CAN及CANopen介绍

第一部分：CAN硬件介绍
CAN：最早的现场总线、最广泛应用的现场总线
CANopen：CIA定义的最为成功的CAN应用层协议，在基于CAN的自动化系统中居于领导地位，欧洲标准EN-50325-4
CAN+CANopen：机器自动化（MA）领域最为成功的总线解决方案，在欧美广泛被应用
CAN总线系统解决方案即是利用CAN总线的优点及其特长为机器自动化设备提供高效、可靠、性价比高的解决方案。作为机器自动化领域总线解决方案倡导者，CAN总线系统解决方案更能满足您对性价比的要求。
现场总线（Fieldbus）技术从提出到现在有二十多年了，作为工业数据总线，它主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题，通过模拟变数字实现了不同公司产品间的互操作性问题，使用户有了更大的选择权，尤其它解决了流行几十年的传统系统过于封闭、难以维护的缺点。
采用现场总线控制技术，可大大简化系统集成的工作量、为控制系统的安装调试节省大量的费用，而系统的可靠性、稳定性却得到大幅提高，配合现场总线技术的各类总线诊技术进一步提高了整个系统的性能。强大的通讯功能又使得系统更加开放透明。
CAN现场总线技术是集自动控制技术、通讯技术、传感技术、计算机技术、诊断技术、微电子技术、网络技术等于一体，是个革命性的技术，正被广泛应用于自动化各个领域。目前广泛使用的其它现场总线还有Profibus、DeviceNet、ControlNet、HART、FF等等，但是CAN总线是所有现场总线中最早出现的，也是最适合于机器自动化领域的现场总线，如今它已经广泛应用于汽车、飞机、轮船、印刷、纺织、电子等等加工领域，是目前应用领域最为广泛的现场总线。
现场总线是一种革命性的通讯控制技术，因其具有很多普通控制方式不具有的优点，所以才得到了迅速的推广应用，与老的控制方式比较起来它主要的优势如下：
 节约布线成本，减少布线时间，减小出错机率（对于大型设备尤为突出，如果当驱动器、变频器、传感器等放置到现场的话，可以节省大量的电缆费用）；
 减小施工难度，缩短施工周期
 降低系统总成本（从安装、系统维护、升级方面大幅降低系统成本）
 可靠性更高，抗干扰能力更强（比传统485通讯方式更为可靠，更不易受干扰）
 走线少、全数字信息交互（模拟量通常易受干扰）
 信息量更大（节点数据信息、状态信息、异常信息等均可方便提供）
 实时性更高（比传递485通讯速度大大提高，是485通讯速度的100倍左右，且避免了485通讯方式的多控制器之间交换方式，直接由一个PLC来协调处理，实时性大为提高）
 可维护性更强（可以很方便检测出系统故障所在，且几乎所有的CAN从站都具有故障诊断能力，便于排查及处理）
 开发性更加（目前全球范围内生产总线产品设备的厂家达上千家，客户可以任意选择适合字节的设备）
CAN总线除了具有一般总线所具有的优点外，还专门根据机械自动化的特点，根据其需求提供了一些非常具有优势的技术特点:
 高速的数据传输速率高达1Mbit/s;
 CAN协议最大的特点是废除了传统的站地址编码，代之以对数据通信数据块进行编码，可以多主方式工作；
 CAN采用非破坏性仲裁技术，当两个节点同时向网络上传送数据时，优先级低的节点主动停止数据发送，而优先级高的节点可不受影响地继续传输数据，有效避免了总线冲突；
 任何一个节点均可自动发送报文，不需主站询问；
 可根据报文的ID决定接收或屏蔽该报文
 可靠的错误处理和检错机制
 可选择对网络进行三种操作：无处理、停止故障从站、停止整个网络
 CAN节点在错误严重的情况下，具有自动关闭总线的功能，切断它与总线的联系，以使总线上其它操作不受影响
 发送的信息遭到破坏后可自动重发
 节点在错误严重的情况下具有自动退出总线的功能
 报文不包含源地址或目标地址，仅用标识符来指示功能信息优先级信息
 CAN可以点对点、一点对多点（成组）及全局广播集中方式传送和接受数据；
 采用不归零码（NRZ—Non－Return－to－Zero）编码／解码方式，并采用位填充（插入）技术；
 革命化的报文传输方式：
 SDO
主要用来在设备之间传输低优先级的数据，典型是用来对从设备进行配置、管理；
 PDO
 一次性可传送8个字节的数据，没有其它协议预设定（意味着数据内容已预先定义），主要用来传输需要高频率交换的数据。PDO的传输方式打破了现有的数据问答式传输理念，采用全新的数据交换模式，设备双方在传输前先在各个设备定义好数据接收和发送区域，在数据交换时直接发送相关的数据到对方的数据接收区即可，减少了问答式的询问时间，从而极大的提高了总线通讯的效率，从而得到了极高的总线利用率

