Formation CANopen Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003 2.

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1 Formation CANopen Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003 2

2 CANopen Chapitre 1 : Connaissances de base
Chapitre 2 : Couche physique Chapitre 3 : Couche liaison Chapitre 4 : Couche application Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003 2

3 Partie 1 : Historique Partie 2 : Caractéristiques principales
CANopen Chapitre 1 : Connaissances de base Partie 1 : Historique Partie 2 : Caractéristiques principales Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003 2

4 Chapitre 1 : Connaissances de base - Partie 1 : Historique
: Création de CAN à l ’initiative de l ’équipementier allemand BOSCH pour répondre à un besoin de l ’industrie automobile. CAN ne définit qu ’une partie des couches 1 et 2 du modèle ISO. : Prix des drivers et micro-contrôleurs intégrant CAN très attractifs car gros volume consommé par l ’automobile 1991 : Naissance du CIA = CAN in Automation : pour promouvoir les applications industrielles Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003

5 Chapitre 1 : Connaissances de base - Partie 1 : Historique
1993 : Publication par le CiA des spécifications CAL = CAN Application Layer qui décrit des mécanismes de transmission sans préciser quand et comment les utiliser. 1995 : Publication par le CiA du profil de communication DS-301 : CANopen 2001 : Publication par le CIA de la DS-304 permettant d ’intégrer des composants de sécurité de niveau 4 sur un bus CANopen standard (CANsafe). Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003

6 Les spécifications de référence
Chapitre 1 : Connaissances de base - Partie 2 : Caractéristiques principales Les spécifications de référence CANopen a été bâti chronologiquement à partir de plusieurs spécifications : CAN 2.0 A et B (origine Robert BOSCH) Définit précisément la couche liaison et une partie de la couche physique CAL = CAN Application Layer (CiA) : Fournit des outils permettant de développer une application utilisant CAN sans mode d ’emploi + précisions sur la couche physique CANopen (CiA) : Définit quels outils CAL utiliser et comment. Garantit l ’interopérabilité des produits par la description de profiles. Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003

7 CANopen et le modèle ISO
Chapitre 1 : Connaissances de base - Partie 2 : Caractéristiques principales CANopen et le modèle ISO Device Profile CiA DS-401 I/O modules Device Profile CiA DS-402 Drives Device Profile CiA DS-404 Measuring devices Device Profile CiA DS-4xx 7 APPLICATION CiA DS-301 = Communication profile CAL= CAN Application Layer 6 PRESENTATION Non implémentée 5 SESSION Non implémentée 4 TRANSPORT Non implémentée 3 RESEAU Non implémentée 2 LIAISON = LLC + MAC CAN 2.0 A et B + ISO 11898 Spécifications CAN 1 PHYSIQUE CAN 2.0 A et B + ISO 11898 ISO DS DRP-301-1 Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003

8 Medium : Paire torsadée blindée 2 ou 4 fils (si alimentation)
Chapitre 1 : Connaissances de base - Partie 2 : Caractéristiques principales Couche physique Medium : Paire torsadée blindée ou 4 fils (si alimentation) Topologie : Type bus Avec dérivations courtes et résistance fin de ligne Distance maximum : 1000 m Débit : 9 débits possibles de 1Mbits/s à 10 Kbit/s Fonction de la longueur du bus et de la nature du câble : 25 m à 1 Mbits/s, 1000 m à 10Kbits/s Nbre max équipements : 128 1 maître et 127 esclaves Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003

9 Méthode d ’accès au médium : CSMA/CA
Chapitre 1 : Connaissances de base - Partie 2 : Caractéristiques principales Couche liaison Méthode d ’accès au médium : CSMA/CA Chaque équipement peut émettre dès que le bus est libre. Un principe de bits dominants ou récessifs permet lors d ’une collision un arbitrage bit à bit non destructif. La priorité d ’un message est donné par la valeur de l ’identifieur appelé COB-ID (Communication Object IDentifieur) situé en début de trame. Le COB-ID est codé sur 11 bits : valeurs comprises entre 0 et 2047. Le COB-ID de valeur la plus faible est prioritaire. Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003

