Protokół komunikacyjny CANopen

-- wtorek, 18 maj 2010 21:33

Aplikacje przemysłowych sieci o otwartym kodzie mogą być bardziej opłacalne niż rozwiązania komercyjne i pozwalają uniknąć problemów ze stosami protokołów komunikacyjnych.

Protokół komunikacyjny czasu rzeczywistego CAN (Controler Area Network) jest już bardzo dobrze znany w branży samochodowej, gdzie sprawdził się w ciągu ostatnich kilkunastu lat jako element komunikacji między elektronicznymi modułami, obsługującymi mechanizmy w najnowocześniejszych samochodach. Stosunkowo niskie koszty implementacji przy bardzo wytrzymałej i odpornej warstwie fizycznej czynią ten protokół również bardzo atrakcyjnym narzędziem do zastosowań przemysłowych. Protokół wysokiego poziomu CANopen, bazuje bezpośrednio na podstawowym protokole CAN i został opracowany z myślą o zastosowaniu w przemysłowych sieciach wbudowanych, lokalnych. CANopen to standard europejski – EN 50325-4. Zapewnia on integratorom i klientom przemysłowym swobodę organizacji sieci i dołączania do niej nowych urządzeń w praktyce wg zasady plug-and-play, bez większych problemów z kompatybilnością i otwartością standardu. Jednak przy niektórych typach aplikacji i obsłudze specjalistycznych maszyn, jak: krosna tkackie czy wytłaczarki, niezbędne są dodatkowe własności protokołu sieciowego. To tzw. wyższy poziom standaryzacji zdefiniowany bezpośrednio w danym urządzeniu i jego profilu aplikacyjnym. Ich opracowaniem zajmuje się grupa użytkowników i producentów urządzeń standardu CAN (CiA – CAN In Automation), zrzeszająca obecnie ok. 520 podmiotów. Profile aplikacyjne ułatwiają działanie wszystkim osobom zaangażowanym na etapach produkcji, instalacji i integracji sieciowej zaawansowanych, specjalistycznych urządzeń.

Protokół wysokiego poziomu
CANopen bazuje na opracowanym na poczatku lat 80. XX wieku protokole CAN, dedykowanym do zastosowań w aplikacjach samochodowych. CAN jest bardzo elastyczny. Ma niezwykle silną i odporną warstwę fizyczną, spełniającą wysokie wymogi kompatybilności elektromagnetycznej. Duża liczba mikrokontrolerów CAN wykorzystywanych i sprzedawanych w przemyśle samochodowym sprawia, że układy te są tanie i łatwo dostępne. To z kolei powoduje, że protokół ten staje się atrakcyjnym rozwiązaniem sieciowym dla innych branż.

Pierwotnie protokół CAN wykorzystywał w największym stopniu tylko warstwę 1. (fizyczną) i 2. (łącza danych) referencyjnego 7-warstwowego modelu ISO/OSI. By wykorzystać go w pełni jako standard komunikacji dla innych sieci automatyki, konieczne było jego rozbudowanie o funkcjonalności wyższych warstw tego modelu. Dlatego też na początku lat 90. ubiegłego stulecia pojawiła się idea protokołu CANopen, wykorzystującego narzędzia i funkcje dostępne we wszystkich siedmiu warstwach modelu ISO/OSI, jako rozwiązania komunikacyjnego dla maszyn przemysłowych i modułów sieciowych systemów automatyki przemysłowej. Uzyskano w ten sposób protokół gwarantujący bardzo duży poziom elastyczności przy budowie i integracji sieciowych systemów sterowania i monitoringu, dzięki czemu znacznie zwiększono obszar jego zastosowań. Protokół CANopen definiuje obiekty komunikacyjne do transmisji danych, obiekty przetwarzania danych oraz obiekty konfiguracyjne do przesyłania danych konfiguracyjnych dla modułów systemowych. Istnieje również obiekt synchronizacyjny, ułatwiający synchronizację tworzonych sieci.
Pozostałe obiekty, takie jak znacznik czasu, obiekt alarmowy oraz wiadomości o błędach sterowania, czynią standard CANopen bardzo elastycznym, z możliwością łatwego dopasowania się nawet do wymagających aplikacji.
Dzięki wykorzystaniu w nim wyższych warstw modelu ISO/OSI w protokole zaaplikowano ponadto zaawansowane narzędzia zarządzania siecią, umożliwiające definiowanie priorytetów i stanów pracy różnych modułów sieciowych w celu lepszego ich monitorowania i sterowania.