开放的现场总线标准中CANopen是最著名和成功的一种,已经在欧洲和美国获得广泛的认可和大量应用。1992年在德国成立了“自动化CAN用户和制造商协会”(CiA,CANinAutomation)，开始着手制定自动化CAN的应用层协议CANopen。此后，协会成员开发出一系列CANopen产品，在机械制造、铁路、车辆、船舶、制药、食品加工等领域获得大量应用。目前CANopen协议已经欧洲最重要的工业现场总线标准EN-50325-4。
ED系列伺服是标准的CAN从站设备，严格遵循CANopen 2.0A/B协议，任何支持该协议的上位机均可以与其进行通讯。ED伺服内部使用了一种严格定义的对象列表，我们把它称作对象辞典，这种对象辞典的设计方式基于CANopen国际标准，所有的对象有明确的功能定义。这里说的对象（Objects）类似我们常说的内存地址，有些对象如速度和位置等可以由外部控制器修改，有些对象却只能由驱动器本身修改，如状态、错误信息。这些对象如下：
Index Sub Bits 属性 含义
例如： 6040 00 16(=0x10) RW 设备状态控制字
2509 00 8(=0x08) R 主从电子齿轮比参数设置
2509 02 32(=0x20) W 映射的从轴速度
2509 03 16(=0x10) MW 电子齿轮比分子
2509 04 16(=0x10) MW 电子齿轮比分母
2509 05 8(=0x08) W 齿轮模式
对象的属性有下面几种：
1. RW(读写)：对象可以被读也可以被写入
2. RO(只读)：对象只能被读
3. WO（只写）： 只能写入
4. M（可映射）：对象可映射，类似间接寻址
5. S（可存储）：对象可存储在Flash－ROM区，掉电不丢失

CAN 通讯协议主要描述设备之间的信息传递方式，CAN 层的定义与开放系统互连模型OSI 一致，每一层与另一设备上相同的那一层通讯，实际的通讯发生在每一设备上相邻的两层而设备只通过模型物理层的物理介质互连，CAN 的规范定义了模型的最下面两层数据链路层和物理层。CAN 总线物理层没有严格规定，能够使用多种物理介质例如双绞线光纤等，最常用的就是双绞线信号，使用差分电压传送（常用总线收发器），两条信号线被称为CAN_H 和CAN_L ，静态时均是2.5V 左右，此时状态表示为逻辑1， 也可以叫做隐位，用CAN_H 比CAN_L 高表示逻辑0 ，称为显位，此时通常电压值为CAN_H = 3.5V 和CAN_L= 1.5V，竞争时显位优先。
标准CAN从站CAN通讯接口图：


■注意：
1、所有从站的2、7脚直接相接即可，采用串连的方式接线,不能采用星型连接方式；
2、PLC端和最后一个负载端需要借120欧姆的终端电租；
3、对于我们5020-CAN、ED400、CANopen I/O设备是6、9脚不需要外部24V电源供电的，但ED100、ED200是需要外接24V电源的；
4、通讯电缆请采用屏蔽线，并做好接地处理（短距离通讯时3脚地线可