CANopen

ALLGEMEINE MERKMALE, EINFÜHRUNG

Der AC 58 ist ein absoluter Drehgeber (Encoder, Winkelcodierer), der in der hier beschriebenen Ausführung seine aktuelle Position über das Übertragungsmedium CAN-Bus (physikalisch: ein verdrilltes und abgeschirmtes 2-adriges Kabel) an ein anderes am Bus angeschlossenes Gerät sendet.

Das serielle Bussystem CAN (Controller Area Network), das ursprünglich von Bosch / Intel für Anwendungen im Automobilbereich entwickelt wurde, wird zunehmend in der industriellen Automatisierungstechnik eingesetzt. Es ist multimasterfähig, d.h. mehrere am CAN-Bus angeschlossene Geräte können gleichzeitig Signale an den Bus senden. Die Nachricht mit der höheren Priorität (bestimmt durch den Identifier) wird dabei ohne Zeitverlust zuerst übertragen.

Die Datenübertragung wird durch die Priorität der Nachrichten geregelt. Beim CAN-Bus gibt es keine Adressen für angeschlossene Geräte oder Systeme, sondern nur Nachrichtenidentifikatoren. Die gesendeten Nachrichten können von allen angeschlossenen Geräten gleichzeitig empfangen werden (ein Broadcast-System).

Mit Hilfe der Akzeptanzfilterung akzeptieren die angeschlossenen Geräte nur die für sie bestimmten Nachrichten. Das Kriterium für diese Entscheidungen ist der Identifier, der mit jeder Nachricht übertragen wird. Die Busverbindung ist international genormt nach ISQ-DIS 11898 (CAN High Speed) und erlaubt Datenübertragungsraten bis zu 1 Mbit pro Sekunde.

Das CAN-Bus-Protokoll zeichnet sich vor allem durch seine hohe Übertragungssicherheit aus (Hamming-Distanz = 6). Der von uns verwendete Intel 82527 CAN-Controller ist sowohl für Basis- als auch fürvolle KANNSysteme und unterstützt die CAN-Spezifikation 2.0 Teil B (Standardprotokoll mit 11-Bit-Identifier und erweitertes Protokoll mit 29-Bit-Identifier).

Bislang wurden bei CANopen nur 11-Bit-Identifier verwendet.

ANWENDUNGSBEREICH

In Systemen, in denen die Position eines Antriebs oder eines anderen Maschinenteils erfasst und an eine Steuerung gemeldet werden muss, kann diese Aufgabe von einem AC58-Drehgeber übernommen werden. Auf diese Weise können Positionieraufgaben gelöst werden, bei denen z. B. die Rückmeldung der aktuellen Antriebsposition von einem AC58-Drehgeber über den CAN-Bus an die Positioniereinheit gemeldet wird.

CANOPEN KOMMUNIKATIONSMODELL UND PROFILE

Schicht 1 (Physikalische Schicht): ISO-DIS 11898 (CAN High Speed)Schicht 2 (Data Link Layer): ISO-DIS 11898 (CAN High Speed)Schicht 7 (Anwendungsschicht): CiA DS 301 (CAN in Automation Draft Standard, CANopen CAL-based Communication Profile) + Geräteprofile, CiA DS 4xx (CANopen Device Profile for xx)

Für die folgenden Geräte existieren bereits Profile:

• CiA Draft Standard Proposal 401 für Eingangs-/Ausgangsmodule
• CiA Draft Standard Proposal 402 für Antriebe und Bewegungssteuerung
• CiA-Arbeitspunkt 403 für Mensch-Maschine-Schnittstellen
• CiA Arbeitsentwurf 404 für Regelgeräte und Transformatoren
• CiA-Arbeitspunkt 405 für IEC-1 131-Schnittstellen
• CIA-Norm-Entwurf 406 für Kodierer
• CiA-Arbeitspunkt 407 für den öffentlichen Verkehr
• CiA-Arbeitspunkt 408 für Gabelstapler

DAS DOSENÖFFNUNGSPROFIL

Etwa 2½ Jahre nach der Verabschiedung des CAN Application Layers (CAL) durch CAN in Automation (CiA), dem Zusammenschluss von Anwendern und Herstellern von CAN-Produkten, wurde es möglich, offene Systeme mit CANopen und den entsprechenden Geräteprofilen zu entwickeln. CANopen wurde unter der technischen Leitung des Steinbeis-Transferzentrums für Automation (STA Reutlingen) auf Basis der Schicht 7-Spezifikationen für die CAL-Anwendungsschicht entwickelt. Im Vergleich zur CAL-Schicht enthält CANopen nur die für diese Anwendung geeigneten Funktionen. CANopen ist somit eine für die spezifische Anwendung optimierte Teilmenge der CAL-Schicht und ermöglicht somit einen vereinfachten Systemaufbau und den Einsatz vereinfachter Geräte. CANopen ist für den schnellen Datenaustausch in Echtzeitsystemen optimiert und ist für verschiedene Geräteprofile standardisiert.

