CAN現(xiàn)場總線技術是集自動控制技術、通訊技術、傳感技術、計算機技術、診斷技術、微電子技術、網(wǎng)絡技術等于一體,是個革命性的技術,正被廣泛應用于自動化各個領域。目前廣泛使用的其它現(xiàn)場總線還有Profibus、DeviceNet、ControlNet、HART、FF等等,但是CAN總線是所有現(xiàn)場總線中最早出現(xiàn)的,也是最適合于機器自動化領域的現(xiàn)場總線,如今它已經(jīng)廣泛應用于汽車、飛機、輪船、印刷、紡織、電子等等加工領域,是目前應用領域最為廣泛的現(xiàn)場總線。
現(xiàn)場總線是一種革命性的通訊控制技術,因其具有很多普通控制方式不具有的優(yōu)點,所以才得到了迅速的推廣應用,與老的控制方式比較起來它主要的優(yōu)勢如下:
節(jié)約布線成本,減少布線時間,減小出錯機率(對于大型設備尤為突出,如果當驅(qū)動器、變頻器、傳感器等放置到現(xiàn)場的話,可以節(jié)省大量的電纜費用);
減小施工難度,縮短施工周期
降低系統(tǒng)總成本(從安裝、系統(tǒng)維護、升級方面大幅降低系統(tǒng)成本)
可靠性更高,抗干擾能力更強(比傳統(tǒng)485通訊方式更為可靠,更不易受干擾)
走線少、全數(shù)字信息交互(模擬量通常易受干擾)
信息量更大(節(jié)點數(shù)據(jù)信息、狀態(tài)信息、異常信息等均可方便提供)
實時性更高(比傳遞485通訊速度大大提高,是485通訊速度的100倍左右,且避免了485通訊方式的多控制器之間交換方式,直接由一個PLC來協(xié)調(diào)處理,實時性大為提高)
可維護性更強(可以很方便檢測出系統(tǒng)故障所在,且?guī)缀跛械腃AN從站都具有故障診斷能力,便于排查及處理)
開發(fā)性更加(目前全球范圍內(nèi)生產(chǎn)總線產(chǎn)品設備的廠家達上千家,客戶可以任意選擇適合字節(jié)的設備)
CAN總線除了具有一般總線所具有的優(yōu)點外,還專門根據(jù)機械自動化的特點,根據(jù)其需求提供了一些非常具有優(yōu)勢的技術特點:
高速的數(shù)據(jù)傳輸速率高達1Mbit/s;
CAN協(xié)議最大的特點是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼,代之以對數(shù)據(jù)通信數(shù)據(jù)塊進行編碼,可以多主方式工作;
CAN采用非破壞性仲裁技術,當兩個節(jié)點同時向網(wǎng)絡上傳送數(shù)據(jù)時,優(yōu)先級低的節(jié)點主動停止數(shù)據(jù)發(fā)送,而優(yōu)先級高的節(jié)點可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù),有效避免了總線沖突;
任何一個節(jié)點均可自動發(fā)送報文,不需主站詢問;
可根據(jù)報文的ID決定接收或屏蔽該報文
可靠的錯誤處理和檢錯機制
可選擇對網(wǎng)絡進行三種操作:無處理、停止故障從站、停止整個網(wǎng)絡
CAN節(jié)點在錯誤嚴重的情況下,具有自動關閉總線的功能,切斷它與總線的聯(lián)系,以使總線上其它操作不受影響
發(fā)送的信息遭到破壞后可自動重發(fā)
節(jié)點在錯誤嚴重的情況下具有自動退出總線的功能
報文不包含源地址或目標地址,僅用標識符來指示功能信息優(yōu)先級信息
CAN可以點對點、一點對多點(成組)及全局廣播集中方式傳送和接受數(shù)據(jù);
采用不歸零碼(NRZ—Non-Return-to-Zero)編碼/解碼方式,并采用位填充(插入)技術;
革命化的報文傳輸方式:
SDO
