基于canopen協(xié)議的分布式控制系統(tǒng)設計

1、1基于CANopen協(xié)議的分布式控制系統(tǒng)設計孫樹文楊建武（北京工業(yè)大學機械工程與應用電子學院，北京100022）摘要：摘要：針對印刷機外圍設備多分散、數(shù)據(jù)傳輸信息量大、實時性和可靠性要求高等問題，設計了一種基于CAN現(xiàn)場總線的分布式控制系統(tǒng)。監(jiān)控主機運行軟PLC程序，通過PCCAN卡與現(xiàn)場IO從站進行通信，形成分布式網(wǎng)絡，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了可靠性。本文介紹了分布式監(jiān)控系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)、工作原理及特點；分析了CANopen協(xié)議、詳細說明

2、了采用P87C591單片機開發(fā)IO從站的硬件電路、軟件設計流程以及從站節(jié)點的調(diào)試方法。經(jīng)系統(tǒng)測試和模擬運行表明，IO從站與監(jiān)控主機通訊可靠、準確，實時性滿足了印刷機控制系統(tǒng)的要求，具有一定的參考價值和廣闊的應用前景。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：CANopen；CAN總線；軟PLC；分布式控制系統(tǒng)；P87C591中國分類號：中國分類號：TP247文獻標識碼：文獻標識碼：ATheDesignofDistributedControlSystemIOSla

3、veBasedonCANopenProtocolSunShuwenYangJianwuZhangHuihuiZhaoJianguang(CollegeofMechanicalEngineering&AppliedElectronicsTechnologyBeijingUniversityofTechnologyBeijing100022China)Abstract:Counteringtheproblemsexistinginthepr

4、intingmachinesuchastheexcessivedistributedperipheralequipmentmanyinfmationexchangethereliabilityveracityrealtimefeatureofdatacommunicationadistributedcontrolsystembasedonCAN(ControlAreawks)Busisdesigned.TheSoftPLCisstudi

5、edrealizedontheplatfmofmonithostcomputer.ViaPCCANcardthemastercomputerIOslavenodescancommunicatewitheachotherdirectlylikeadistributedwk.Thesystemstructureismeconcise.Thefunctionofdistributedsettingconcentratedcontrolisre

6、alizedinthissystem.Thewholestructureprincipleofsystemthehardwarecircuitthesoftwareprogrammingthetestingexperimentwerediscussedindetail.Practicalusingshowsthatthisdistributedcontrolsystemhasthebettercontroleffectindicates

7、it’sbrilliantvaliditybeyondtraditionalcontrolmethodsissuitablefsimilarpracticalengineering.Keywds:CANopenCANbusSoftPLCDistributedControlSystemP87C5910引言引言印刷機有大量的外圍設備，存在大量的IO信號，如何保證外圍設備與控制主機之間的實時通訊，使得印刷機可靠運行，目前采用的方式主要有２種：

8、１）采用傳統(tǒng)的PLC構(gòu)成集散型控制系統(tǒng)（DCS）；２）采用基于現(xiàn)場總線的分布式IO系統(tǒng)。采用前一種方式存在系統(tǒng)不開放、硬件投資大、布線復雜、維修不便的缺點，具有明顯的3IO從站節(jié)點的硬件設計上采用了模塊化結(jié)構(gòu)，由微控制器、CAN通信模塊、輸入／輸出接口模塊、擴展接口模塊、參數(shù)設置模塊組成，其整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。隔離電路信號輸出模塊輸出接口CAN收發(fā)器82C250CPUPhilipsP87C591光電隔離隔離電路信號輸入模塊波特率參數(shù)存儲

9、CAN通信模塊參數(shù)設置模塊總線節(jié)點地址輸入接口擴展接口模塊P87C591是一款8位高性能微控制器，具有片內(nèi)CAN控制器，從80C51微控制器家族派生而來，采用了強大的80C51指令集并成功的包括了Philips半導體SJA1000CAN控制器的PeliCAN功能。CAN收發(fā)器采用的是PhilipsPCA82C250芯片，它具有高速穩(wěn)定的差動發(fā)送和接收能力；為了提高抗干擾能力，系統(tǒng)中采用雙路電源模塊供電，在控制器和傳輸介質(zhì)之間加接光電隔離

10、器件ADuM1201高速數(shù)字隔離器替代傳統(tǒng)的光電耦合器（如6N137），簡化了電路，極大的降低了功耗。從站節(jié)點IO接口模塊采用了光電隔離電路，提高了抗干擾能力；為了使本系統(tǒng)具有更好的適用性和擴展性，預留了基于I2C總線擴展接口模塊。此外，從站節(jié)點還外擴了RS232接口；以及電源信號、通訊狀態(tài)、IO端口、故障信號等狀態(tài)的LED顯示。3IO從站的軟件設計從站的軟件設計在IO從站的軟件設計中，使用C51Windows編程語言實現(xiàn)各種功能，與從

11、站節(jié)點的硬件設計相一致，軟件設計也遵循模塊化的設計原則，使控制軟件具有易讀、易擴展和易維護的優(yōu)點。各功能模塊之間通過入口和出口參數(shù)相互聯(lián)系，組合靈活且方便[3]。從站節(jié)點的軟件設計流程如圖3所示。節(jié)點初始化開始調(diào)用CAN通信初始化子程序節(jié)點程序調(diào)用參數(shù)設置子程序IO刷新子程序協(xié)議處理子程序故障處理子程序數(shù)據(jù)發(fā)送子程序數(shù)據(jù)接收子程序結(jié)束3.1CANopen通訊協(xié)議通訊協(xié)議[4][5]CANopen協(xié)議是CiA協(xié)會基于CAN總線定義的應用層

12、協(xié)議之一，在各種控制系統(tǒng)中得到了廣泛應用。CANopen設備模型如圖４所示，不同設備通過CAN總線進行連接組網(wǎng)，CANopen通信協(xié)議接口用于提供在總線上收發(fā)通信對象的服務；不同CANopen設備間的通信都是通過交換通信對象來完成的。通信接口：NMT對象PDO對象SDO對象特殊功能對象對象字典：數(shù)據(jù)類型通信對象應用對象應用程序：普通IO運動控制傳感器設備子協(xié)議IOCAN圖3IO從站節(jié)點軟件設計流程圖圖2IO從站節(jié)點結(jié)構(gòu)框圖圖４CANop