10 Modèle de communication : Producteur / Consommateur
Chapitre 1 : Connaissances de base - Partie 2 : Caractéristiques principales Couche liaison Modèle de communication : Producteur / Consommateur Chaque message possède un identifieur unique situé en début de trame. La valeur de cet identifieur renseigne les récepteurs sur la nature des données contenues dans chaque message. Chaque récepteur en fonction de sa configuration, consomme ou non ces données. Taille maxi des données utiles : 8 octets par trame Sécurité de transmission : Parmi les meilleurs sur les réseaux locaux industriels De nombreux dispositifs de signalisation et de détections d ’erreurs permettent de garantir une grande sécurité de transmission. Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003

11 Couche application CANopen définit :
Chapitre 1 : Connaissances de base - Partie 2 : Caractéristiques principales Couche application CANopen définit : comment les données sont transmises : Profil communication DS-301 commun à tous les produits Définit entre autre l ’allocation des identifieurs COB-ID pour chaque type de message. quelles données sont transmises : Profils produits DS-4xx propre à chaque famille de produit (E/S TOR, E/S analogique, variateurs de vitesse, encodeurs…) La description des ces fonctionnalités s’effectue par l ’intermédiaire d ’un dictionnaire d ’objet Device Object Dictionnary (OD) matérialisé par un fichier EDS. Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003

12 Couche application 4 types de services sont standardisés :
Chapitre 1 : Connaissances de base - Partie 2 : Caractéristiques principales Couche application 4 types de services sont standardisés : 1 . Administration du réseau : paramétrage, démarrage, surveillance (maître-esclaves) 2 . Transmission rapide des données de process (<= 8octets) : PDO = Process Data Object (modèle producteur-consommateur) 3 . - Transmission de données de paramétrage (peuvent être > 8 octets par segmentation) sans contrainte de temps : SDO = Service Data Object (modèle client-serveur) 4 . Messages prédéfinis pour gérer les synchronisation, références temporelles, erreurs fatales : SFO = Special Function Object Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003

13 Chapitre 2 : Couche physique
CANopen Chapitre 2 : Couche physique Partie 1 : Caractéristiques du médium Partie 2 : Connectiques recommandées Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003 2

14 Chapitre 2 : Couche physique - Partie 1 : Caractéristiques du médium
Couche physique de CANopen Device Profile CiA DS-401 I/O modules Device Profile CiA DS-402 Drives Device Profile CiA DS-404 Measuring devices Device Profile CiA DS-4xx 7 APPLICATION CiA DS-301 = Communication profile CAL= CAN Application Layer 6 PRESENTATION Non implémentée 5 SESSION Non implémentée 4 TRANSPORT Non implémentée 3 RESEAU Non implémentée 2 LIAISON = LLC + MAC CAN 2.0 A et B + ISO 11898 1 PHYSIQUE CAN 2.0 A et B + ISO 11898 ISO DS DRP-301-1 Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003

15 Chapitre 2 : Couche physique - Partie 1 : Caractéristiques du médium
Description du médium Paire différentielle torsadée : 1 paire si CAN-H / CAN-L 2 paires si CAN-H / CAN-L + alim. Impédance caractéristique de ligne : 120 ohms nominal Terminaisons de ligne : ohms à chaque extrémités Résistance du fil : milli-ohms / mètre nominal Temps de propagation : 5 ns / mètre nominal Topologie : Type bus avec dérivations les plus courtes possibles Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003

16 Chapitre 2 : Couche physique - Partie 1 : Caractéristiques du médium
Débit - longueur du bus - section câble pour 32 stations maximum Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003

17 Chapitre 2 : Couche physique - Partie 1 : Caractéristiques du médium
Débit - longueur du bus - section câble pour 100 stations maximum Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003

18 Chapitre 2 : Couche physique - Partie 2 : Connectiques recommandées
Le CiA préconise dans sa recommandation DR une liste de connecteurs classée en 3 catégories. Usage général SUB D 9 points connector DIN 41652, connecteur multipole (cable plat vers SUB-D 9pts), RJ10, et RJ45 Usage industriel Mini Style 5 pins, Micro Style 5pins, Open Style Usage particulier Connecteur rond 7 points, connecteur rond 8 points, connecteur rond 9 points, connecteur rond 12 points, Hand Brid Harting. Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003