主要用來在設備之間傳輸?shù)蛢?yōu)先級的數(shù)據(jù),典型是用來對從設備進行配置、管理;
PDO
一次性可傳送8個字節(jié)的數(shù)據(jù),沒有其它協(xié)議預設定(意味著數(shù)據(jù)內(nèi)容已預先定義),主要用來傳輸需要高頻率交換的數(shù)據(jù)。PDO的傳輸方式打破了現(xiàn)有的數(shù)據(jù)問答式傳輸理念,采用全新的數(shù)據(jù)交換模式,設備雙方在傳輸前先在各個設備定義好數(shù)據(jù)接收和發(fā)送區(qū)域,在數(shù)據(jù)交換時直接發(fā)送相關的數(shù)據(jù)到對方的數(shù)據(jù)接收區(qū)即可,減少了問答式的詢問時間,從而極大的提高了總線通訊的效率,從而得到了極高的總線利用率
開放的現(xiàn)場總線標準中CANopen是最著名和成功的一種,已經(jīng)在歐洲和美國獲得廣泛的認可和大量應用。1992年在德國成立了“自動化CAN用戶和制造商協(xié)會”(CiA,CANinAutomation),開始著手制定自動化CAN的應用層協(xié)議CANopen。此后,協(xié)會成員開發(fā)出一系列CANopen產(chǎn)品,在機械制造、鐵路、車輛、船舶、制藥、食品加工等領域獲得大量應用。目前CANopen協(xié)議已經(jīng)歐洲最重要的工業(yè)現(xiàn)場總線標準EN-50325-4。
ED系列伺服是標準的CAN從站設備,嚴格遵循CANopen 2.0A/B協(xié)議,任何支持該協(xié)議的上位機均可以與其進行通訊。ED伺服內(nèi)部使用了一種嚴格定義的對象列表,我們把它稱作對象辭典,這種對象辭典的設計方式基于CANopen國際標準,所有的對象有明確的功能定義。這里說的對象(Objects)類似我們常說的內(nèi)存地址,有些對象如速度和位置等可以由外部控制器修改,有些對象卻只能由驅(qū)動器本身修改,如狀態(tài)、錯誤信息。這些對象如下:
Index Sub Bits 屬性 含義
例如: 6040 00 16(=0x10) RW 設備狀態(tài)控制字
2509 00 8(=0x08) R 主從電子齒輪比參數(shù)設置
2509 02 32(=0x20) W 映射的從軸速度
2509 03 16(=0x10) MW 電子齒輪比分子
2509 04 16(=0x10) MW 電子齒輪比分母
2509 05 8(=0x08) W 齒輪模式
對象的屬性有下面幾種:
1. RW(讀寫):對象可以被讀也可以被寫入
2. RO(只讀):對象只能被讀
3. WO(只寫): 只能寫入
4. M(可映射):對象可映射,類似間接尋址
5. S(可存儲):對象可存儲在Flash-ROM區(qū),掉電不丟失
CAN 通訊協(xié)議主要描述設備之間的信息傳遞方式,CAN 層的定義與開放系統(tǒng)互連模型OSI 一致,每一層與另一設備上相同的那一層通訊,實際的通訊發(fā)生在每一設備上相鄰的兩層而設備只通過模型物理層的物理介質(zhì)互連,CAN 的規(guī)范定義了模型的最下面兩層數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。CAN 總線物理層沒有嚴格規(guī)定,能夠使用多種物理介質(zhì)例如雙絞線光纖等,最常用的就是雙絞線信號,使用差分電壓傳送(常用總線收發(fā)器),兩條信號線被稱為CAN_H 和CAN_L ,靜態(tài)時均是2.5V 左右,此時狀態(tài)表示為邏輯1, 也可以叫做隱位,用CAN_H 比CAN_L 高表示邏輯0 ,稱為顯位,此時通常電壓值為CAN_H = 3.5V 和CAN_L= 1.5V,競爭時顯位優(yōu)先。
標準CAN從站CAN通訊接口圖: