基于CANopen协议的数字伺服控制

CANopen协议在工业控制网络中的应用
曹庆年;赵博;孟开元
【期刊名称】《西安石油大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2009(024)004
【摘要】CANopen作为CAN总线的一种很有影响力的应用层协议,在现场总线控制系统中得到广泛应用.在剖析CANopen协议特点的基础上,结合油田实际情况,采用AT91SAM7x256微处理器开发了通信控制模块和I/O控制模块,设计出基于CANopen协议的油田网络系统,提高了通信的效率和可靠性.
【总页数】4页(P75-78)
【作者】曹庆年;赵博;孟开元
【作者单位】西安石油大学计算机学院,陕西西安,710065;西安石油大学计算机学院,陕西西安,710065;西安石油大学计算机学院,陕西西安,710065
【正文语种】中文
【中图分类】TP273+.5
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基于分布式运动控制系统 CANopen 简介基于分布式运动控制系统 CANopen 简介徐国平 运动控制产品经理深圳市泰科智能伺服技术有限公司Techsoft motion (Shenzhen) technology Ltd.2009 年 7 月 8 日 © Techsoft深圳市泰科智能伺服技术有限公司概述基于分布式运动控制系统 CANopen 简介◇ 分布式控制与集中式运动控制系统的比较 ◇ CAN物理层 ◇ CANopen协议 ◇ 驱动器与运动控制设备概述 ◇ 多轴同步协调运动 ◇ IDMxxx（CAN/CANopen）系列全数字通用伺服驱动器2009 年 7 月 8 日 © Techsoft深圳市泰科智能伺服技术有限公司1基于分布式运动控制系统 CANopen 简介分布式与集中式运动控制系统的比较◇ 集中式运动控制系统• 多轴运动控制卡或控制器 • 位置/速度/转矩伺服驱动器或放大器 • 电机2009 年 7 月 8 日 © Techsoft深圳市泰科智能伺服技术有限公司2集中式运动控制系统组成部分◇ 控制器• PC运动控制卡 • 独立式运动控制器 • +/- 10V命令信号◇ 驱动器或放大器• 位置/速度/转矩模式 • 模拟量或数字量驱动器◇电 机• 旋转或直线伺服电机 • 步进、有刷、无刷伺服电机基于分布式运动控制系统 CANopen 简介2009 年 7 月 8 日 © Techsoft深圳市泰科智能伺服技术有限公司3集中式运动控制系统的缺点◇ 控制轴数相对性能的限制性 ◇ 控制器轴数相对所需应用轴数的限制性 ◇ 模拟量命令信号的限制性 ◇ 驱动器或放大器诊断的限制性 ◇ 电机反馈到驱动器与控制器都必需接线 ◇ 接线复杂、成本高、可靠性降低基于分布式运动控制系统 CANopen 简介2009 年 7 月 8 日 © Techsoft深圳市泰科智能伺服技术有限公司4分布式运动控制系统◇ 分布式运动控制系统主控制器 驱动器 电机基于分布式运动控制系统 CANopen 简介2009 年 7 月 8 日 © Techsoft深圳市泰科智能伺服技术有限公司5分布式运动控制系统的组成部分◇ 控制器• 计算机 • 独立式控制器 • 数字网络 (设备总线，现场总线，网络)◇ 驱动器• 位置，速度，转矩模式 • 带网络接口的数字伺服驱动器◇ 电机• 旋转或直线伺服电机 • 步进、有刷、无刷伺服电机基于分布式运动控制系统 CANopen 简介2009 年 7 月 8 日 © Techsoft深圳市泰科智能伺服技术有限公司6分布式运动控制系统的优势◇ 主控制器选择简单 ◇ 全数字命令信号 ◇ 全驱动器诊断 ◇ 仅电机到驱动器之间反馈必须接线 ◇ 整体体积减小 ◇ 整体接线减少• 降低成本 • 降低复杂性 • 提高可靠性◇ 减少系统成本• 驱动器成本增加 • 省掉了多轴运动控制器成本 • 减少了接线成本2009 年 7 月 8 日 © Techsoft基于分布式运动控制系统 CANopen 简介深圳市泰科智能伺服技术有限公司7CAN 物理层基于分布式运动控制系统 CANopen 简介◇ CAN(Controller Area Network)，由 BOSCH 公司原创，ISO-11898 标准 ◇ 1Mbit/s 传输速度时距离可达 30 米 ◇ 多路访问冲突侦测+非破坏性解决 ◇ CAN2.0A(11 位标识符)或 CAN2.0B(29 位标识符) ◇ 冲击噪声免疫 ◇ 总线结构（3 线） ◇ 硬件自动检测与处理错误2009 年 7 月 8 日 © Techsoft深圳市泰科智能伺服技术有限公司8CAN 物理层◇ 数据帧（CAN Message）• SOF: 帧起始域 • Arbitration Field: 仲裁域Identifier: 标识符 RTR • Control Field: 控制域 • Data Field: 数据域 • CRC Field: 循环沉余校验域 • ACK Field: 应答域 • EOF Field: 帧结束域基于分布式运动控制系统 CANopen 简介2009 年 7 月 8 日 © Techsoft深圳市泰科智能伺服技术有限公司9。