19 Chapitre 2 : Couche physique - Partie 2 : Connectiques recommandées
Connecteur SUB D 9 points DIN 41652 Mâle coté produit Pin Signal Description : 1 : Reserved 2 : CAN_L = CAN_L bus line dominant low 3 : CAN_GND = CAN Ground 4 : Reserved 5 : (CAN_SHLD) Optional CAN Shield 6 : (GND) Optional Ground 7 : CAN_H = CAN_H bus line dominant high 8 : Reserved 9 : (CAN_V+) Optional CAN external positive supply Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003

20 Chapitre 2 : Couche physique - Partie 2 : Connectiques recommandées
Connecteur RJ45 Pin Signal Description 1: CAN_H = CAN_H bus line (dominant high) 2: CAN_L = CAN_L bus line (dominant low) 3: CAN_GND = Ground / 0 V / V- 4: Reserved 5: Reserved 6: (CAN_SHLD) = Optional CAN Shield 7: CAN_GND = Ground / 0 V / V- 8 (CAN_V+) = Optional CAN external positive supply Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003

21 Chapitre 2 : Couche physique - Partie 2 : Connectiques recommandées
Connecteur 5-pin Mini Style : 7/8 Mâle coté produit Pin Signal Description : 1 : (CAN_SHLD) = Optional CAN Shield 2 : (CAN_V+) = Optional CAN external positive supply 3 : CAN_GND = Ground / 0V / V- 4 : CAN_H = CAN_H bus line (dominant high) 5 : CAN_L = CAN_L bus line (dominant low) Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003

22 Chapitre 2 : Couche physique - Partie 2 : Connectiques recommandées
Connecteur Open Style Mâle coté produit Pin Signal Description : 1 : CAN_GND = Ground / 0 V / V- 2 : CAN_L = CAN_L bus line (dominant low) 3 : (CAN_SHLD) = Optional CAN Shield 4 : CAN_H = CAN_H bus line (dominant high) 5 : (CAN_V+) = Optional CAN external positive supply Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003

23 Chapitre 2 : Couche physique - Partie 2 : Connectiques recommandées
Fournisseurs recommandés Câbles - U.I.LAPP GmbH Schultze-Delitsch-Str. 25 D Stuttgart Germany Connecteurs - ERNI Elektroapparate GmbH Seestrasse 9 D Adelberg Germany - ERNI Connectique S.a.r.l, France 27 bis, avenue des Sources / CP 638 F LYON Cedex 09, Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003

24 Partie 1 : Format des trames Partie 2 : La sécurisation des échanges
CANopen Chapitre 3 : Couche liaison Partie 1 : Format des trames Partie 2 : La sécurisation des échanges Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003 2

25 Chapitre 3 : Couche liaison - Partie 1 : Format des trames
CAN 2.0.A et CAN 2.0.B La spécification CAN V2.0 comprend 2 versions : CAN 2.0.A et CAN 2.0.B CAN 2.0.A correspond au format de trame standard avec un identifieur codé sur 11 bits est utilisé par CANopen et la plupart des couches applicatives. CAN 2.0.B correspond au format de trame étendue avec un identifieur codé sur 29 bits est peu utilisé. Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003

26 Chapitre 3 : Couche liaison - Partie 1 : Format des trames
Structure de la trame CAN 2.0.A Champ d ’arbitrage Taille de la trame sans bit stuffing : 47 à 111 bits 1 11 1 6 0 à 64 15 1 1 1 7 Bit RTR Remote Transmission Request Champ de données Délimit. CRC Délimit. ACK Début de trame SOF Indentifieur Champ de commande : compatibilité et longueur Séquence de CRC Slot ACK Fin de trame EOF Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003

27 Chapitre 2 : Couche physique - Partie 1 : Caractéristiques du médium
Bits dominants et bits récessifs Identifieur SOF RTR Champ de commande 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 R Station 1 perd l ’arbitrage Station 1 D Station 2 Station 2 perd l ’arbitrage Station 3 S1 S2 S3 Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003

