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CANopen设备与网络的应用技术

2023-11-22 理论教育版权反馈

【摘要】：CANopen主站特性CANopen主站在网络中所起的作用有别于CANopen从站。CANopen网关CANopen网关是一种将具备其他协议的网络设备连接到CANopen网络中的设备。在复杂网络结构或通信距离较远的CANopen网络中，通常会使用以上设备。CANopen网络在布线时，应当选用带屏蔽的双绞线，以提高总线抗干扰能力。与基本的CANopen网络相比，该网络中增加了一个CANopen网关设备。

1.CANopen设备的分类

具有网络管理（Network Management，NMT）主机功能的设备通常称为CANopen主站设备，一般也具有服务数据（Service Data Object，SDO）客户端功能。反之，具有网络管理（NMT）从机功能的设备通常称为CANopen从站设备，且必须具备有服务数据服务器功能。这样CANopen主站设备就可以控制从站以及读写CANopen从站设备的对象字典。

（1）CANopen从站特性

CANopen从站在CANopen网络中拥有唯一的节点地址，并且能独立完成特定的功能，如数据采集、电动机控制等。对实时性要求较高的数据，通常通过实时过程数据（Process Data Object，PDO）进行传输，因此CANopen从站应当支持一定数量的PDO传输功能。根据CANo-pen协议DS301 V4.02的定义，每个从站都预定义了4个TPDO（Transmit Process Data Object）和4个RPDO（Receive Process Data Object）。为了实现对从站的配置需求，从站必须具备SDO服务器功能，另外从站还应具有节点/寿命保护或心跳报文、生产紧急报文等功能。每个CAN-open从站都需要有一个对象字典，描述从站所具有的通信参数和应用参数。

（2）CANopen主站特性

CANopen主站在网络中所起的作用有别于CANopen从站。通常CANopen主站在网络中负责网络管理（NMT）、从站参数配置（SDO）、实时数据的处理（PDO）以及错误处理，其并不一定具有特定的功能，但它也有自己的对象字典和唯一的节点地址。

（3）CANopen网关

CANopen网关是一种将具备其他协议的网络设备连接到CANopen网络中的设备。这种设备通常具备有两个协议接口，并且适应两种不同的网络，完成两个网络中不同设备间的数据交换，这种设备也可称为协议转换器。现在市面上常见的CANopen网关设备有CANopen协议转Modbus协议的网关、CANopen协议转DeviceNet协议的网关、CANopen协议转profi-bus的网关等，可根据不同的网络需求选择不同的网关设备。

（4）CANopen嵌入式模块

为了使设备快速地实现CANopen通信的功能，现在市面上众多的厂商提供了一种小体积的嵌入式CANopen模块。这种模块最大的特点就是体积小，容易直接嵌入到用户的PCB中，易于使用，且集成了完整的CANopen协议栈，能够快速稳定地与其他的CANopen设备进行通信。甚至使用者无须深入地了解CANopen协议，由于这个特点，CANopen模块在众多的领域得到了广泛的应用。

（5）中继器、网桥和集线器(www.chuimin.cn)

中继器、网桥和集线器是工作于CANopen的物理层和链路层的设备（CAN Bus），这类设备可以延长CAN总线的通信距离并且改变网络的拓扑结构，且可以接入到不同速率的CAN通信网络中。在复杂网络结构或通信距离较远的CANopen网络中，通常会使用以上设备。 2.CANopen网络结构

由于CANopen是一种基于CAN总线的应用层协议，因此其网络组建与CAN总线一致，为典型的总线型结构，从站和主站都挂接在该总线上。通常在一个CANopen网络中，只有一个主站设备和若干个从站设备。CANopen网络在布线时，应当选用带屏蔽的双绞线，以提高总线抗干扰能力。

（1）基本的CANopen网络结构

图4-68所示为CANopen网络的基本结构。在该网络中有一个CANopen主站，负责管理网络中的所有从站，每个设备都有一个独立的节点地址（Node ID）。从站与从站之间也能建立实时通信，通常需要事先对各个从站进行配置，使各个从站之间能够建立独立的PDO通信。

图4-68 CANopen网络的基本结构

（2）复杂的CANopen网络结构

图4-69所示为带有网关设备的CANopen网络的基本结构。与基本的CANopen网络相比，该网络中增加了一个CANopen网关设备。该网关设备可以是CANopen转DeviceNet、Profibus、Modbus或其他网络的设备。在CANopen网络中，也可把该网关设备作为一个从站设备或者CANopen主站设备。当CANopen网络中的总线长度相当长时，网桥在其中可以起到延长总线距离的作用，另外网桥也可以起到隔离左右两条总线的作用，并且左右两条总线可以根据实际情况而选择不同的通信波特率。

图4-69 带网关设备的CANopen网络的基本结构