基于CANopen协议的伺服控制器应用

1、基于CANopen协议的伺服控制器应用* 高 嵩 (南京电子技术研究所, 江苏南京210039 摘 要:介绍一种支持CANopen协议的伺服控制器及其在雷达伺服系统中的应用。通过对控制器EDS 文件的分析,描述单片机访问伺服控制器的对象字典,对控制器进行控制,获得控制器状态。结果表明, 基于CANopen协议的控制器应用于雷达伺服系统中是成功的。 关键词:CANopen协议;雷达伺服系统;伺服控制器 中图分类号:TN820. 3 文献标识码:B 文章编号:1008-5300(200906-0018-04 Application ofServoControllerBased on CANopen

2、 Protocol GAO Song (NanjingResearch Institute ofElectronicsTechnology, Nanjing210039, China Abstract:A servo controllerwhich supports CANopen protocol and its application in radar servo system is presented in thispaper. Through analyzing theEDS file of the servo controller, thispaperdescribesMCU con

3、- trols and obtains status ofcontrollerby access to objectdictionary ofcontroller. The resultofanalysis indicates the application of controller supported CANopen protocol in radar servo system is successfu.l Key words:CANopen protoco;l radar servo system; servo controller 0 引 言 作为欧洲最流行的现场总线, CAN总线协议

4、仅定 义了CAN的物理层和数据链路层(根据OSI模型,没 有规定CAN的应用层。用户在应用CAN协议时,必 须自行定义高层协议,导致不同厂商开发的CAN总线 设备缺乏良好的兼容性和互操作性。在基于CAN总 线的工业自动化应用中,越来越需要采用一个开放的、 标准化的高层协议,将CAN的应用推向更深的层次。 1995年,CiA组织(CAN in Automation颁布了完整的 CANopen协议,包括应用层规范、通讯协议和设备协 议1。 作为雷达伺服系统的核心部件,伺服控制器决定 了伺服系统的性能和可靠性。数字化技术,尤其是现 场总线技术在雷达伺服系统中的发展,使得雷达伺服 系统在保证可靠性的同

5、时,实现信息和指令的高速交 换,从而为提高伺服系统的性能和可靠性提供了基础。 CAN总线作为流行的现场总线之一,在雷达伺服系统 中已得到广泛的应用。但是,由于伺服控制器的设计 理念不同,制造成本各异,所以在定义CAN总线通信 协议时,一般只根据自己的特点定制适合自己的通信 协议,不能兼顾其他产品之间的兼容性和互操作性。 1 伺服控制器与主控单元 对伺服控制器的控制采用CAN总线,可以发挥 CAN总线的实时性好、可靠性高、抗干扰能力强的优 点。符合CANopen的伺服控制器硬件简单,主控单元 与控制器之间仅仅依靠总线联系,就可通过对控制器 的控制实现对电机控制和状态监视,解决了主控单元 软件的兼

6、容性,进而使得雷达伺服系统的通用性更强。 Position 940型伺服控制器是德国伦茨(LENZE 公司于2005年推出的 2所示。 表2 设备控制和状态对象的描述 索引子索引访问对象数据类型入口 606CH 0ACTUAL VELOCITYInteger32只读 60FFH 0PROGRAMMED VELOCITYInteger32读/写 3. 2. 2 服务数据对象(SDO SDO通过使用索引和子索引来访问设备的OD。 协议属于确认服务类型4,即为每个消息生成一个应 答。SDO请求和应答报文总是包含8个字节。SDO 完成系统的参数配置、组态、设定PDO的格式。SDO 的数据格式如表3所示

7、。 表3 SDO的数据格式及实例 ID DATA 0 DATA 1-2 DATA 3 DATA 4-7 COB-ID操作方式索引号子索引号参数值 601H 23H 1800H 1 8000 3. 2. 3 进程数据对象(PDO PDO用来传输实时数据,数据可被传送到多个接 收节点。它的优先级比SDO高,传送的数据由用户事 先定义好,假定创建者和接收者知道PDO的数据内 容。PDO可以用于数据的发送和接收,分为TPDOs (Transmit-PDOs和RPDOs(Recive-PDOs。 我们可以通过SDO完成对PDO通道的组态。组 态TPDOs包括确定PDO通道对应的对象字典索引和 入口方式(

8、读/写、PDO的通信对象标识符(COB- ID,PDO的通信方式(同步/异步以及报文的触发模 式。 以下为940伺服控制器的EDS文件中有关Target Velocity(设备控制对象的描述: 1403SUB1 /1403子参数1 ParameterName=COB-Id used by PDO/1403子 参数1的参数名:被PDO使用的COB-ID ObjectType=0x07/对象类型:VAR DataType=0x07/数据类型:Unsigned32 AccessType=rw/值可读/写 PDOMapping=0/不可映射 DefaultValue=$ NODEID + 0x0000

9、0500/缺省 值: 0x500+ID 19第6期高 嵩:基于CANopen协议的伺服控制器应用 1403SUB2 /1403子参数2 ParameterName=Transmission Type/1403子参数 2的参数名:传送类型 ObjectType=0x07/对象类型:VAR DataType=0x05/数据类型:Unsigned8 AccessType=rw/值可读/写 LowLimit=0/值下限: 0x0 HighLimit=255/值上限: 0xff PDOMapping=0/不可映射DefaultValue=0xff /缺省: 0xf,f表示一接收到数据,就立刻应用到 /其

