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CANopen

Kommunikationsmodule & Gateways für CANopen Netzwerke

  • CANopen Embedded Modul KUNBUS-COM

    KUNBUS-COM

    Leistungsfähiges Kommunikationsmodul für CANopen Netzwerke

  • CANopen Embedded Modul KUNBUS-IC

    KUNBUS-IC

    Kompakte Aufsteckplatine im DIL-32-Format für CANopen Netzwerke

  • Modulares Gateway

    Modulares Gateway

    Gateway zur Anbindung eines CANopen Netzes an andere Netzwerkprotokolle

CANopen ist ein auf CAN basierendes Kommunikationsprotokoll, dass in der Automatisierungstechnik zur Vernetzung komplexer Gerätestrukturen verwendet wird. Die KUNBUS GmbH bietet hierfür Produkte in unterschiedlichsten Formfaktoren und unterschiedlicher Schnittstellenvarianz an. Die Anbindung der Applikation erfolgt wahlweise über:

  • SPI (Schieberegister Schnittstelle) zum Anschluß prozessorloser Endgeräte
  • Dual Port RAM (Nur COM-Module)
  • Modbus-RTU
  • RS 485, RS 232, UART
  • Protokollskripter  (frei programmierbar)

Das Modul kann somit mit geringem Aufwand auf ihrer Steuerungsplatine integriert werden. Selbstverständlich finden wir im Falle besonderer Anforderungen auch eine kundenspezifische Lösung.

CANopen Grundlagen:

CANopen ist eine Weiterentwicklung von CAN, dass von BOSCH zur Reduzierung von Kabeln in der Automobilfertigung eingeführt wurde. Weil CANopen vom deutschen Mittelstand initiiert und von Bosch unterstützt wurde, ist das Verbreitungsgebiet von CANopen von Deutschland aus zuerst einmal nach Europa erfolgt. Mittlerweile verbreitet sich CANopen aber auch nach Nordamerika und Asien. Seit 1995 wird CANopen von der Nutzer- und Herstellerorganisation CAN in Automation (CiA) gepflegt und ist seit 2002 als Europäische Norm EN 50325-4 standardisiert.

CANopen basiert auf CAN (Controller Area Network) und stellt ein hauptsächlich in der Automatisierungstechnik eingesetztes Feldbus Kommunikationsprotokoll dar. Dabei vereint CANopen mehrere Grunddienste, die auch als Dienstprimitive bezeichnet werden.

Diese sind wie folgt:

  • Request (CANopen Dienst wird von der Anwendung angefordert)
  • Indication (der Anwendung wird gemeldet, dass Nachricht/ Ergebnis vorliegt)
  • Response (Anwendung antwortet auf Indication)
  • Confirmation (wird ein CANopen Dienst ausgeführt, erfolgt Bestätigung an die Anwendung)

Im Gegensatz zu ähnlichen Systemen unterliegt CANopen nicht dem Master-Slave-Konzept. Daher können mit CANopen weitere Kommunikationskonzepte eingesetzt werden, zum Beispiel das Producer-Consumer-Konzept. Während CANopen früher im OSI-Modell lediglich die Schicht 7 (Anwendungsschicht) und Schicht 2 (Transportmedium) nutzte, besteht seit 2006 der Standard der Routing-Möglichkeiten in vermaschten Netzwerken.

CANopen nutzt folgende Kommunikationsobjekte:

  • (SDO) Servicedatenobjekte zur Objektverzeichniseintrag-Parametrierung
  • (PDO) Prozessdatenobjekt zum Echtzeitdaten-Transport
  • (NMT) Netzwerkmanagement-Objekte zur Zustandsautomaten-Steuerung und Knotenüberwachung
  • (SYNC) Synchronisationsobjekt
  • (EMCY) Zeitstempel und Fehlernachrichten

 

