蓝海华腾变频器与贝加莱人机界面的CANOPEN通讯

一、介绍
从OSI网络模型的角度来看同，现场总线网络一般只实现了第1层（物理层）、第2层（数据链路层）、第7层（应用层）。因为现场总线通常只包括一个网段，因此不需要第3层（传输层）和第4层（网络层），也不需要第5层（会话层）第6层（描述层）的作用。
CAN（Controller Area Network）现场总线仅仅定义了第1层、第2层（见ISO11898标准）；实际设计中，这两层完全由硬件实现，设计人员无需再为此开发相关软件（Software）或固件（Firmware）。同时，CAN只定义物理层和数据链路层，没有规定应用层，本身并不完整，需要一个高层协议来定义CAN报文中的11/29位标识符、8字节数据的使用。而且，基于CAN总线的工业自动化应用中，越来越需要一个开放的、标准化的高层协议：这个协议支持各种CAN厂商设备的互用性、互换性，能够实现在CAN网络中提供标准的、统一的系统通讯模式，提供设备功能描述方式，执行网络管理功能。
应用层（Application layer）：为网络中每一个有效设备都能够提供一组有用的服务与协议。
通讯描述（Communication profile）：提供配置设备、通讯数据的含义，定义数据通讯方式。
设备描述（Device proflile）：为设备（类）增加符合规范的行为。
下面将介绍基于CAN的高层协议：CAL协议和基于CAL协议扩展的CANopen协议。CANopen协议是CAN-in-Automation(CiA)定义的标准之一，并且在发布后不久就获得了广泛的承认。尤其是在欧洲，CANopen协议被认为是在基于CAN的工业系统中占领导地位的标准。大多数重要的设备类型，例如数字和模拟的输入输出模块、驱动设备、操作设备、控制器、可编程控制器或编码器，都在称为“设备描述”的协议中进行描述；“设备描述”定义了不同类型的标准设备及其相应的功能。依靠CANopen协议的支持，可以对不同厂商的设备通过总线进行配置。在OSI模型中，CAN标准、CANopen协议之间的关系如下图所示：

图1  CAN、CANopen标准在OSI网络模型中的位置框图

二、CAL 协议
CAL（CAN Application Layer）协议是目前基于CAN的高层通讯协议中的一种，最早由Philips医疗设备部门制定。现在CAL由独立的CAN用户和制造商集团CiA（CAN in Automation）协会负责管理、发展和推广。
CAL提供了4种应用层服务功能：
CMS (CAN-based Message Specification)
CMS提供了一个开放的、面向对象的环境，用于实现用户的应用。CMS提供基于变量、事件、域类型的对象，以设计和规定一个设备（节点）的功能如何被访问（例如，如何上载下载超过8字节的一组数据（域），并且有终止传输的功能）。CMS从MMS (Manufacturing Message Specification)继承而来。MMS是OSI为工业设备的远程控制和监控而制定的应用层规范。
NMT (Network ManagemenT)
提供网络管理（如初始化、启动和停止节点，侦测失效节点）服务。这种服务是采用主从通讯模式（所以只有一个NMT主节点）来实现的。
DBT (DistriBuTor)
提供动态分配CAN ID（正式名称为COB-ID，Communication Object Identifier）服务。这种服务是采用主从通讯模式（所以只有一个DBT主节点）来实现的。
LMT (Layer ManagemenT)
LMT提供修改层参数的服务：一个节点（LMT Master）可以设置另外一个节点（LMT Slave）的某层参数（如改变一个节点的NMT地址，或改变CAN接口的位定时和波特率）。
CMS为它的消息定义了8个优先级，每个优先级拥有220个COB-ID，范围从1到1760。剩余的标志（0，1761-2031）保留给NMT，DBT和LMT，见下表。

三、变频器与贝加莱人机界面连接如下

图2

四、CPS_Modbus RTU Gateway (I-7232D)配置
在计算机上安装I-7232D U TILITY配置软件，并运行如下图所示

图3

运行配置软件后显示如下图，I-7232D上电时将INT脚与GND短接，使I-7232D工作在配置模式

图4

选择正确的通讯COM口，点击“CONNETCT”连接I-7232D，连接成功后,点击CAN-bus将出现如下窗口图所示：

图5

I-7232D的CANopen端：
波特率：250KBPS
节点号为：1
然后点击RS-485按钮如下图

图6

I-7232D的RS-485端：
波特率：19200BPS
数据长度：8
奇偶校验：无
停止位：1
超时：50ms
在配置完通讯端口参数后击点“NEXT”弹出如下窗口，如图所示

图7

然后点击“ADD”按钮添加MODBUS地址映射，”Modbus Device NodeID”，这里输入被映射的变频器RS-485节点地址，”Relay Address”，本栏里选择MODBUS RTU功能码，这里我们只用两个功能码：Analog Output(写入)和Analog Input(读取)，“Register/Relay Address”此处填入要读/写的变频器寄存器地址，“Data Length”这里设置读/写变频器寄存器的数据长度。在这里我们的映射地址如下表所示。在完成映射后点击“Modbus Information”和“PDO Information”可以察看映射参数列表如下图所示

