现场总线CANopen与工业以太网总线知识概述
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现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
报告人：商承超
现场总线
定义
现场总线（FieldBus）是应用在生产现场、在智能化测量 控制设备之间实现双向串行多节点数字通讯的系统，也 被成为开放式、数字化、多点通讯的底层控制网络。
传统总线控制系统
2019/2/3
现场总线控制系统
现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
对象字典示例
2019/2/3
现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
CANopen通讯
CANopen通讯模型定义了4种报文（通讯对象）： 网络管理报文（NMT） 服务数据对象SDO(Service Data Object） 过程数据对象PDO（ProcessData Object） 预定义报文或者特殊功能对象
2019/2/3
现场总线CANopen与工业以太网EtherCAT
NMT主机命令
2019/2/3
现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
NMT服务
2019/2/3
现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
MNT节点保护（NMT Node Guarding）
通过节点保护服务，MNT主节点可以检查每个节点的 当前状态 NMT-Slave节点发送如下报文应答
现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
服务数据对象SDO(Service Data Object)
通过使用索引和子索引（在CAN报文的前几个字节），SDO使客 户机能够访问设备（服务器）对象字典中的项（对象） SDO允许传送任何长度的数据（当数据超过4个字节时分拆成几 个报文） 协议是确认服务类型：为每个消息生成一个应答（一个SDO需要 两个ID）,SDO请求和应答报 文总是包含8个字节（没有意义的数据长度在第一个字节中表示 ，第一个字节携带协议信息）。SDO通讯有较多的协议规定。
2019/2/3
现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
PROFILE POSITION MODE (标准位置模式)
Object 607Ah: Target position(Po350; Po351) Object 607Bh: Position range limit Object 607Dh: Software position limit Object 607Fh: Max profile velocity Object 6080h: Max motor speed Object 6081h: Profile velocity(Po330) Object 6082h: End velocity Object 6083h: Profile acceleration(Po310) Object 6084h: Profile deceleration(Po311) Object 6085h: Quick stop deceleration Object 6086h: Motion profile type(Po328) Object 60C5h: Max acceleration Object 60C6h: Max deceleration
总结：
上面提到的通讯对象类型中有二个对象用于数据传输 它们采用二种不同的数据传输机制实现： SDO 用来在设备之间传输大的低优先级数据，典型的 是用来配置CANopen网络上的设备。 PDO 用来传输8字节或更少数据，没有其它协议预设 定（意味着数据内容已预先定义）。 一个CANopen设备必须支持一定数量的网络管理服务 （管理报文，administrative messages），需要至少一 个SDO。每个生产或消费过程数据的设备需要至少一 个PDO。所有其它的通讯对象是可选的。
现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
2019/2/3
总线速度与总线长度之间的关系
2019/2/3
现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
对象字典（OD：ObjectDictionary）
对象字典是一个有序的对象组 每个对象采用一个16位的索引来寻址 定义了一个8位的子索引来方为数据结构中的单个元素
Object 6062h: Position demand value(Po910; Po911) Object 6064h: Position actual value(Po956; Po957) Object 6065h: Following error window Object 6066h: Following error time out Object 6067h: Position window Object 6068h : Position window time Object 60F4h: Following error actual value(Po912; Po913)
2019/2/3
现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
CiA Draft Standard Proposal 402
1 2 3 4 5 6 PROFILE POSITION MODE(标准位置模式) HOMING MODE(回原点模式) INTERPOLATED POSITION MODE(插补位置模式) PROFILE VELOCITY MODE(标准速度模式) PROFILE TORQUE MODE(标准转矩模式) VELOCITY MODE(速度模式)
现场总线类型
现场总线类型
2019/2/3 现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
常见的现场总线和工业以太网协议
现场总线协议：ControlNet、Profibus、Interbus、DeviceNet、 CANopen、CC-Link、ASi、IO-Link Profinet、Ethernet/IP、EtherCAT、Modbus/TCP、SERCOSⅢ
工业通讯协议关系布局
2019/2/3
现场总线CANopen与工业以太网EtherCAT
现场总线CANopen