28 Chapitre 3 : Couche liaison - Partie 1 : Format des trames
Les 4 types de trames CAN Data Frame : ces trames transportent des données d ’un producteur vers des consommateurs sans garantie de traitement. Remote Frame : ces trames de polling sont émises par un maître vers des esclaves pour requérir la transmission d ’une trame de données. (utilisé pour le Node Guarding ou pour la transmission des PDOs configurés en polling ). Error Frame : ces trames sont transmises lorsqu ’une station détecte une erreur de transmission sur le bus. Overload Frame : ces trames sont émises pour demander un laps de temps supplémentaire entre des trames (de données ou de requête) successives. Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003

29 Chapitre 3 : Couche liaison - Partie 1 : Format des trames
Data Frame CAN V2.0 A Trame de données SOF IDENT RTR CTR DATA CRC ACK EOF Intertrame 1D 11X 1D 6X 0 à 64X 5X+1R 1X+1R 7R 3R Remote Frame CAN V2.0 A Trame de requête SOF IDENT RTR CTR DATA CRC ACK EOF Intertrame 1D 11X 1R 6X 0 à 64X 5X+1R 1X+1R 7R 3R Un trame de donnée (Data frame) est prioritaire par rapport à une trame de requête (Remote frame). Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003

30 Chapitre 3 : Couche liaison - Partie 1 : Format des trames
Error Frame Erreur détectée Trame en cours de diffusion ERROR FLAG ERROR DELIMITER ACTIVE ERROR FLAG : 6D 8R PASSIVE ERROR FLAG : 6R Overload Frame EOF ou ERROR DELIMITER Trame précédente OVERLOAD FLAG OVERLOAD DELIMITER 6D 8R Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003

31 Chapitre 3 : Couche liaison - Partie 2 : La sécurisation des échanges
Les mécanismes de sécurisation Au niveau du bit : lors de la transmission de 5 bits identiques il est introduit volontairement un bit supplémentaire dit de « stuffing » de valeur opposée. Ce bit est testé et éliminé par le récepteur. Au niveau de la structure des trames, des délimiteurs : CRC Delimiter, ACK Delimiter, End of Frame, Error Delimiter, Overload Delimiter sont intégrés pour permettre la vérification de la structure. Au niveau de la validité du contenu : une séquence de CRC permet aux récepteurs de vérifier la cohérence des données reçues. ACK slot : cette fenêtre permet à l ’émetteur de savoir que son message a bien été reçu par au moins une station (bit dominant). Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003

32 Chapitre 3 : Couche liaison - Partie 2 : La sécurisation des échanges
Compteurs d ’erreurs Chaque noeud comporte obligatoirement deux compteurs : TEC Transmit Error Counter, et REC Receive Error Counter. Ces compteurs s ’incrémentent et se décrémentent en utilisant un mécanisme de pondération sophistiqué gravé dans le silicium. Suivant la valeur de ces compteurs, le nœud se trouve dans un des 3 états suivant : Erreurs actives Erreurs passives Bus OFF (driver d ’émission déconnecté du bus). Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003

33 Chapitre 3 : Couche liaison - Partie 2 : La sécurisation des échanges
Valeur des compteurs / état du noeud Reset et configuration Erreurs actives REC > 127 ou TEC > 127 REC < 128 et TEC < 128 Erreurs passives 128 occurrences de 11 bits récessifs consécutifs (fin de trames sans erreurs) TEC > 255 Bus OFF Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003

34 Chapitre 3 : Couche liaison - Partie 2 : La sécurisation des échanges
Comportement en cas d ’erreur de communication détecté Etat Erreurs actives : Dès la détection du défaut, le nœud émet une trame Error Frame avec un champ ACTIVE ERROR FLAG. Les 6 bits dominants émis transgressant la loi de bit stuffing provoquent une réaction en chaîne des autres nœuds qui détruit la trame en cours. Etat Erreurs passives : Dès la détection du défaut, le nœud émet une trame Error Frame avec un champ PASSIVE ERROR FLAG. Les bits récessifs émis n ’ont aucune influence sur la trame en cours d ’émission. Etat Bus OFF : Le nœud est déconnecté et espionne le bus. Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003

35 Chapitre 4 : Couche application
CANopen Chapitre 4 : Couche application Partie 1 : Concepts de base de CANopen Partie 2 : Objets et services CANopen Hygjkjki dsfgdwgdswf sdvg<svgsvg sdvggdsbvs sdgvsfd Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003 2