10、映射对象中 1603SUB2 /1603子参数2 ParameterName=2nd Mapped Object/1603子参 数2的参数名:第2个被映射对象 ObjectType=0x07/对象类型:VAR DataType=0x07/数据类型:Unsigned32 AccessType=rw/值可读/写 DefaultValue=0x60FF0020/映射对象: 60f,f 20表 示其数据类型: Integer32 PDOMapping=0/不可映射 60FF ParameterName=TargetVelocity/60ff的参数名: 给定速度 ObjectType=0x07/对象类型

11、:VAR DataType=0x04 /数据类型: Integer32 AccessType=rw/值可读/写 PDOMapping=1/可映射 通讯参数索引为1403 h,子索引为1,表示PDO的 通信对象标识符及其特性;子索引为2,表示PDO的通 信方式(同步/异步以及报文的触发模式。映射参数 索引1603,子索引为2,表示其存储的映射对象 (0x60ff和映射特性。根据对象字典索引60f,f可以查 到映射对象的特性。 3.3 实现C8051F040的邮箱分配 C8051F040的 CAN处理器有32个消息对象(Msg- Num,可以被配置为发送或接收数据。输入数据、消息 对象及其标识掩码

12、存储在CAN消息RAM中。所有数 据发送和接收过滤的协议处理全部由CAN控制器完 成,不用CIP-51干预。这就使得用于CAN通信的 CPU带宽最小。CIP-51通过特殊功能寄存器配置 CAN控制器,读取接收到的数据和写入待发送的数据。 在单片机程序中进行邮箱分配, 1-8号MsgNum 被按如下顺序分配: void init_can1 (void , /controllerMessage方位 init_msg_object_TX (2, 0x302; /PDO2 init_msg_object_TX (4, 0x502; /PDO4 init_msg_object_TX (6, 0x602;

13、 /TSDO init_msg_object_RX (8, 0x582; /RSDO /-俯仰 init_msg_object_TX (1, 0x301; /PDO2 init_msg_object_TX (3, 0x501; /PDO4 init_msg_object_TX (5, 0x601; /TSDO init_msg_object_RX (7, 0x581; /RSDO , 3.4 用C8051F040实现CANopen的SDO 编写的CAN发送函数如下: void CCan _Transmit(unsigned char x1, unsigned char x2, unsigned

14、 char x3, unsigned char x4, unsigned char x5, unsigned char x6, unsigned char x7, unsigned charx8, unsigned charMsgNum CAN1TXbuffer1. buf0= x1; CAN1TXbuffer1. buf1= x2; , CAN1TXbuffer1. buf7= x8; can1_transmit(MsgNum,CAN1TXbuffer1. buf; delay1(5000; 以下为初始化控制器函数,采用SDO方式对控制 器参数进行配置。 void init_controll

15、er(unsigned char id /初始化控制器 if( id = 1 /俯仰 CCan_Transmit(0x23, 0x83, 0x60, 0x00, 0x00, 0x00, 0x04, 0x00, 0x5; /加速度 CCan_Transmit(0x23, 0x02, 0x18, 0x01, 0x81, 0x03, 0x00, 0x80, 0x5; /disable PDO3 else if( id = 2 CCan_Transmit(0x23, 0x83, 0x60, 0x00, 0x00, 0x00, 0x04, 0x00, 0x6; /加速度 CCan_Transmit(0x

16、23, 0x02, 0x18, 0x01, 0x81, 0x03, 0x00, 0x80, 0x6; /disable PDO3 3.5 用C8051F040实现CANopen的PDO 以下为方位速度指令,采用PDO4向控制器写入 20电子机械工程第25卷控制参数(TargetVelocity。 void a_speed_control(long intSetAzSpeed CCan_Transmit(0x0,f 0x00, (char (SetAzSpeed&0xff, (char(SetAzSpeed>>8, (char(SetAzSpeed>>16, (c

17、har (SetAzSpeed >>24, 0x00, 0x00, 0x4; 4 应用与结论 CANopen协议是CAN总线的标准化应用层协议。 采用面向对象的思想设计,具有很好的模块化特性和 很高的适应性,通过扩展可以适用于大量的应用领域。 和其他现场总线协议相比, CANopen协议精炼、透明、 便于理解,降低了驱动程序的开发难度。另外。CAN- open协议是完全免费开放的,随着对CANopen协议研 究的深入,其应用会越来越广泛。 经过测试和半年多的使用,应用在某天气雷达的 该系统,其软硬件简单合理,运行稳定可靠。这表明 Position 940型伺服控制器应用于天气雷达伺

18、服系统 是成功的。更重要的是,由于CANopen协议的开放 性,伺服系统在不增加任何成本的前提下,软件可适用 于不同品牌的 符合CANopen协议的伺服控制器,解决 了伺服软件的通用性需求,是雷达伺服系统发展的方 向。 参考文献: 1 任玮蒙,陶维青.基于CAN总线的高层协议CANopen J.自动化技术与应用, 2007, 26(4: 128-130 2 熊善清.基于单片机C8051F040的CAN通讯程序设计 J.通信电源技术, 2005, 22(4: 36-38 3 王俊波,胥布工. CANopen协议分析与实现J.微计算 机信息, 2006, 22(6-2: 104-106 4 邓遵义,宁 祎. CANopen协议剖析及其在伺服电机控 制中的实现J.机电工程, 2007, 24(8: 39-41 作者简介:高 嵩(1972-,男,工学硕士,高级 工程师,主要从事地面雷达伺服系统及相关器件设计 与研究工作。 (上接第4页 门学科综合运用的过程。结构设计不仅要从机械功能 考虑,而且还要考虑结构的电特性。当然反过来说,对 电路设计人员在计算电路参数时,必须考虑盒体结构 的分布参数以及诸电路之间的