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基于-PLC的-CANopen主站-功能的实现
型号: PXF3004
基于 PLC的 CANopen主站 功能的实现 *
CANopen是基于 CAN总线的应用层协议。4—2002。CANopen协议是 CiA定义的标准之一。在开放的现场总线标准中，CANopen是最著名和在欧洲，CANopen协议被认为是在基于 CAN的工成功的一种，已经在欧洲和美国获得广泛的认可业系统中占领导地位的标准。现在 CANopen通和大量应用。1992年在德国成立了“自动化 CAN信协议是在欧洲广泛采用的标准之一，汽车工业用户和制造商协会 ”( CAN in Automation，CiA)，中应用较为广泛。开始着手制定自动化 CAN的应用层协议 CANo-将通信功能集成到 PLC可以大大提高 PLCpen。此后，协会成员开发出一系列 CANopen产的控制范围及灵活性，进一步扩展了 PLC的应用品，在机械制造、铁路、车辆、船舶、制药、食品加工范围。近年来随着各种通信协议的发展
通信协议集成到 PLC的应用越来越多。CANopen协议作为在 CAN总线物理层基础的应用层协议，在组网和布线除了继承了 CAN总线的优点还扩展出很多实用的功能，使现场设备之间实现远程控制，通信，组网更加方便。当今在市场上 CANopen协议的从设备越来越多，如果 PLC可以集成 CANopen协议的主站控制功能将会具有较强理论意义和实用价值。
1 CANopen主站功能的实现
1． 1概述
CANopen主站功能是在 PLC的硬件平台，不改变原有 PLC的功能的基础上，以模块的形式加入到 PLC软件系统中，模块之间以内部数据映射的机制实现数据交换及模块的无缝接合。CANopen主站遵循 CiA DS301协议，支持 SDO( Service Data Object)客户端、周期 PDO( Process Data Object)通信和非周期 PDO通信。最大支持 32个节点，每个节点可以支持 4个发送 PDO和 4个接收 PDO。CANopen主站支持 10 Kb～1000 Kb的波特率。
1． 2硬件结构
CANopen主站的硬件主要由电源模块、CPU模块、存储器模块、I/O模块、CANopen模块和其他模块组成。具体的硬件框图由图 1组成。
图 1硬件结构框图
电源模块采用交流 220 V输入，PLC的 CPU电源采用3．3 V供电，I/O模块与 CPU电源隔离并采用 24 V电源供电。CPU模块采用高性能的 ARM7芯片，以低成本实现高速运算，并能管理与控制多种硬件资源。CAN收发器采用高性能 CTM1050T模块，此模块最大可以支持 1 000 Kb/s的波特率，带信号隔离功能，可以提供稳定的
CAN通信。
- 1． 3 CANopen主站的实现
- 1． 3． 1 CANopen主站的系统结构
CANopen主站主要包括以下几个模块 :系统管理模块、数据管理模块、CANopen配置管理模块、CANopen运行模块、通信模块，如图 2所示。
图 2 CANopen主站系统结构
系统管理模块是 CANopen主站系统的总体管理模块，管理与控制 CANopen主站运行、各个状态的切换、故障与出错处理、各模块调度、时间管理，其他模块则在系统管理模块下运行。CANopen配置管理模块主要负责管理与用户配置好的各个 CANopen从站模块，在主站配置状态下依次配置各个从站，在主站正常运行状态下监控与管理各个从站运行状态。数据管理模块则是管理 CANopen主站数据的存放与交互，主要包括 CANopen用户配置数据管理、数据检查、各个模块之间数据的交互、与 PLC数据的交互等。通信模块则是用来与 PLC、上位机进行通信的管理模块。
1． 3． 2 CANopen主站运行机制
CANopen主站运行的流程图如图 3所示。 PLC上电后，CANopen主站模块也进入自检过程，主要是读取基本配置数据及 PLC状态。用户通过上位机将配置好的从站数据通过通信模块下载到 PLC的存储器中。主站模块读取存储器中的配置数据，经过检查无错误后按照配置数据的参
图 3 CANopen运行流程
数初始化 CAN总线。主站模块进入配置状态完成对从站的配置工作，配置完成并无严重错误时主站将会进入运行状态，开始与所配置的从站进入正常的数据通信。
主站主要有两个状态，如图 4所示。一个是配置状态，主要是根据用户在上位机配置的各个从站数据以 SDO通信协议分别与从站通信，将配置数据发送到从站，此种状态下主站只进行配置，不进行与从站的数据交换。另一个是运行状态，开始进行周期与非周期的 PDO通信，同时也可以处理非周期的 SDO通信。运行状态是可以进行同步协议通信，根据用户配置的情况主站会在这个状态下发送同步报文。在这个状态下主站还要依照节点监控协议来监控节点的状态，包括心跳协议和节点保护协议两种。在正常情况下主站这两个状态按照前文介绍的顺序运行。同时也允许用户通过上位机以监控的方式控制主站在两个状态间切换。
图 4 CANopen工作的两个状态
2 CANopen主站与 PLC的结合
CANopen主站是以模块的形式与 PLC相结合。由于 PLC需要运行用户程序，为了不影响用户程序运行，CANopen主站模块作为一个任务独立于 PLC运行。CANopen主站中的数据管理模块专门负责与 PLC任务进行数据交换。在数据交换的过程中，以数据映射的方法完成 CANopen主站模块与 PLC的数据交换。数据映射机制如图 5所示。
图 5数据映射机制
通过建立一个数据映射表将 PLC开放数据区的地址与每个 PDO对象和 SDO对象中数据的对应关系存储下来。CANopen主站数据处理模块在接收到相应的数据对象处理时，根据数据对象的编号在数据映射表里查询，得到相应的 PLC的开放数据区的地址。数据处理模块将数据对象中的数据存储到相应的地址中 ;而 PLC也可以在用户程序使用这块开放数据区读取或是修改这里的数据，就完成了对 CANopen主站的数据控制，间接达到了对 CANopen总线网络的控制及相应从站的远程控制的目的。用户可以通过 PLC的监控和在线功能访问这块数据区，也可以实现监控远程 CANopen从站的数据。
CANopen主站和 PLC的集成，可以使 PLC通过 CANopen网络控制远程设备，扩展了 PLC的控制范围。利用 PLC强大而多样的控制能力和 CANopen网络优秀的组网能力，可以在各种工业现场方便地组建出覆盖范围非常大的控制网络。目前市场上支持 CANopen协议的现场设备越来越多，例如电机控制器、变频器、远程 I/O、触摸屏等。经过试验证明可以通过简单的配置实现以 PLC为中心的多个现场设备的远程控制网络。
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