图8

图9

完成以上操作后点击“NEXT”出现如下窗口

图10

然后点击“Finish”保存配置的参数到I-7232D同时在应用程序根目录下生成EDS文件，保存成功后返回主窗口。完成配置后掉电重启I-7232D。
PP45CANopen程序：
CAN通讯口初始化程序
(* init program *)
CANopen_0.enable= 1
CANopen_0.baud_rate= 25;250k
CANopen_0.cob_anz= 20
CANopen_0.error_adr= adr(ERR)
CANopen_0.device= "SS1.IF3"     ;设备名称
CANopen_0.info= 0
CANopen_0 FUB CANopen()     ;初始化CAN
NMT_Data[0]=1                ;CANOPEN命令01-
NMT_Data[1]=0
;requst cob cofg
UserType.RTR_COB[1]=$281     ;COB-ID 281 读取
UserType.RTR_COB[2]=$381     ;.. ..           ..
UserType.RTR_COB[3]=$481
;cmmd cob cofg
UserType.Send_COB[1]=$301     ;COB-ID 301 写入
UserType.Send_COB[2]=$301     ;..       ..   ..
UserType.Send_COB[3]=$401     ; ..       ..   ..
;node id cofg
UserType.Node[1]=$01           ;RS-485节点地址
UserType.Node[2]=$02           ;.. 
UserType.Node[3]=$03
PDO程序;
(* cyclic program *)
loop i=1to 3 do
 m[i] =workstep[i]
 select workstep[i]
  state Send_NMT
   CANwrite_NMT[i].enable= 1
   CANwrite_NMT[i].us_ident=CANopen_0.us_ident
   CANwrite_NMT[i].can_id=NMT_COB;0
   CANwrite_NMT[i].data_adr= adr(NMT_Data[0])
   CANwrite_NMT[i].data_lng= sizeof(NMT_Data)
   CANwrite_NMT[i] FUB CANwrite()         ----使I-78232D进入运行状态
   when CANwrite_NMT[i].status<>MSG_BUSY;1
   next Send_Data1
  state Send_Data1
                                      (*PDO1RX*)
   CANwrite_data1[i].enable= 1
   CANwrite_data1[i].us_ident=CANopen_0.us_ident 
   CANwrite_data1[i].can_id= UserType.Send_COB[i]
   CANwrite_data1[i].data_adr=adr(UserType.Txdata[i].Data[0]) 将要写入的数据
   CANwrite_data1[i].data_lng= sizeof(UserType.Txdata[i])
   CANwrite_data1[i] FUB CANwrite()
   when CANwrite_data1[i].status<>MSG_BUSY;1
   next Send_Data2
  
  stateSend_Data2                                               (*PDO1TX*)
   （*读取模式为异步RTR*）
    CANrtr_01[i].request = not CANrtr_01[i].request
    CANrtr_01[i].enable = 1                  
 (*enable the functionblock CANrtr*)
      CANrtr_01[i].us_ident = CANopen_0.us_ident
 (*set us_id with the value from CANopen*)
      CANrtr_01[i].data_adr = ADR(UserType.Rxdata[i].Data[0]) ;存储读入的数据      
 (*set the destination adress*)
      CANrtr_01[i].can_id = UserType.RTR_COB[i]               
 (*set can_id*)
      CANrtr_01[i] FUB CANrtr()  ;发送请求读取数据              
(*call CANrtr*)   
   when CANrtr_01[i].status<>MSG_BUSY;1
   next Send_Data1 
 endselect 
endloop  

数据转换程序：
(* cyclic program *)
loop i=1 to 2 do
  if i=1 then
 memcpy(adr(mActFreq[i]),adr(UserType.Rxdata[i].Data[2]),2)
 MotorApp[i].rActFreq=real(mActFreq[i])/100.0;act freqence
 memcpy(adr(MotorApp[i].rStatus),adr(UserType.Rxdata[i].Data[0]),2);status word
 
 UserType.Txdata[i].Data[0]=byte(MotorApp[i].wCtrlWord);set contrl word
 UserType.Txdata[i].Data[1]=byte(lsr(MotorApp[i].wCtrlWord,8))
 UserType.Txdata[i].Data[2]=byte(uint(MotorApp[i].wSetfreq*100));set Freqence
 UserType.Txdata[i].Data[3]=byte(lsr(uint(MotorApp[i].wSetfreq*100),8))
 UserType.Txdata[i].Data[4]= UserType.Txdata[i+1].Data[4]
 UserType.Txdata[i].Data[5]= UserType.Txdata[i+1].Data[5]
 UserType.Txdata[i].Data[6]= UserType.Txdata[i+1].Data[6]
 UserType.Txdata[i].Data[7]= UserType.Txdata[i+1].Data[7]
  else
    memcpy(adr(mActFreq[i]),adr(UserType.Rxdata[i].Data[0]),2)
 MotorApp[i].rActFreq=real(mActFreq[i])/100.0;act freqence
 memcpy(adr(MotorApp[i].rStatus),adr(UserType.Rxdata[i].Data[2]),2);status word
 
 UserType.Txdata[i].Data[4]=byte(MotorApp[i].wCtrlWord);set contrl word
 UserType.Txdata[i].Data[5]=byte(lsr(MotorApp[i].wCtrlWord,8))
 UserType.Txdata[i].Data[6]=byte(uint(MotorApp[i].wSetfreq*100));set Freqence
 UserType.Txdata[i].Data[7]=byte(lsr(uint(MotorApp[i].wSetfreq*100),8))
 UserType.Txdata[i].Data[0]= UserType.Txdata[i-1].Data[0]
 UserType.Txdata[i].Data[1]= UserType.Txdata[i-1].Data[1]
 UserType.Txdata[i].Data[2]= UserType.Txdata[i-1].Data[2]
 UserType.Txdata[i].Data[3]= UserType.Txdata[i-1].Data[3]
 endif
 status_1 = UserType.Rxdata[1].Data[1]
    status_2 = UserType.Rxdata[1].Data[7]
endloop 
注意：在MODBUS地址映射时没有按COB-ID对齐（节省空间地址）如在写入时COB-ID为0X301一次可写入4个字，前两个字为#1号变频器的MODBUS地址，后两个字为#2号变频器MODBUS地址，读取地址原理相同，具体查看I-7232D的PDO的参数列表