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CANopen

Tutoriel AGILiCOM

Tutoriel CANopen

Organisation

Can In Automation : www.can-cia.org

Normes et standards

CANopen est basé sur la couche physique et liaison CAN qui est normalisé ISO 11898. Le protocole de communication CANopen est normalisé EN 50325-4. Il est également publié par l'organisation CAN In Automation sous le nom de CiA DS301.

Historique

  • 1993 : 1er développement autour de CANopen au sein du projet ESPRIT (Programme pour le développement des technologies européennes de l'information)
  • 1994 : Publication du prédécesseur de CAnopen : CAN-based communication profile V1.0
  • 1995 : Publication du CiA DS301: CANopen application layer and communication profile v2.0
  • 1999 : CiA DS301 v4.0 (EN 50325-4)
  • 2002 : CiA DS301 v4.0.2
  • 2011 : CiA DS301 v4.2

Domaines d'utilisation de CANopen

Large champ d’applications : industrie manufacturière, équipements de manutention, équipements médicaux,  équipements ferroviaires, équipements maritimes, équipements pour l’automatisation des bâtiments, équipements pour la production et gestion de l’énergie, véhicules spéciaux…

Principales caractéristiques techniques de CANopen

  • Couche physique : principalement CAN High-Speed (ISO 11898-2) Connectique : recommandations dans DS303-2
  • Couche liaison : CAN (ISO 11898-1)
  • Débit: 10kbps, 20kbps, 50kbps, 100kbps, 125kbps, 250kbps, 500kbps, 800kbps, 1Mbps
  • Topologie : bus
  • Méthode d’accès : Producteur/consommateur
  • Nombre d’équipements: jusqu’à 127 nœuds CANopen sur un réseau. 64 équipements maximum par segment recommandé.
  • Profils : nombreux profils d’équipements facilitant l’interopérabilité et l’interchangeabilité
    • DS401 : Modules d’entrées/sorties génériques.
    • DS402 : drives and motion control device.
    • DS406 : Encodeurs.

Principe de fonctionnement de CANopen

Un équipement CANopen est vu de l’extérieur comme un dictionnaire d’objets structurés, qui fait l’interface entre le réseau et les données internes de l’équipement :

Un dictionnaire d’objets CANopen peut être divisé en 4 catégories 

  1. Les objets « Types de données » : contiennent les différents types de données utilisables (integer32, unsigned8, string, structures complexes, etc…).
  2. Les objets « de communication » : contiennent les données permettant de configurer la façon dont l’équipement va communiquer sur le réseau (données échangées, mode de production et consommation, activation de la synchronisation, configuration de la surveillance du nœud, etc…).
  3. Les objets « spécifiques constructeur » : objets pouvant être définis librement par le constructeur de l’équipement pour y stocker des paramètres, des données spécifiques, etc...
  4. Les objets « standard» : contiennent les données applicatives pouvant être échangées sur le réseau. Le contenu de ces objets peut être standardisé si l’équipement est conforme à un profil.

Les échanges CANopen avec un équipement se font grâce à des services :

  • Le service SDO (Service Data Object) : Ce service permet à un client d’accéder en lecture ou écriture à un objet d’un équipement serveur. Cet échange de type client/serveur est utilisé pour la configuration et la supervision des équipements.
  • Le service PDO (Process Data Object) : Ce service permet l’échange de données entre un équipement CANopen producteur et des équipements CANopen consommateurs. Le contenu, le mode d’échange et la priorité du message, sont configurables.
  • Le service SYNC : Ce service permet de synchroniser la production et la consommation des données.
  • Le service TIME : Ce service permet de synchroniser les horloges des équipements CANopen.
  • Le service EMERGENCY : ce service permet aux équipements CANopen de signaler sur le réseau un dysfonctionnement.
  • NMT (Network ManagemenT) Node Control : ce service permet à un maître NMT CANopen de contrôler l’état des équipements (mode pré-opérationnel en attente de configuration et démarrage, mode opérationnel en échange de données, reset, etc…). 
  • NMT (Network ManagemenT) Node Guarding/Heartbeat : ces 2 services permettent, chacun à leur manière, de contrôler la présence des équipements CANopen.

