CANopen
CANopen je otevřený síťový protokol nejvyšší úrovně pro připojení vestavěných zařízení v palubních dopravních a průmyslových sítích . Jako síťovou a transportní vrstvu používá protokol CAN v reálném čase . Slouží k vzájemnému propojení senzorů, akčních členů a programovatelných logických automatů . Otevřený standard.
Typické aplikace
Především v systémech řízení pohybu, v montážních, svařovacích a transportních jednotkách. Používá se pro jednokabelové připojení vícevstupových senzorových boxů, inteligentních senzorů, pneumatických ventilů, čteček čárových kódů, pohonů a ovládacích konzol.
Výhody
Ve srovnání s jinými sítěmi na bázi CAN je síť CANopen vhodnější pro vysokorychlostní systémy řízení pohybu a zpětnovazební regulační smyčky. Vysoká spolehlivost, racionální využití šířky pásma, napájení přes síťový kabel.
Nevýhody
Nízká prevalence mimo Evropu.
Perspektivy
Kromě toho, že jde o protokol aplikační vrstvy, CANopen znamená členství v „hobby“ klubu designu hardwaru. Více informací lze nalézt na webových stránkách CiA (www.can-cia.org). Do této organizace se může připojit každý, kdo to považuje za nutné. Organizace sdružuje mimo jiné přední výrobce automobilů v Evropě.
Struktura norem
Struktura organizace odráží strukturu norem, kterými se řídí provoz sítí CANopen.
Protokol aplikační vrstvy je založen na dokumentu DS.301, který je zase praktickým rozvinutím myšlenek deklarovaných v dokumentech CiA DS-201-207. Definuje protokoly pro konfiguraci a provoz sítě.
Síť CANopen je zaměřena na použití mikrokontrolérů včetně těch nejlevnějších, proto je rozdělena do řady volitelných subsystémů, což umožňuje využívat pouze nezbytné funkce.
Fungování sítě spočívá ve výměně dat. Pro pochopení fungování sítě CANopen rozdělujeme všechna data na funkční a technologická.
Funkční data - data, která popisují cílové fungování systému (teplota, velikost ovládacích akcí akčních členů), data, která by byla přenášena mezi jednotkami, i kdyby byla jako spojení použita jiná komunikační linka než CAN , například LIN nebo USB , nebo Ethernet , nebo I2C .
Technologická data - ta, která zajišťují fungování sítě jako celku, kontrola správného provozu všech uzlů, konfigurace částí systému - ta data, jejichž vzhled je spojen s používáním sítě CANopen a ne přímo závisí na úkolech řešených systémem.
Dokument CiA DS-201 identifikuje 4 hlavní skupiny subsystémů (obr.3 CiA DS-201)
CMS - zasílání zpráv. Patří mezi ně: funkční výměna dat, výměna urgentních zpráv, výměna dat žádostí,
správa objektového slovníku
NMT - správa sítě, ovládání síťových zařízení
DBT - Dynamické přidělování identifikátorů
LMT - správa konfigurace zařízení
- 1. Výměna funkčních dat v reálném čase klíčové slovo PDO, CMS (hlavní subsystém je v zásadě volitelný, ale pokud neexistuje žádný z dalších subsystémů, pak lze tuto prázdnou množinu nazvat pouze potenciálně CANopen).
Příklad: Hlavní jednotka regulace pokojové teploty, měřiče teploty, ohřívače/výparníky
- Objektový slovník není podsystémem klíčového slova PDO, SDO, entry, Index . Slovník je používán všemi subsystémy a popisuje cílová data, která mají být vyměňována, pravidla výměny. Můžete nakreslit paralelu s registrem ve Windows.
Příklad: Jednobodová teplota a řídicí parametr ohřívače/výparníku
- 2. Synchronizace klíčového slova pro výměnu dat SYNC (volitelné, ale stejně účelný subsystém jako subsystém 1). Při použití tohoto subsystému je v síti generátor synchronizačních zpráv, který pravidelně vysílá zprávu SYNC s vysokou prioritou. Po výskytu takové zprávy v síti si všechna synchronizovaná zařízení vyměňují data ve stanoveném časovém intervalu (okno synchronní výměny dat). Kolize (současný přenos dat dvěma a více zařízeními) jsou řešeny na úrovni fyzické vrstvy protokolu CAN. Slovník objektů obsahuje křížové odkazy, odkud jaká data vzít a jaká data kam umístit. Aplikace tedy samy o sobě data nesbírají, jen se v určitých proměnných (z pohledu aplikace) periodicky objevují čerstvá data, podobně jako u kontrolních akcí. V tomto režimu může výměna probíhat nejen mezi snímači a hlavní jednotkou, ale také mezi snímači, přičemž hlavní jednotka se obchází.
