基于虛擬儀器的CANopen協(xié)議監(jiān)控面板設(shè)計(jì)

摘要：針對工業(yè)現(xiàn)場分布式總線網(wǎng)絡(luò)的在線監(jiān)控問題，提出將具有可視化編程環(huán)境的虛擬儀器軟件與現(xiàn)場總線高層通信協(xié)議CANopen相結(jié)合，開發(fā)出具有智能化、高效化的同步實(shí)時監(jiān)控界面。在分析CANopen協(xié)議標(biāo)識符的基礎(chǔ)上，使用虛擬儀器對CANopen數(shù)據(jù)報文進(jìn)行打包與解析，并使用VISA接口通過自行設(shè)計(jì)的RS 232-CAN協(xié)議轉(zhuǎn)換器完成數(shù)據(jù)收發(fā)，最終完成監(jiān)控面板的開發(fā)，為現(xiàn)場總線與虛擬儀器技術(shù)相融合的發(fā)展趨勢起到了一定推動作用。

　　關(guān)鍵詞：CANopen協(xié)議；虛擬儀器；現(xiàn)場總線；VISA接口

　　虛擬儀器是電子測量技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)深層次結(jié)合的產(chǎn)物，通過軟、硬件的結(jié)合來實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)儀器的各種功能，大大突破了傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)處理、顯示、傳送、存儲等方面的限制，使用戶可以方便地對儀器進(jìn)行維護(hù)、擴(kuò)展和升級。用戶通過友好的圖形界面來操作虛擬儀器的面板就如同操作真實(shí)儀器一樣方便。CAN協(xié)議只定義了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，本身并不完整，有些復(fù)雜的應(yīng)用問題需要一個更高層次的協(xié)議——應(yīng)用層協(xié)議來實(shí)現(xiàn)。CANopen協(xié)議就是將CAN網(wǎng)絡(luò)中通信數(shù)據(jù)的組建和傳輸進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，并給用戶很大的自由度，允許用戶隨時添加自己所需要的新功能。

　　本文將虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用于CANopen協(xié)議開發(fā)，有利于實(shí)現(xiàn)分布式工業(yè)現(xiàn)場的實(shí)時監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集，改善現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的運(yùn)行效率，提高實(shí)時性和信息處理能力。

　　1 CANopen協(xié)議概述

　　CANopen協(xié)議是由CiA協(xié)會針對CAN協(xié)議的不完整性而定義出來的一個更高層次的協(xié)議——應(yīng)用層協(xié)議。不同CANopen設(shè)備間的通信都是通過交換通信對象完成的。

　　1．1 通信對象

　　通過CAN網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)腃ANopen通信對象可以通過服務(wù)和協(xié)議來描述。分類為：實(shí)時數(shù)據(jù)通過過程數(shù)據(jù)對象（PDO）協(xié)議傳輸；服務(wù)數(shù)據(jù)對象（SDO）協(xié)議用來對對象字典進(jìn)行讀寫操作；特殊功能對象協(xié)議提供了特定應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)同步，時間戳和緊急報文傳輸；網(wǎng)絡(luò)管理（NMT）協(xié)議提供了網(wǎng)絡(luò)初始化，錯誤控制和設(shè)備狀態(tài)控制服務(wù)；層設(shè)置服務(wù)（LSS）協(xié)議用來配置CAN總線通信參數(shù)和設(shè)備參數(shù)。

　　1．2 CANopen預(yù)定義連接集

　　為了減少簡單網(wǎng)絡(luò)的組態(tài)工作量，CANopen定義了強(qiáng)制性的缺省標(biāo)識符（CAN-ID）分配表。這些標(biāo)識符在預(yù)操作狀態(tài)下可用，通過動態(tài)分配還可修改他們。CANopen設(shè)備必須向它所支持的通信對象提供相應(yīng)的標(biāo)識符。缺省ID分配表是基于11位的CAN-ID，包含一個4位的功能碼（Function Code）部分和一個7位的節(jié)點(diǎn)ID（Node-ID）部分。

　　Node-ID由系統(tǒng)集成商定義，范圍是1～127（0不允許使用）。預(yù)定義的連接集定義了4個接收PDO（Receive-PDO），4個發(fā)送PDO（Transmit-PDO），1個SDO（占用2個CAN-ID），1個緊急對象和1個節(jié)點(diǎn)錯誤控制ID。也支持不需確認(rèn)的NMT-Module-Control服務(wù)，SYNC和Time Stamp對象的廣播。標(biāo)識符的默認(rèn)值如表1，表2所示。

　　2 CANopen監(jiān)控面板工控現(xiàn)場應(yīng)用框架

　　采用虛擬儀器軟件labview進(jìn)行CANopen協(xié)議監(jiān)控面板的開發(fā)，完成CANopen數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送，實(shí)現(xiàn)分布式工控現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)監(jiān)測。labview是NI公司開發(fā)的虛擬儀器應(yīng)用程序編程環(huán)境，是一種圖形化編程語言，特別適合開發(fā)測控應(yīng)用軟件，其具有所有