Déploiement d’un réseau CANopen

Pour une utilisation industrielle, un câble paire cuivre torsadée blindée doit être utilisé. Dans ce cas, des règles de déploiement doivent être respectées pour garantir le bon fonctionnement du réseau :

  • Il est recommandé d’utiliser du câble CAN, ayant des caractéristiques établies pour véhiculer des signaux CAN.
  • La longueur maximum d’un segment dépend du débit utilisé, et les dérivations sont à éviter.
  • Il est recommandé de limiter le nombre d’équipements CANopen à 64 par segment.
  • Pour mettre plus d’équipements sur le réseau, ou faire des dérivations plus longues, il est possible d’utiliser des répéteurs CAN. Cependant un répéteur doit être considéré comme un câble de 40m, à soustraire le la longueur maximum du bus (ce qui rend donc impossible son utilisation sur un réseau à 1Mbits/s).
  • Pour le débit de 1Mbps, un pont peut être utilisé en lieu et place du répéteur. Ce dernier permet l’échange de trames entre 2 réseaux CANopen autonomes.
  • Chaque segment CANopen doit impérativement comporter 1 terminaison de 120 ohms à chaque extrémité

Intégration des équipements CANopen

Chaque équipement CANopen connecté sur le réseau doit avoir une adresse unique (NodeId), comprise entre 1 et 127. Chaque équipement doit également être configuré pour dialoguer au même débit. Ces réglages sont faits soit par l’intermédiaire de roues codeuses ou par DIP switches sur l’équipement, soit par l’intermédiaire d’un logiciel, ou encore, si l’équipement le permet, via le réseau grâce aux services LSS (Layer Setting Services).

 

Configuration du réseau CANopen

Chaque équipement CANopen est fourni avec un fichier EDS (Electronic DataSheet) qui renseigne sur les fonctionnalités de l’équipement. Ce fichier peut être intégré dans un outil de configuration de réseau CANopen. Le comportement de chaque équipement CANopen sur le réseau peut alors être déterminé hors ligne.

 

Démarage du réseau CANopen

Les équipements démarrent en mode « pré-opérationnel ». La configuration définie hors ligne peut leur être envoyée (via le service SDO), éventuellement sauvegardée dans l’équipement, puis le maître NMT peut démarrer le réseau (via le service NMT Node-Control) en passant les équipements en mode « Opérationnel », mode dans lequel l’échange de données « process » peut s’opérer.

Certification des équipements CANopen

La certification n’est pas obligatoire pour la commercialisation d’un produit. Pour les utilisateurs, il s’agit cependant d’une garantie que le matériel a été testé par un laboratoire indépendant et qu’il est conforme au standard DS301.

Les tests d’un équipement et la délivrance de la certification peuvent être effectuée par CAN in Automation.

Intervention CANopen

Un réseau CANopen se révèle très fiable à l’usage, s’il a été déployé dans les règles de l’art.

Pensez à vous faireconseiller sur les bonnes pratiques et les règles à respecter lors du déploiement et du démarrage de votre installation. L’auditinitial de votre installation vous permet de garantir la bonne santé de votre réseau, et donc sa fiabilité et sa pérennité.

En cas de dysfonctionnement sur votre réseau CAB, AGILiCOM peut intervenir en urgence pour vous aider à diagnostiquer et fiabiliser votre réseau.

Formez-vous sur CANopen

CANopen est un protocole largement utilisé dans l’industrie pour sa souplesse d'utilisation et sa performance. Cependant, sa mise en œuvre peut s’avérer délicate si tous ses principes de fonctionnement ne sont pas complètement acquis. Avant de démarrer un projet CANopen, il est nécessaire de suivre une formation.

AGILiCOM vous propose 1 module de formation pour CANopen:

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