- Asynchronní výměna dat. Zahrnuje výměnu zpráv pro správu sítě (správa síťových uzlů) Správa sítě, NMT Services , zprávy subsystému řízení sítě (možnost detekce chyb sítě) Error Control , urgentní zprávy - nouzové objekty (detekce chyb provozu uzlu) Emergency Object, EMCY . Zprávy této třídy se mohou objevit kdykoli, včetně okna synchronní výměny dat. Tyto zprávy mají vysokou prioritu (vyšší než zprávy tvořící datové pakety) a kolize jsou řešeny na úrovni fyzické vrstvy protokolu CAN. Pro implementaci těchto subsystémů v síti je přiřazeno zařízení (ve fázi návrhu sítě), které je odpovědné za provoz konkrétního subsystému. Kromě toho existují mechanismy pro dynamické přiřazení takových zařízení. Nyní podrobně.
- 3. Správa síťových uzlů Správa sítě, NMT Services (volitelný subsystém). Síť lze navrhnout tak, že po zapnutí každé zařízení po dokončení inicializace přejde do připraveného stavu, ale nebude se účastnit výměny funkčních dat, dokud jeho provoz nepovolí master pro správu sítě (NMT master). . Ve stavu připravenosti se zařízení nepodílí na výměně funkčních dat, ale může si vyměňovat procesní data. Ve stavu připravenosti lze zařízení konfigurovat (viz Subsystém správy objektového slovníku níže). Pomocí tohoto subsystému může hlavní síťový server resetovat a restartovat kterýkoli z uzlů, které takový postup vyžadují. Master přijímá od zařízení zprávy, které indikují skutečný stav zařízení, pokud se skutečný stav neshoduje s očekávaným, je to považováno za chybu. Chybové reakce jsou popsány níže.
- 4. Síťová kontrola (detekce síťové chyby) NMT Error Control Protocols, Node Guarding, Heartbeat Protocol (volitelný subsystém). Některé systémy (zejména ty související s bezpečností) musí monitorovat přítomnost a provozuschopnost všech standardních senzorů.
Příklad: Koncový spínač, při aktivaci by se měl motor okamžitě vypnout.
Pokud se samotný snímač náhle porouchá, pak když je koncový spínač sepnut, nevyšle o tom zprávu hlavní jednotce, což je plné nouzové situace, takže pokud je zjištěna porucha takového snímače, je nutné okamžitě vypnout motor
Detekce síťové chyby ( Node Monitoring ) se provádí dvěma podobnými způsoby [1]
- I. Volání uzlů Node Guarding . Hlavní server pravidelně dotazuje uzly, které odpovídají. Jakmile uzel přestane reagovat, je u tohoto senzoru zaznamenána chyba a master v souladu s logikou práce může zastavit potenciálně nebezpečné procesy. Uzel, který nebude po určitou dobu dotazován (čára je přerušená), také sám sobě označí chybu. Nevýhody této metody jsou v tom, že požadavky od mastera zabírají část šířky pásma sítě a výpadek jednoho uzlu (masteru) vede k výpadku celé sítě.
- II. Ovládací hodiny. Heartbeat ( rozsvícený anglický "heartbeat" ). Všechny síťové uzly nezávisle, bez požadavku, pravidelně vysílají zprávy o svém stavu - "zpráva srdečního tepu". Pokud během kontrolního intervalu z uzlu nejsou žádné zprávy, ostatní uzly přihlášené k odběru jeho zpráv si označí chybu. Tato metoda postrádá nedostatky předchozí a je doporučena pro použití v moderních systémech [2] .
Pro každou konkrétní síť je povolena pouze jedna metoda řízení, buď Node Guarding, nebo Heartbeat Protocol.
- 5. Změna objektového slovníku. klíčová slova PDO, SDO, PDO-mapování Objektový slovník obsahuje data, která jsou vyměňována podle principu PDO, popisuje složení a strukturu těchto dat. Pomocí výměny dat na vyžádání (SDO) můžete změnit sadu dat, která se bude vyměňovat podle principu PDO. Výměna dat SDO je možná jak ve stavu připravenosti, tak ve stavu provozu. Po zapnutí napájení, ale před zahájením síťového provozu, je tedy možné nakonfigurovat všechna síťová zařízení pro výměnu potřebných dat a následně síť spustit. Při změně struktury slovníku během provozu je třeba vzít v úvahu následující body:
- Výměna SDO má nižší prioritu než výměna CHOP, takže může nastat okamžik, kdy část slovníku již byla změněna v souladu s novými požadavky, část se ještě nezměnila a v tu chvíli dojde k výměně CHOP. objeví se.
- Protože si zařízení vysílající a přijímající PDO musí rozumět, může nastat situace, kdy jedno zařízení bude pracovat s novou strukturou a druhé se starou strukturou.
Tyto dva příklady ukazují proveditelnost změny struktury slovníku pouze při zastavení sítě, bohužel to není vždy možné.