CANopen协议是一种基于CAN总线 的应用层协议。 CANopen协议在欧洲广泛应用， 已 成为欧洲标准EN50325-4
2019/2/3
现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
2019/2/3
现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
网络管理报文（NMT）
基于主从式的结构 一个CANopen网络中只有一个NMT主节点 作用 节点状态控制
• • • • 初始化状态 预操作状态 操作状态 停止状态
错误控制
• Node Guarding • Heartbeart
节点启动(boot-up)
2019/2/3 现场总线CANopen与工业以太网EtherCAT
NMT Module Control
只有NMT-Master节点能够传送NMTModule Control 报文。所有从设备必须支持NMT模块控制服务。 NMTModule Control消息不需要应答。NMT消息格式
2019/2/3
现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
SDO报文格式
2019/2/3
现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
SDO报文格式
2019/2/3
水现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
SDO应用举例
2019/2/3
现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
OSI模型中CAN标准和CANopen协议之间的关系
2019/2/3
现场总线CANopen与工业以n与CAN报文的关系
两者之间的关系 现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
CANopen概述
（1）介质访问控制及物理信号使用CAN总线 技术； （2）通信速率可以有多种选择； （3）采用对象字典作为通信接口与应用程序 的接口； （4）支持主/从、生产者/消费者和客户机/服 务器等多种通信模式； （5）制定了多种设备子协议；
2019/2/3 现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
PDO通信参数
2019/2/3
现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
PDO通信参数
2019/2/3
现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
PDO映射参数
2019/2/3
现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
预定义报文或者特殊功能对象
同步（SYNC） 时间标记对象（TimeStamp） 紧急事件（Emergency） 节点/寿命保护（Node/Life guarding）
2019/2/3
现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
2019/2/3
现场总线CANopen与工业以太网EtherCAT
PDO映射参数
2019/2/3
现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
PDO例程讲解
2019/2/3
现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
PDO例程讲解
RPDO
TPDO
2019/2/3 现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
PDO例程讲解
2019/2/3
SDO 客户读取报文当客户节点想从服务器读取数据时 ，向服务器发送请求报文（client→server），通信报 文
2019/2/3
现场总线CANopen与工业以太网EtherCAT
CANopen设备
CAN通讯接口、对象字典和应用程序之间的联系
2019/2/3
现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
2019/2/3
现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
CANopen概述
（6）可使用多种线缆和连接器； （7）数据通信可采用事件驱动、远程请求、 同步传输等多种方式； （8）采用心跳报文、节点保护、寿命保护等 多种设备监控方式，有利于节点之间的可靠通 信； （9）提供典型的预定义主/从连接组，最多可 支持127个节点； （10）提供很大的灵活性，应用非常广泛。
2019/2/3
现场总线CANopen与工业以太网EtherCAT
过程数据对象PDO（ProcessData Object
用来传输实时数据， 数据从一个生产者传到一个或多 个消费者。数据传送限制在1到8个字节 PDO通讯没有协议规定。PDO数据内容只由它的CAN ID定义 每个PDO在对象字典中用2个对象描述
2019/2/3
现场总线CANopen与工业以太网EtherCAT
Heartbeat
一个节点可被配置为产生周期性的被称作心跳报文（ Heartbeat）的报文
2019/2/3
现场总线CANopen与工业以太网EtherCAT
NMT Boot-up （节点启动)
NMT-slave节点发布Boot-up报文通知NMT-Master节点它已经从 initialising状态进入pre-operational状态。 NMT-Master Í NMT-Slave
2019/2/3
现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
CANopen对象字典通用结构
2019/2/3
现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
对象字典和通讯对象之间的关系
2019/2/3
现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
通讯对象
通讯对象表
2019/2/3 现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
PDO通讯参数：包含哪个COB-ID将被PDO使用，传输类型 ，禁止时间和定时器周期 PDO映射参数：包含一个对象字典中对象的列表，这些对象 映射到PDO里，包括它们的数据长度（in bits）。生产者和 消费者必须知道这个映射，以解释PDO内容