Die Hersteller- und Anwendervereinigung CAN in Automation (CiA) ist für die Erstellung und Standardisierung der entsprechenden Profile verantwortlich.

Der Drehgeber AC 58 mit CANopen erfüllt die im Kommunikationsprofil (CiA DS 301) und im Geräteprofil für Drehgeber (CiA DSP 406) festgelegten Anforderungen.

CANopen ermöglicht

• Selbstkonfiguration des Netzes und
• bequemer Zugriff auf alle Geräteparameter.
• Geräte-Synchronisation,
• zyklischer und ereignisgesteuerter Prozessdatenverkehr,
• und gleichzeitiges Einlesen oder Ausgeben von Daten.

CANopen verwendet vier Kommunikationsobjekte(COB) mit unterschiedlichen Merkmalen:

• Prozessdatenobjekte (PDO) für Echtzeitdaten,
• Servicedatenobjekte (SDO) für die Parameter- und Programmübertragung,
• Netzmanagement (NMT, Life Guarding)
• vordefinierte Objekte (für Synchronisierung, Zeitstempel, Notfallmeldungen)

Alle Geräteparameter werden in einem Objektverzeichnis abgelegt bzw. gespeichert. Dieses Objektverzeichnis enthält die Beschreibung, den Datentyp und die Struktur der Parameter sowie die Adressen (Index). Das Verzeichnis gliedert sich in einen Kommunikationsteil und einen Geräteprofilteil sowie einen herstellerspezifischen Teil.

DAS GEBER GERÄTEPROFIL (CIADSP406)

Dieses Profil beschreibt eine herstellerunabhängige und verbindliche Festlegung der Schnittstelle für Drehgeber. Im Profil ist definiert welche CANopen-Funktionen verwendet werden und ebenso wie sie zu verwenden sind. Dieser Standard ermöglicht ein offenes und herstellerunabhängiges Bussystem.

Das Geräteprofil ist gegliedert in zwei Objekt-Klassen:

• die Standard-Klasse C1 beschreibt alle Grundfunktionen, die der Geber enthalten muss
• die erweiterte Klasse C2 enthält eine Vielzahl von weiteren Funktionen, die von Gebern dieser Klasse entweder unterstützt werden müssen (mandatory) oder optional sind.

Geräte der Klasse C2 enthalten somit alle C1- und C2-mandatory-Funktionen, sowie herstellerabhängig weitere optionale Funktionen. Im Profil ist außerdem ein Adressbereich definiert, der mit herstellereigenen Sonderfunktionen belegt werden kann.

DATENÜBERTRAGUNG

Daten werden bei CANopen über zwei verschiedene Kommunikationsarten (COB = Communication Object) mit unterschiedlichen Eigenschaften übertragen:

• Prozess-Daten-Objekte (PDO)
• Service-Daten-Objekte (SDO)

Die Priorität der Nachrichten-Objekte wird über den COB-ldentifier festgelegt!

Die Prozess-Daten-Objekte (PDO) dienen dem hochdynamischen Austausch von Echt-zeitdaten (z.B. Geberposition) mit maximal 8 Byte Länge. Diese Daten werden mit hoher Priorität (niedriger COB-ldentifier) übertragen. PDO‘s sind Broadcast-Nachrichten und stellen ihre Echtzeitdaten allen gewünschten Empfängern gleichzeitig zur Verfügung. Die Service-Daten-Objekte (SDO) bilden den Kommunikationskanal für die Übertragung von Geräteparametern (z. B. Programmierung der Geberauflösung). Da diese Parameter azyklisch (z.B. nur einmal beim Hochfahren des Netzes) übertragen werden, haben die SDO-Objekte eine niedrige Priorität (hoher COB-ldentifier).

COB-IDENTIFIER

Zur einfacheren Verwaltung der Identifier verwendet CANopen das ,,Predefined Master/ Slave Connection Set“. Dabei sind alle Identifier mit Standard-Werten im Objektverzeichnis definiert. Diese Identifier können jedoch über SDO-Zugriff kundenspezifisch geändert werden!

Der 11 Bit Identifier setzt sich aus einem 4 Bit Funktionscode und einer 7 Bit Knotennummer zusammen.

¹x = binärer Wert frei wählbar (0 oder 1); 0 = Wert 0 festgelegt

Je höher der Wert des COB-Identifiers ist, umso niedriger ist dessen Priorität!

KNOTENNUMMER

Die 7 Bit Knotennummer wird hardwaremäßig über 5 DIP-Schalter auf der Geberrückseite eingestellt.