- 6. Změňte údaje na vyžádání. Kromě změny slovníku může aplikace na jednom zařízení stahovat data do jiného zařízení. Rozdíl mezi komunikací PDO a SDO z aplikačního hlediska. Při výměně PDO se vše děje automaticky podle určitých pravidel a aplikace, aniž by se odvolávala na síťová primitiva, přijímá data z proměnných, jako by data byla získána právě uvnitř tohoto zařízení. Pro příjem dat podle principu SDO musí aplikace použít síťové služby k vyžádání dat z jiného zařízení a teprve poté, po obdržení odpovědi, použít data pro práci. Proto by měla být páteř výměny dat postavena na výměně CHOP. Bohužel existují omezení velikosti dat (8 bajtů pro PDO, ale můžete použít několik těchto kusů). A to pouze tehdy, když je to nezbytně nutné používat SDO. Při výměně dat SDO se zařízení, které bylo kontaktováno s požadavkem na přijetí nebo zápis (stažení / odeslání) dat, nazývá server SDO a zařízení, které iniciovalo výměnu, se nazývá klient. V závislosti na množství přenášených dat se výměna provádí podle různých algoritmů a nemůže být méně efektivní než výměna PDO. SDO-exchange vám umožňuje kontrolovat přesnost dat, což vám dokonce umožňuje stahovat části spustitelného kódu.
- 7. Nouzové objekty, urgentní zprávy. Nouzový objekt, EMCY . Během provozu může zařízení detekovat chyby v činnosti svého programu nebo v činnosti elektroniky. V tomto případě platí, že čím dříve na to budou upozorněny všechny ostatní části systému, tím lépe a provoz takového systému bude bezpečnější. K tomuto účelu se používají urgentní zprávy s vysokou prioritou. Takové zprávy se zasílají, když je zjištěna porucha a když porucha zmizí. Norma popisuje třídy chyb, takovými parametry mohou být proud, napětí, teplota. Pokud je v síti povolen mechanismus nouzových zpráv, musí zařízení rozumět alespoň dvěma zprávám - Obecná chyba (bez specifikace kategorií), reset chyby. Každý typ chyby lze specifikovat dalším celým bajtem, který může zakódovat např. číslo řízeného řetězce.
- Chyba při zpracování. Základní standard pouze popisuje způsob hlášení chyb a definuje kategorie chyb. Další objasnění a reakci na chybu určuje vývojář systému.
Výše uvedené položky jsou popsány v CiA DS-201-207 a CiA DS-301. Vývojář systému „od nuly“ může nezávisle určit funkční požadavky na síť, řízené parametry a scénáře chování v případě poruch. Ale protože sítě CANopen používá velké množství výrobců, kteří již vyvinuli systémy pokrývající mnoho průmyslových odvětví, objevila se doporučení, jaké parametry by minimálně ten či onen systém měl fungovat a jaké typy reakcí na určité specifické chyby na konkrétní třídu zařízení. Tato doporučení jsou vydána ve formě norem řady CiA DS-4**. To umožňuje vyrábět části systémů spíše než celé systémy a tyto nové nástroje se dokonale integrují se systémy vyvinutými renomovanými výrobci. Některé z těchto norem jsou již otevřené (zavedené), některé zůstávají majetkem malých skupin výrobců (nové, změny vyhrazeny). Hlavním důvodem, proč existuje tolik uzavřených dokumentů, je to, že nejde jen o doporučení, ale o normy, pokud se nebudou dodržovat, systém nebude fungovat. Po provedení změn v dokumentech jsou nové verze zaslány všem členům této zájmové skupiny. Zájmové skupiny nejsou uzavřená kasta, každý se může přidat k té či oné skupině. Podmínkou je peněžní příspěvek. Účtované částky závisí na velikosti firmy a jsou demokratické ve vztahu k malým podnikům.
ČLENSKÉ POPLATKY V PEVNÉ ČÁSTCE (ROK) VČETNĚ NĚMECKÝCH DANÍ
více než 100 000 zaměstnanců: 8 700,00 Euro 10 353,00 Euro
od 10 000 do 99 999 zaměstnanců: 5 200,00 Euro 6 188,00 Euro
od 1 000 do 9 999 zaměstnanců: 4 100,00 Euro 4 879,00 Euro
od 100 do 999 zaměstnanců: 2 100,00 Euro 2 499,00 Euro
od 50 do 99 zaměstnanců: 1 500,00 EUR 1 785,00 EUR
od 10 do 49 zaměstnanců: 900,00 Euro 1 071,00 Euro
od 1 do 9 zaměstnanců: 650,00 Euro 773,50 Euro
pro školy a univerzity: 520,00 Euro 618,80 Euro
Veškeré údaje o tom, které skupiny existují, jaké standardy vyvinuly a jak se k nim připojit, jsou umístěny na webu can-cia.org, který je v tomto případě hlavním organizačním orgánem a mechanismem pro styk s veřejností.
Průmyslové sítě rodiny CAN
Viz také
CiA (anglicky) .
Poznámky
- ↑ CANopen Basics - Guarding and Heartbeat (downlink) . Získáno 28. dubna 2016. Archivováno z originálu 21. května 2016. (neurčitý)
- ↑ Olaf Pfeiffer, Andrew Ayre, Christian Keydel Embedded Networking with CAN a CANopen - Copperhill Media, 2008
Odkazy
| Průmyslové sítě |
|---|
| Sběrnice řídicího systému |
|
|---|
| Distribuované periferie |
|
|---|
| Technologie pohonu |
|
|---|
| Polní zařízení |
|
|---|
| Automatizace budov |
|
|---|