PDO消息的内容是预定义,映射应用对象到PDO中是在 设备对象字典中描述的。
报告人：商承超
现场总线
定义
现场总线（FieldBus）是应用在生产现场、在智能化测量 控制设备之间实现双向串行多节点数字通讯的系统，也 被成为开放式、数字化、多点通讯的底层控制网络。
传统总线控制系统
2019/2/3
现场总线控制系统
现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
对象字典示例
2019/2/3
现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
CANopen通讯
CANopen通讯模型定义了4种报文（通讯对象）： 网络管理报文（NMT） 服务数据对象SDO(Service Data Object） 过程数据对象PDO（ProcessData Object） 预定义报文或者特殊功能对象
2019/2/3
现场总线CANopen与工业以太网EtherCAT
NMT主机命令
2019/2/3
现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
NMT服务
2019/2/3
现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
MNT节点保护（NMT Node Guarding）
通过节点保护服务，MNT主节点可以检查每个节点的 当前状态 NMT-Slave节点发送如下报文应答
现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
服务数据对象SDO(Service Data Object)
通过使用索引和子索引（在CAN报文的前几个字节），SDO使客 户机能够访问设备（服务器）对象字典中的项（对象） SDO允许传送任何长度的数据（当数据超过4个字节时分拆成几 个报文） 协议是确认服务类型：为每个消息生成一个应答（一个SDO需要 两个ID）,SDO请求和应答报 文总是包含8个字节（没有意义的数据长度在第一个字节中表示 ，第一个字节携带协议信息）。SDO通讯有较多的协议规定。
2019/2/3
现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
PROFILE POSITION MODE (标准位置模式)
Object 607Ah: Target position(Po350; Po351) Object 607Bh: Position range limit Object 607Dh: Software position limit Object 607Fh: Max profile velocity Object 6080h: Max motor speed Object 6081h: Profile velocity(Po330) Object 6082h: End velocity Object 6083h: Profile acceleration(Po310) Object 6084h: Profile deceleration(Po311) Object 6085h: Quick stop deceleration Object 6086h: Motion profile type(Po328) Object 60C5h: Max acceleration Object 60C6h: Max deceleration
总结：
上面提到的通讯对象类型中有二个对象用于数据传输 它们采用二种不同的数据传输机制实现： SDO 用来在设备之间传输大的低优先级数据，典型的 是用来配置CANopen网络上的设备。 PDO 用来传输8字节或更少数据，没有其它协议预设 定（意味着数据内容已预先定义）。 一个CANopen设备必须支持一定数量的网络管理服务 （管理报文，administrative messages），需要至少一 个SDO。每个生产或消费过程数据的设备需要至少一 个PDO。所有其它的通讯对象是可选的。
现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
2019/2/3
总线速度与总线长度之间的关系
2019/2/3
现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
对象字典（OD：ObjectDictionary）
对象字典是一个有序的对象组 每个对象采用一个16位的索引来寻址 定义了一个8位的子索引来方为数据结构中的单个元素
Object 6062h: Position demand value(Po910; Po911) Object 6064h: Position actual value(Po956; Po957) Object 6065h: Following error window Object 6066h: Following error time out Object 6067h: Position window Object 6068h : Position window time Object 60F4h: Following error actual value(Po912; Po913)
2019/2/3
现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
CiA Draft Standard Proposal 402
1 2 3 4 5 6 PROFILE POSITION MODE(标准位置模式) HOMING MODE(回原点模式) INTERPOLATED POSITION MODE(插补位置模式) PROFILE VELOCITY MODE(标准速度模式) PROFILE TORQUE MODE(标准转矩模式) VELOCITY MODE(速度模式)
现场总线类型
现场总线类型
2019/2/3 现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
常见的现场总线和工业以太网协议
现场总线协议：ControlNet、Profibus、Interbus、DeviceNet、 CANopen、CC-Link、ASi、IO-Link Profinet、Ethernet/IP、EtherCAT、Modbus/TCP、SERCOSⅢ
工业通讯协议关系布局
2019/2/3
现场总线CANopen与工业以太网EtherCAT
现场总线CANopen
CANopen协议是一种基于CAN总线 的应用层协议。 CANopen协议在欧洲广泛应用， 已 成为欧洲标准EN50325-4
