2：上傳）

n是字節(jié)區(qū)4-7中不包含的字節(jié)數(shù)（如果e和s被設(shè)置為有效）

e表示“加速傳輸”，且所有數(shù)據(jù)都在單個(gè)CAN幀中（如果有設(shè)置）

s表示數(shù)據(jù)大小顯示為n（如果有設(shè)置）

索引（16位）和子索引（8位）反映了要訪問的OD地址

最后，節(jié)點(diǎn)5將相應(yīng)字節(jié)4-7中包含的相關(guān)數(shù)據(jù)

一旦主站節(jié)點(diǎn)（客戶端）發(fā)送CAN幀，從站節(jié)點(diǎn)5（服務(wù)器）通過COB-ID 585的“SDO傳輸”進(jìn)行響應(yīng)。響應(yīng)包含索引/子索引和4個(gè)空數(shù)據(jù)字節(jié)。自然，如果客戶端節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求上傳（即從節(jié)點(diǎn)5OD讀取數(shù)據(jù)），節(jié)點(diǎn)5將響應(yīng)字節(jié)4-7中包含的相關(guān)數(shù)據(jù)。此外，對(duì)于更大的數(shù)據(jù)場(chǎng)景，可以使用SDO分段/塊進(jìn)行傳輸。

一般來說，SDO很靈活，但也會(huì)帶來較高的成本，這使得SDO不太適合實(shí)時(shí)操作數(shù)據(jù)。這就是PDO的用武之地。

3

過程數(shù)據(jù)對(duì)象PDO

操作CANopen網(wǎng)絡(luò)

CANopen的PDO服務(wù)用于在CANopen節(jié)點(diǎn)之間有效地共享實(shí)時(shí)操作數(shù)據(jù)。例如，PDO將攜帶來自壓力傳感器的壓力數(shù)據(jù)或來自溫度傳感器的溫度數(shù)據(jù)。原則上，SDO服務(wù)也能實(shí)現(xiàn)共享實(shí)時(shí)操作數(shù)據(jù)，但由于單個(gè)SDO響應(yīng)只能攜帶4個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)，出于成本原因，我們不建議這么做。

此外，假設(shè)一個(gè)主站節(jié)點(diǎn)需要來自節(jié)點(diǎn)5的兩個(gè)參數(shù)值（例如“SensTemp2”和“Torque5”）。如果通過SDO來實(shí)現(xiàn)，需要4個(gè)完整的CAN幀（2個(gè)請(qǐng)求和2個(gè)響應(yīng)）。相比之下，一個(gè)PDO消息可以包含8個(gè)完整的數(shù)據(jù)字節(jié)，而且它可以在一個(gè)幀內(nèi)包含多個(gè)對(duì)象參數(shù)值。因此，在SDO服務(wù)中至少需要4個(gè)報(bào)文，而在PDO服務(wù)中則可能只需要1個(gè)報(bào)文就可以完成。

PDO通常被看作是最重要的CANopen協(xié)議，因?yàn)樗休d了大量的信息。下面我們將介紹CANopen的PDO服務(wù)是如何工作的。

PDO服務(wù)使用的是“消費(fèi)者/生產(chǎn)者”模型。因此，生產(chǎn)者 "生產(chǎn)數(shù)據(jù)"，它使用發(fā)送PDO（TPDO）將其傳送給“消費(fèi)者”（主站）。反之，它可以通過“接收PDO”（RPDO）從消費(fèi)者那里接收數(shù)據(jù)。例如，生產(chǎn)者節(jié)點(diǎn)可以被配置為對(duì)應(yīng)的同步觸發(fā)，例如每隔100ms廣播給消費(fèi)者。然后，節(jié)點(diǎn)5可以在傳輸帶有COB-ID 185的PDO下廣播：

請(qǐng)注意這里的數(shù)據(jù)字節(jié)是如何裝入3個(gè)參數(shù)值的。這些值反映了節(jié)點(diǎn)5的特定OD條目的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。使用這些信息的節(jié)點(diǎn)（消費(fèi)者）需要知道如何解釋PDO數(shù)據(jù)字節(jié)。

在某種程度上，PDO服務(wù)有點(diǎn)像J1939 PGN和SPN，這類似于特定J1939 參數(shù)組(PG)如何在 8 個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)中包含多個(gè) SPN/信號(hào)（也稱為數(shù)據(jù)參數(shù)）。J1939 CAN 幀不需要在“解碼”信息上浪費(fèi)數(shù)據(jù)字節(jié)，因?yàn)橄嚓P(guān)節(jié)點(diǎn)（以及外部工具通過例如J1939 DBC 文件或 J1939 PDF 標(biāo)準(zhǔn)）知道這一點(diǎn)。問題在于，在 CANopen 中，這些“PDO 映射”通常是可配置的，并且可以在創(chuàng)建 DCF 或通過 SDO 服務(wù)期間進(jìn)行更改。

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虹科CANopen解決方案

HongKe Solutions

虹科CANopen數(shù)據(jù)記錄儀

CANopen經(jīng)常被用于倉(cāng)庫(kù)中的電動(dòng)叉車或自動(dòng)導(dǎo)引車中，對(duì)CANopen數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析有利于改善管理，比如監(jiān)測(cè)充電狀態(tài)有助于減少故障和改善電池壽命，并且工業(yè)機(jī)械可以通過云端的物聯(lián)網(wǎng)CAN記錄器進(jìn)行監(jiān)控，根據(jù)CANopen數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)和避免故障。此外，CAN記錄器可以作為工業(yè)機(jī)械的“黑匣子”，提供數(shù)據(jù)用于解決OEM和用戶之間的糾紛，或作為罕見問題診斷的一部分。

虹科CANopen IO模塊

虹科HK-CIO系列是支持CANopen協(xié)議的遠(yuǎn)程IO模塊，IO類型包含數(shù)字量，模擬量，高速計(jì)數(shù)器，脈沖輸出，PWM，PT100/1000等，緊湊型設(shè)計(jì)，支持DIN導(dǎo)軌安裝，IO與CANopen通訊之間相互電氣隔離。

虹科CANopen協(xié)議開發(fā)方案

虹科CANopen源代碼實(shí)施全功能符合CiA 301標(biāo)準(zhǔn)草案，支持快速且標(biāo)準(zhǔn)地開發(fā)你的CANopen主站或從站設(shè)備，包括NMT主站（網(wǎng)絡(luò)管理）、LSS主站（層設(shè)置服務(wù)）或SDO客戶端。