Das CANopen Objektverzeichnis

Im CANopen Objektverzeichnis werden sämtliche Anwender- und Kommunikationsobjekte erfasst. Dabei wird das CANopen Objektverzeichnis auch als Bindeglied bezeichnet, das Anwendung und Kommunikationseinheit verbindet. Die einzelnen Einträge werden durch einen 16-bittigen Index charakterisiert und stehen für jeweils ein Objekt. Maximal 256 Subindizes können in einem Index enthalten sein, wodurch insgesamt 65536 x 254 Elemente erkennbar werden. Eine freie Nutzung der Subindizes 0 und 255 ist nicht möglich. Das CANopen Objektverzeichnis bildet, wie oben erwähnt, eine Schnittstelle nach außen, die mit Hilfe des Index sowohl Geräteprofil- als auch Kommunikationsobjekte klar definiert. Jedes Kommunikationsobjekt von CANopen besitzt im Netzwerk weiterhin eine eindeutige Communication Objekt Identifier = COB-ID. Die ersten zwei Bits der 32-bittigen COB-ID sind mit einer objektspezifischen Bedeutung versehen. Dabei sind in einem 11-bittigen CAN-Netzwerk die Bits 29 bis 11 mit dem Wert 0 versehen, die Bits 10 bis 0 gleichen hingegen dem CAN-Identifier. Damit innerhalb des CANopen ein Zugriff auf das Objektverzeichnis stattfinden kann, stellen Servicedatenobjekte den entsprechenden Dienst zur Verfügung. Dabei muss mindestens ein SDO-Server für jeweils ein CANopen Gerät verfügbar sein. Dieser Server übernimmt die Aufgabe der Entgegennahme und Bearbeitung von SDO-Anforderungen. Als COB-ID verwenden hierbei Nachrichten entweder die Knotennummer + 1536 oder entsprechend den CAN-Identifier per Default-Einstellung. Die Knotennummer + 1408 dient anschließend für die Antwort. IDs mit niedriger Priorität werden also verwendet, um Einträge im Objektverzeichnis zu übertragen. Damit Index, Subindex sowie Senderichtung kodiert werden können, ist für den SDO-Transfer ein 4 Byte Protokoll notwendig. Da ein CANopen Datenfeld lediglich 8 Byte zur Verfügung hat, stehen dem Dateninhalt nur noch 4 Byte für die freie Verwendung offen. Damit müssen Datenmengen, die größer als 4 Byte sind und per SDO-Transfer kommuniziert werden sollen, auf zwei weitere Protokolle zurückgreifen.

Der höher priorisierte Identifier im CANopen

Um im CANopen Netzwerk eine schnelle Transportmöglichkeit von Prozessdaten zu gewährleisten, liegen die Defaulteinstellungen der Identifier bei COB-ID im Bereich von 385 bis 1407. Sowohl durch die höhere Priorität als auch durch die Tatsache, dass ausschließlich Nutzdaten enthalten sind, eröffnen sich hier insgesamt 8 Byte. PDO-Mapping-Einträge bestimmen wiederum den Inhalt der Nutzdaten, die Objekte im Objektverzeichnis sind. Im Zusammenhang mit dem PDO ist es auch möglich, Objekte mit mehreren Werten zu übertragen, wobei dann nur Teile der Daten durch die Empfänger genutzt werden können. Die Übertragung von PDOs geschieht entweder auf zyklischer oder synchronisierter Ebene, wobei der Empfang von PDOs zur Folge hat, dass Mapping-Einträge in andere Objekte im Objektverzeichnis geschrieben werden.

CANopen - Unabhängigkeit von Herstellern

Auch die vereinheitlichten Geräteprofile für das CANopen Netzwerk ermöglichen einen von Herstellern unabhängigen Einsatz. Zu diesem Zweck wurden Geräteprofile definiert, wie zum Beispiel CiA 401 = Ein-/Ausgabe-Module. Für die entsprechenden Geräte wird für das Objektverzeichnis eine exakte Definition von Funktionalität und Aufbau durch die Geräteprofile gewährleistet. Die CANopen Installation: Die Verkabelung des CANopen Netzwerkes sowohl am Anfang als auch am Ende findet in Bustopologie mit Wiederständen von 120 Ohm statt. Dabei gilt es Stichleitungen zu vermeiden. Während die Datenübertragung über die CAN-H und CAN-L Signale mit einem GND als Datenbezugspotential erfolgt, wird ein Twisted-Pair-Kabel (Impedanz: 120 Ohm, Wiederstand 70 mOhm/m) ausgeführt. Wahlweise ist der Einsatz einer 24-Volt-Versorgungsspannung möglich. In der Regel wird ein 9-poliger D-Sub-Stecker verwendet, um einzelne Teilnehmer an das CANopen Netzwerk anzuschließen. Die einstellbare Übertragungsgeschwindigkeit liegt zwischen 10 kbit/s und 1 Mbit/s, wobei höchstens 127 Teilnehmer mit dem CANopen Netzwerk verbunden werden können.

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