2019/2/3
现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
2019/2/3
现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
网络管理报文（NMT）
基于主从式的结构 一个CANopen网络中只有一个NMT主节点 作用 节点状态控制
• • • • 初始化状态 预操作状态 操作状态 停止状态
错误控制
• Node Guarding • Heartbeart
节点启动(boot-up)
2019/2/3 现场总线CANopen与工业以太网EtherCAT
NMT Module Control
只有NMT-Master节点能够传送NMTModule Control 报文。所有从设备必须支持NMT模块控制服务。 NMTModule Control消息不需要应答。NMT消息格式
2019/2/3
现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
SDO报文格式
2019/2/3
现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
SDO报文格式
2019/2/3
水现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
SDO应用举例
2019/2/3
现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
OSI模型中CAN标准和CANopen协议之间的关系
2019/2/3
现场总线CANopen与工业以n与CAN报文的关系
两者之间的关系 现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
CANopen概述
（1）介质访问控制及物理信号使用CAN总线 技术； （2）通信速率可以有多种选择； （3）采用对象字典作为通信接口与应用程序 的接口； （4）支持主/从、生产者/消费者和客户机/服 务器等多种通信模式； （5）制定了多种设备子协议；
2019/2/3 现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
PDO通信参数
2019/2/3
现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
PDO通信参数
2019/2/3
现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
PDO映射参数
2019/2/3
现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
预定义报文或者特殊功能对象
同步（SYNC） 时间标记对象（TimeStamp） 紧急事件（Emergency） 节点/寿命保护（Node/Life guarding）
2019/2/3
现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
2019/2/3
现场总线CANopen与工业以太网EtherCAT
PDO映射参数
2019/2/3
现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
PDO例程讲解
2019/2/3
现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
PDO例程讲解
RPDO
TPDO
2019/2/3 现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
PDO例程讲解
2019/2/3
SDO 客户读取报文当客户节点想从服务器读取数据时 ，向服务器发送请求报文（client→server），通信报 文
2019/2/3
现场总线CANopen与工业以太网EtherCAT
CANopen设备
CAN通讯接口、对象字典和应用程序之间的联系
2019/2/3
现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
2019/2/3
现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
CANopen概述
（6）可使用多种线缆和连接器； （7）数据通信可采用事件驱动、远程请求、 同步传输等多种方式； （8）采用心跳报文、节点保护、寿命保护等 多种设备监控方式，有利于节点之间的可靠通 信； （9）提供典型的预定义主/从连接组，最多可 支持127个节点； （10）提供很大的灵活性，应用非常广泛。
2019/2/3
现场总线CANopen与工业以太网EtherCAT
过程数据对象PDO（ProcessData Object
用来传输实时数据， 数据从一个生产者传到一个或多 个消费者。数据传送限制在1到8个字节 PDO通讯没有协议规定。PDO数据内容只由它的CAN ID定义 每个PDO在对象字典中用2个对象描述
2019/2/3
现场总线CANopen与工业以太网EtherCAT
Heartbeat
一个节点可被配置为产生周期性的被称作心跳报文（ Heartbeat）的报文
2019/2/3
现场总线CANopen与工业以太网EtherCAT
NMT Boot-up （节点启动)
NMT-slave节点发布Boot-up报文通知NMT-Master节点它已经从 initialising状态进入pre-operational状态。 NMT-Master Í NMT-Slave
2019/2/3
现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
CANopen对象字典通用结构
2019/2/3
现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
对象字典和通讯对象之间的关系
2019/2/3
现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
通讯对象
通讯对象表
2019/2/3 现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
PDO通讯参数：包含哪个COB-ID将被PDO使用，传输类型 ，禁止时间和定时器周期 PDO映射参数：包含一个对象字典中对象的列表，这些对象 映射到PDO里，包括它们的数据长度（in bits）。生产者和 消费者必须知道这个映射，以解释PDO内容
PDO消息的内容是预定义,映射应用对象到PDO中是在 设备对象字典中描述的。