O ile standard CANopen stanowi swego rodzaju fundament zasad komunikacji pomiędzy wszystkimi urządzeniami w sieci sterowania, do praktycznej realizacji ich przyłączania wg wspomnianej wcześniej zasady plug-and-play niezbędne są definicje dodatkowych procedur. Zasada ta jest we współczesnych technikach sieciowych priorytetem; integratorzy i użytkownicy systemów sterowania nie lubią poświęcać czasu na podstawowe konfigurowanie nowych modułów odłączanych i dłączanych od sieci. To powinien „załatwiać” protokół, który uzbrojony w już zdefiniowane odpowiednie profile dla dołączanych/odłączanych urządzeń, automatycznie ustala podstawowe ustawienia interfejsu do sieci, zależnie od obsługiwanej aplikacji. Można więc stwierdzić: czym większy stopień standaryzacji komunikacji sieciowej, tym mniej dodatkowych procedur integracyjnych urządzeń i modułów sieciowych. Wspomniane profile urządzeń dla standardu CANopen dokładnie określają, jaki rodzaj obiektów komunikacyjnych i aplikacyjnych musi być obsługiwany w sieci, aby dane urządzenie działało poprawnie. Ponadto zapisano w nich specyfikację charakterystycznych dla danego urządzenia/aplikacji danych oraz zasady, według których urządzenie będzie standardowo reagować na wiadomości przychodzące z sieci sterowania/monitoringu. Jeżeli takie standardowe reakcje nie będą zadowalające dla klienta-użytkownika, producenci czy integratorzy mogą je rekonfigurować.

Profile urządzeń i aplikacji do zastosowań w przemyśle
Poza licznymi profilami urządzeń dostępnymi dla sieci CANopen (dla modułów we/wy, elektrycznych i hydraulicznych napędów, różnych czujników i enkoderów), organizacja CiA publikuje również wiele profili aplikacyjnych dla konkretnych zespołów maszynowych i modułów urządzeń, takich jak np.: podajniki do maszyn tkackich, kolimatory do medycznych urządzeń wizyjnych czy wyciągarki, piły itp. Standaryzacja interfejsów komunikacyjnych ma tu szczególne znaczenie, wziąwszy pod uwagę fakt, iż na rynku działa wielu producentów tego typu maszyn i urządzeń.

Organizacje CiA i Euromap opracowały i dostarczają profil aplikacyjny np. dla wytłaczarek, który jest ogólnie dostępny z poziomu ich stron WWW. Ponieważ dość często zdarza się, że takie urządzenia są instalowane lub wymieniane przez osoby o niskich kwalifikacjach w zakresie technologii sieciowych, procedury jej integracji z systemem monitoringu i sterowania powinny być w jak najwyższym stopniu zautomatyzowane.

Tzw. rodzina profili (kilka profili urządzeń tworzy jeden profil aplikacyjny) zawiera specyfikacje parametrów np. dla fałdownic, pił, ciągarek, pulpitów kalibracyjnych itp. Wspomniane moduły pomocnicze aplikacji obróbki rur komunikują się z wytłaczarką główną poprzez sieć CANopen. Poza możliwością dołączania i odłączania urządzeń procesowych na zasadzie plub-and-play, użytkownicy mogą konfigurować w poszczególnych modułach dodatkowe funkcje i parametry, jak na przykład zadawanie granicznych lub wymaganych poziomów temperatur, ciśnienia czy długości.

Linki sponsorowane

	Almanach Produkcji w Polsce Kompleksowy katalog w wersji on-online oraz drukowanej majacy na celu dostarczenie użytecznych informacji o dostawcach dla przemysłu jak i oferowanych przez nich produktach
	Produkcja od A do Z w samym sercu polskiego przemysłu Zapraszamy Państwa do udziału w Kongresie Produkcji i Technologii PROTECH.