36 CANopen s ’appuie sur CAL
Chapitre 4 : Couche application - Partie 1 : Concepts de base de CANopen CANopen s ’appuie sur CAL Device Profile CiA DS-401 I/O modules Device Profile CiA DS-402 Drives Device Profile CiA DS-404 Measuring devices Device Profile CiA DS-4xx 7 APPLICATION CiA DS-301 = Communication profile CAL= CAN Application Layer 6 PRESENTATION Non implémentée 5 SESSION Non implémentée 4 TRANSPORT Non implémentée 3 RESEAU Non implémentée 2 LIAISON = LLC + MAC CAN 2.0 A et B + ISO 11898 1 PHYSIQUE CAN 2.0 A et B = ISO et 2 ISO DS-102 Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003

37 Couche application CANopen définit :
Chapitre 4 : Couche application - Partie 1 : Concepts de base de CANopen Couche application CANopen définit : comment les données sont transmises : Profil communication DS-301 commun à tous les produits Définit entre autre l ’allocation des identifieurs COB-ID pour chaque type de message. quelles données sont transmises : Profils produits DS-4xx propre à chaque famille de produit (E/S TOR, E/S analogique, variateurs de vitesse, encodeurs…) La description des ces fonctionnalités s’effectue par l ’intermédiaire d ’un dictionnaire d ’objet Device Object Dictionnary (OD). Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003

38 et éventuellement un sub-index sur 8 bits
Chapitre 4 : Couche application - Partie 1 : Concepts de base de CANopen Object Dictionary = OD Le dictionnaire d ’objet OD est un groupement ordonné d ’objets accessibles par : un index de 16 bits et éventuellement un sub-index sur 8 bits Il décrit l ’ensemble des fonctionnalités du produit. Cette description se matérialise par un fichier EDS : Electronic Data Sheet. de format ASCII respectant une syntaxe stricte et exploitable par les logiciels de configuration du bus (Sycon etc…) Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003

39 Structure du « Object Dictionary »
Chapitre 4 : Couche application - Partie 1 : Concepts de base de CANopen Structure du « Object Dictionary » Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003 :khgjhjhj

40 Profils CANopen Le profil de communication DS-301 :
Chapitre 4 : Couche application - Partie 1 : Concepts de base de CANopen Profils CANopen Le profil de communication DS-301 : Décrit la structure générale de l ’OD, et des objets se trouvant dans la zone « Communication profile area » : index 1000 à 1FFF. Il s’applique à tous les produits CANopen. Les profils équipements DS-4xx : Décrivent pour les differents types de produit (modules E/S TOR, E/S analogiques, variateurs, appareil de mesures) les différents objets associés. Objets standardisés : Index 6000 à 9FFF Objets spécifiques : Index 2000 à 5FFF Certains objets sont obligatoires, d ’autres optionnels. Ils sont accessibles soit en lecture, soit en lecture et écriture. Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003

41 Extrait du fichier EDS CANopen ATV58
Chapitre 4 : Couche application - Partie 1 : Concepts de base de CANopen Extrait du fichier EDS CANopen ATV58 [FileInfo] FileName=A58_F.eds FileVersion=1 FileRevision=2 Description=Carte Option ATV58 CreationTime=00:00AM CreationDate= CreatedBy=Marie-Annick Menanteau, Schneider Electric [DeviceInfo] VendorName=Schneider Electric ProductName=ATV58_F ProductVersion=1 ProductRevision=1 BaudRate_10=0 BaudRate_20=0 BaudRate_50=0 BaudRate_100=0 BaudRate_125=1 BaudRate_250=1 BaudRate_500=1 BaudRate_800=0 BaudRate_1000=1 Granularity=0x8 VendorNumber=0x a ProductNumber=0 SimpleBootUpMaster=0 ExtendedBootUpMaster=0 SimpleBootUpSlave=1 ExtendedBootupSlave=0…. [Comments] Lines=6 Line1=Used profile: 402 Line2=Manufacturer device name: VW3A58306 Line3=Hardware version: Line4=Software version: Line6= This is the EDS file for the CANopen Schneider Electric ATV58 drive module CAN Communication Adapter [MandatoryObjects] SupportedObjects=12 1=0x1000 2=0x1001 3=0x6040 4=0x6041 5=0x6042 6=0x6043 7=0x6044 8=0x6046 9=0x6048 10=0x6049 11=0x6060 12=0x6061 [1000] ParameterName=Device Type ObjectType=7 DataType=0x0007 AccessType=RO DefaultValue=0x10192 PDOMapping=0 Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003

