现场总线技术：CANopen设备子协议

2023-11-22 理论教育版权反馈

【摘要】：首批CANopen设备子协议是在1996年发布的，由于设备功能日新月异，这些设备子协议也随之不断地修改完善。它还包含部分CANopen通信子协议，因此其规模可能更加庞大。蓄电池的信息通过标准化CANopen接口进行传输。蓄电池设备子协议定义了有关蓄电池的CANopen接口，充电器设备子协议则描述相应的CANopen接口。

设备子协议的作用是定义一种至少可以部分互换的设备。设备子协议定义过程数据和PDO映射以及设备的功能特性，包括特定设备类的状态机。除此之外，设备子协议还可以设定配置参数和诊断数据。首批CANopen设备子协议是在1996年发布的，由于设备功能日新月异，这些设备子协议也随之不断地修改完善。除了用于I/O模块、传感器、电动和液压驱动器的通用设备子协议之外，随后还开发出了用于编码器、倾角传感器、控制手柄以及RFID读卡器设备的专用设备子协议，其中一部分已经在通用子协议的附录中进行了定义。此外，还制定了专门用于准直透镜、剂量计（医疗设备）以及输纱设备的子协议。

1.I/O模块的子协议

用于通用I/O模块的CANopen设备子协议（CiA 401）是CiA通过的第一个设备子协议。该协议规定，I/O设备均可通过SDO进行配置。此外，根据I/O设备实现的功能，可以将它们设置成发送或接收过程数据对象。

2.驱动和运动控制设备子协议

驱动和运动控制子协议CiA 402所涉及的对象非常多，而且规模也十分庞大，它是国际标准IEC 61800-7的组成部分。IEC 61800-7主要包括3个部分：

1）第一部分：一般定义。

2）第二部分：运行模式与驱动对象。

3）第三部分：CANopen对象的映射（如PDO映射）。

整个设备子协议大约包含400个对象（包括所有的子索引），共占用1500字节内存。它还包含部分CANopen通信子协议，因此其规模可能更加庞大。另外，它还包含多个PDO通信连接以及同步和紧急报文服务。

3.传感器和测量设备的子协议

制定传感器和测量设备的子协议（CiA 404）的主要目的是为了满足如下应用需求，即对温度、压力及流量等物理量进行测量、调节，而且测量值又不便于转化为标准模拟信号（0～10V或0～20mA）。

为此，选择一个带有7个功能块的模块结构，该结构支持多达199个通道，这远远超过实际所需的数量。在使用唯一一种设备子协议的情况下，这些通道不仅可以支持单通道压力传感器，也能支持带有传感器输入端的8通道温度控制器。

要想知道设备中含有哪些功能，可以利用SDO读取对象字典中的索引1000H。1000H索引中的32位值不仅包含设备子协议的编号而且还包含有关功能块的信息。

4.编码器和凸轮转换机构子协议(www.chuimin.cn)

编码器通常用于自动化技术领域，它可以根据不同的测量原理来采集角度和位移，然后将信息提供给其他设备。编码器还可以用来检测速度、加速度和加加速度（加加速度是速度的二阶导数）。用于编码器的设备子协议（CiA 406）不仅描述了这种类型的传感器，而且还描述了编码器中的凸轮转换机构。过程数据通过事件触发的PDO发送，或由预定义的发送PDO同步发送。CANopen联网编码器的主要优点在于可以借助SDO传输来配置设备参数。

5.液压阀的子协议

德国机械设备制造业联合会（VDMA）的流体技术专业协会，于1997年4月创立了“总线系统-连接可调阀标准化”委员会，创建该委员会的目的，在于为固定式液压系统中的水压和气压部件制定一个与总线无关的子协议。液压阀在液压驱动装置中的使用环境，决定了相关部件和参数的相似性，因此，“总线系统-连接可调阀标准化”委员会与VDMA的“液压驱动装置”委员会，联合制定了一个不但可用于诸如液压连续可调阀和液压泵之类的简单设备，也可用于像液压驱动装置这类比较复杂的设备。该子协议也适用于相应的气压部件。

用于比例阀的CANopen子协议（即压力驱动和液压比例阀的设备子协议CiA 408）是CANopen规范对上述VDMA设备子协议的反映。除固定式液压设备以外，设备子协议也会考虑到移动液压系统的要求（如用于建筑机械的液压系统）。

6.倾角传感器的子协议

倾角传感器可测量物体与垂直线之间的偏差角度（二维）。在日常生活中，常常会用到这种传感器，例如在移动起重机设备中，这类传感器可提供两个角度值，即纵向偏差值和侧向偏差值。

倾角传感器子协议中还定义了一些可以通过SDO来读/写的配置参数，比如偏移量、预设值和一些工作参数。

7.织布机的子协议

CiA工作小组专门制定了一个用于输纱设备的CANopen子协议。该协议定义了输纱设备与织布机管理器的通信接口，允许织布机支持多个输纱设备。

8.蓄电池和充电器的子协议

不同类型的蓄电池充电过程可能各不相同。充电器要想自动优化充电过程，就必须先了解待充电电池的相关信息。蓄电池的信息通过标准化CANopen接口进行传输。蓄电池设备子协议定义了有关蓄电池的CANopen接口，充电器设备子协议则描述相应的CANopen接口。这2个子协议是专为电动车辆（如叉式装卸机）而制定的，但也适用于其他有关蓄电池的应用。

9.医疗器械的子协议 CANopen是医疗设备中最常见的一种嵌入式网络，它主要用于计算机断层扫描装置（CT）、磁共振（MR）和血管造影设备（AG）中，而且有些设备中还包含不止一个CANo-pen网络。CANopen网络从上到下有规律地分为几层，位于最底层（深度嵌入式网络）的是通用I/O模块、电驱动器和操纵装置，它们之间相互连接。再上一层连接的是由第三方制造商生产的各种子系统（嵌入式网络），最典型的子系统有手术台、X射线发生器、立架和弓形臂以及准直器。准直器可用来聚集X射线，因此其中必须装有多个电驱动器和滤波器，并通过CiA 412协议中定义的标准化CANopen接口与外界进行通信。

现场总线技术：CANopen设备子协议

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