Kinco伺服CANOPEN通讯介绍PDO通讯介绍Kinco伺服是具备动态PDO配置能力的典型CANOPEN SLAVE设备。

PDO的配置存于设备中以备在没有MASTER设备（NMT MASTER）时启动后操作。

ECO2WIN软件可以用来观察NMT MASTER对PDO的配置或手工对PDO的配置。

常见4组PDO，每组包括TxPDO和RxPDO，对应的ID号（注意，ID号的值越小，其优先级越高），TxPDO1(181h~1ffh)、RxPDO1(201h~27Fh)、TxPDO2(281h~2ffh)、RxPDO2(301h~37Fh)、TxPDO3(381h~3ffh)、RxPDO3(401h~47Fh)、TxPDO4(481h~4ffh)、RxPDO4(501h~57Fh)，在Kinco伺服内部RxPDO1和TxPDO1、RxPDO2和TxPDO2出厂时已经被初始化预定义，用户可根据需要修改。

PDO的通讯配置，每个PDO包含三个通讯参数：ID号(msg id)，传输类型(type)和禁止时间（inhibit time）。

传输类型按CANopen协议规定有如下多种：――同步：0：同步报文（非周期性，当具有同步ID（080h）的报文出现在总线上时，PDO被触发）1-240：同步报文（周期性，要求在同步时间窗内周期性地发送数据，数值表示多少个（1～240）同步报文(SYNC)之后，PDO将会被触发，主要应用于运动控制）252：由远程帧来的请求命令同步更新PDO并响应请求――异步：253：PDO连续更新，但只在远程帧请求后触发255：非同步（RxPDO每次接收时更新，TxPDO在内容发生变化并不在禁止时间内时就发送），禁止时间只适用于TxPDO，缺省100微妙。

说明：对于PDO通讯，需要启动“CAN”网络才能实现，“CAN”网络的启动可以通过网络中的“NMT MASTER”设备来完成，如果没有“NMT MASTER”设备，则必须启动kinco伺服的CAN-Node（Kinco伺服的一个内部软件模块）。