42 Résumé des concepts de base
Chapitre 4 : Couche application - Partie 1 : Concepts de base de CANopen Résumé des concepts de base Chaque type de message CANopen possède un identifieur COB-ID unique codé sur 11 bits : valeurs comprises entre 0 et 2047 Chaque station peut envoyer un message dès que le réseau est libre. Les collisions sont résolues suivant la priorité de chaque message. L ’identifieur avec la valeur la plus basse est prioritaire. Un message CAN peut transporter au maximum 8 octets de données utiles. Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003

43 Profil de communication CANopen DS-301
Chapitre 4 : Couche application - Partie 2 : Objets et services CANopen Profil de communication CANopen DS-301 Le profil de communication CANopen définit 4 fonctions standardisés : 1 . Administration du réseau : démarrage du bus, affectation des identifieurs, paramétrage, et surveillance NMT = Network ManagemenT (modèle maître-esclave) 2 . Transmission rapide des données de process (<= 8octets) : PDO = Process Data Object (modèle producteur-consommateur) 3 . - Transmission de données de paramétrage (peuvent être > 8 octets par segmentation) sans contrainte de temps : SDO = Service Data Object (modèle client-serveur) 4 . Messages prédéfinis pour gérer les synchronisation, références temporelles, erreurs fatales : SFO = Special Function Object Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003

44 Administration du réseau : NMT
Chapitre 4 : Couche application - Partie 2 : Objets et services CANopen Administration du réseau : NMT Démarrage du bus Diagramme d ’état correspondant au « CANopen minimum boot-up » * (service obligatoire) Transitions effectuées par le maître NMT : Types d ’objet de communication autorisés : 1: Start_Remote_Node a. NMT 2: Stop_Remote_Node b. Node Guard 3: Enter_Pre-Operational_State c. SDO 4: Reset_Node d. EMCY 5: Reset_Communication e. PDO. 6: Initialisation du nœud terminée * NOTA : Il existe un autre diagramme d ’état « Extended boot-up » décrit slide suivant Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003

45 Allocation des identifieurs
Chapitre 4 : Couche application - Partie 2 : Objets et services CANopen Allocation des identifieurs L ’allocation des identifieurs peut s ’effectuer par 3 méthodes : En utilisant l’allocation par défaut : CANopen Predefined Set Cette allocation par défaut est obligatoire et disponible dans l ’état Pre-Opérational. Elle permet de réduire la phase de configuration du réseau Les données de process sont échangées suivant le concept maître esclaves Par application dans la l ’état Pre-Operational : Ecriture dans les objets correspondant du dictionnaire par service SDO En utilisant le service DBT (DistriBuTor) Possible sur les produits qui supportent la fonction « Extended boot up » L ’affectation des identifieurs s ’effectue automatiquement par l ’ajout d ’étapes supplémentaires entre l ’état Pre-Operational et Operational Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003

46 Allocation par défaut des identifieurs
Chapitre 4 : Couche application - Partie 2 : Objets et services CANopen Allocation par défaut des identifieurs Dans le but de réduire la phase de configuration du réseau un système obligatoire d ’allocation des identifieurs par défaut est défini. Cette allocation est effective dans l ’état « Pre operational » juste après la phase d ’initialisation. Elle est basée sur un partage de l ’identifieur COB-ID en 2 parties : Function code permet le codage de 2 PDO en réception, 2 PDO en émission, 1 SDO, 1 EMCY object, 1 Node Guardind Identifier, 1 SYNC object, 1 Time Stamp obect. Node ID correspond à l ’adresse du produit codée par exemple par des DIP switchs. 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Function Code Node ID Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003

47 Allocation par défaut des identifieurs
Chapitre 4 : Couche application - Partie 2 : Objets et services CANopen Allocation par défaut des identifieurs L ’allocation par défaut des identifieurs n ’est utilisable que pour les produits utilisant les 4 premiers PDO (Le cinquième PDO recouvre la zone réservée aux SDO) maximum résersvés 1024 identifieurs pour les PDO Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003