汇川伺服总线控制实例一、引言汇川伺服总线控制是一种先进的控制方式，广泛应用于工业自动化领域。

本文将以一个实例来介绍汇川伺服总线控制的原理和应用。

二、实例背景假设我们要控制一个带有多个伺服电机的自动化系统，例如一个输送带系统。

每个伺服电机都需要精确控制，以实现准确的位置和速度控制。

传统的方式是通过单独的控制器连接每个伺服电机，但这样会导致系统复杂度高、成本高以及难以维护。

为了解决这个问题，我们决定采用汇川伺服总线控制。

三、汇川伺服总线控制原理汇川伺服总线控制是一种基于现场总线的控制方式。

它利用一根总线连接多个伺服电机，通过总线上的数据传输和通信实现对伺服电机的控制。

具体原理如下：1. 总线结构：汇川伺服总线采用主从结构，即一个主控制器连接多个从控制器，每个从控制器对应一个伺服电机。

2. 通信协议：汇川伺服总线采用CANopen通信协议。

CANopen 是一种基于CAN总线的通信协议，具有高可靠性和实时性。

它定义了伺服电机之间的数据传输格式和通信规范。

3. 数据传输：主控制器通过总线发送指令和参数，从控制器接收并执行指令。

从控制器将执行结果通过总线返回给主控制器。

4. 控制方式：主控制器可以通过发送不同的指令来控制伺服电机的位置、速度和力矩。

从控制器接收到指令后，通过内置的控制算法和传感器反馈来实现精确的控制。

四、实例应用以输送带系统为例，我们可以使用汇川伺服总线控制来实现对伺服电机的精确控制。

1. 系统架构：在这个实例中，我们将使用一个主控制器和三个从控制器，每个从控制器对应一个伺服电机。

主控制器连接到电脑上，通过电脑上的软件来发送指令和监控系统。

2. 控制过程：主控制器发送指令给从控制器，指令包含了期望的位置和速度。

从控制器接收指令后，根据内置的控制算法和传感器反馈，控制伺服电机的运动。

通过不断的数据传输和通信，主控制器可以实时监控伺服电机的状态，并根据需要进行调整。

3. 功能扩展：使用汇川伺服总线控制，我们可以方便地扩展系统的功能。

CANopen笔记3--DS402运动控制⼦协议 DS301就是⼀个通讯协议栈，DS402是建⽴在DS301基础之上的伺服类控制协议。

协议中规定好每个对象字典值的作⽤，⽐如0x6040，是控制字。

DS402把⼀个伺服控制系统应该具有的功能都定义好了，⼚家和使⽤者按照协议定义即可开发和使⽤符合标准的设备。

NMT NMT是⽹络管理报⽂，⽤于实现⼀些管理操作，⽐如节点重启、进⼊运⾏状态等，⽹络管理状态转换图如下： 初始化：设备处于启动状态，不能进⾏通信 预运⾏：设备启动完毕，还未进⼊运⾏模式。

设备仅回复SDO、NMT消息 运⾏：正常⼯作，可回复SDO、NMT、PDO 停⽌：仅能发送NMT（包括⼼跳消息） NMT报⽂格式很简单，COB-ID固定为0x000，数据为：NMT命令 + 从设备节点ID（0x00表⽰⼴播）Boot-up Messages 设备开机启动完成初始化进⼊预运⾏状态时，会产⽣boot-up事件，发送⼀条boot-up消息。

boot-up消息的COB-ID为：0x700 + Node ID。

假设节点ID为1，则该节点开机后会发送boot-up message（0x00 data, always 0）设备控制 根据DS402协议（Chapter 6：Device Control Objects），设备的状态由下图描述。

The device states and possible control sequence of the drive are described by the state machine, as depicted in the following figure: 如上图所⽰，状态机可以分成三部分：“ Power Disabled” (主电关闭)、“ Power Enabled”（主电打开）和“Fault”。

所有状态在发⽣报警后均进⼊“Fault”。

在上电后，驱动器完成初始化，然后进⼊SWITCH_ON_DISABLED状态。

CANopen, an overviewCANopen 是基于CAN 的高层网络协议，是具有高度灵活配置能力的标准化嵌入式网络。

CANopen 一开始是被设计为面向电机控制的机械控制网络，比如储运系统。

如今，他已经被使用在许许多多的领域当中，医疗设备、越野车辆、海事电子设备、公共运输系统、楼宇自动化等等。

CANopen 一开始是在Bosch 主持的Esprit 项目中开发的。

1995年，CANopen 定义被提交到CAN in Automation (CiA)国际用户和工厂组织。

现今，他已经成为国际标准CENELEC EN 50325-4。

现在，CANopen 是基于CAN(Controller Area Network)的分布式自动化系统标准应用。

其特点包括：• 基于生产者-消费者机制，传输具有严格时间要求的数据• 标准化的设备描述（数据，参数，功能，程序）由被叫做“对象字典”("objectdictionary")的形式实现。

通过基于客户端-服务器（client-server ）机制的标准传输协议(SDO 协议) 访问设备中的这些“对象” • 标准化的设备监视（node guarding/heartbeat ），网络管理（NMT messages,boot-up messages ）和错误控制（emergency messages ）服务 • 支持同步操作（SYNC messages ）的标准化系统服务，中央时间戳消息 • 通过总线，远程配置波特率和设备ID 号的标准化功能• 通过被叫做“预定义连接集”（ "predefined connection set"）的形式实现标准化的CAN-ID 分配（根据node-ID ） CiA 成员开发生成的标准化profile 文件（设备，接口和应用profile ）简化了集成CANopen 网络系统的系统设计工作。