48 Allocation par défaut des identifieurs
Chapitre 4 : Couche application - Partie 2 : Objets et services CANopen Allocation par défaut des identifieurs Esclave 1 Master Entrées Esclave 2 Tous les nœuds (esclaves) communiquent avec une station centale (maître) Sorties Esclave 3 Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003

49 Modification de l ’allocation par défaut
Chapitre 4 : Couche application - Partie 2 : Objets et services CANopen Modification de l ’allocation par défaut Permet d ’échanger des données directement sans passer par le maître (PDO linking). Utilisation du concept producteur-consommateur. Exemple : Commande d ’axes Produit X Produit Z Produit Y Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003

50 Les Process Data Objects = PDO
Chapitre 4 : Couche application - Partie 2 : Objets et services CANopen Les Process Data Objects = PDO Ces services sont utilisés pour la transmission de données de process de faible taille (<= 8octets) en temps réel. Ils permettent à un équipement producteur de mettre à disposition d ’un ou plusieurs consommateurs une variable de taille maximum 64 bits sans overhead. Ce service n ’est pas confirmé. Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003

51 PDO Communication Parameter indique comment est transmis ou reçu
Chapitre 4 : Couche application - Partie 2 : Objets et services CANopen Description des PDO Chaque PDO en émission ou réception est décrit par 2 objets dans le dictionnaire d ’object : PDO Communication Parameter indique comment est transmis ou reçu le PDO : Le COB-ID utilisé Le mode de transmission/réception utilisé Pour les PDO en émission, le temps minimum entre 2 messages (inhibit time) PDO Mapping Parameter indique quelles données sont transportées : La liste des objets du dictionnaire d ’objet OD La taille de chaque objet Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003

52 Objets TxPDO Communication parameter
Chapitre 4 : Couche application - Partie 2 : Objets et services CANopen Objets TxPDO Communication parameter PDO en émission : Index 0x1800 à 0x19FF Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003

53 Objets TxPDO Mapping parameter
Chapitre 4 : Couche application - Partie 2 : Objets et services CANopen Objets TxPDO Mapping parameter PDO en émission : Index 0x1A00 à 0x1BFF Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003

54 Objets RxPDO Communication parameter
Chapitre 4 : Couche application - Partie 2 : Objets et services CANopen Objets RxPDO Communication parameter PDO en réception : Index 0x1400 à 0x15FF Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003

55 Objets RxPDO Mapping parameter
Chapitre 4 : Couche application - Partie 2 : Objets et services CANopen Objets RxPDO Mapping parameter PDO en réception : Index 0x1600 à 0x17FF Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003

56 Mode de transmission des PDO
Chapitre 4 : Couche application - Partie 2 : Objets et services CANopen Mode de transmission des PDO Synchrone : par réception d ’un message SYNC Acyclique : - la transmission est pré-déclenchée par l ’occurrence d ’un événement dans l’équipement - la transmission est pré-déclenchée par une « Remote request » (polling) Cyclique : - la transmission est déclenchée périodiquement après chaque 1, 2 ou jusqu ’à 240 messages SYNC Asynchrone : - la transmission est déclenchée par l ’occurrence d ’un événement dans le profil de l ’équipement - la transmission est déclenchée par une « Remote request» Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003

57 Transmission synchrone acyclique des PDO
Chapitre 4 : Couche application - Partie 2 : Objets et services CANopen Transmission synchrone acyclique des PDO Sur événement - Transmission type = 0 SYNC SYNC SYNC SYNC SYNC Evénement produit X TxPDO_PX Sur réception d ’une Remote Request (polling) - Transmission type = 252 SYNC Remote request vers produit X SYNC SYNC SYNC Remote request vers produit X SYNC TxPDO_PX TxPDO_PX Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003

58 Transmission synchrone cyclique des PDO
Chapitre 4 : Couche application - Partie 2 : Objets et services CANopen Transmission synchrone cyclique des PDO Cyclique sur n signaux de synchro - Transmission type = 1 à 240 (nombre de message SYNC) SYNC SYNC SYNC SYNC SYNC SYNC SYNC SYNC SYNC SYNC SYNC SYNC TxPDO_PX TxPDO_PX TxPDO_PX Exemple si n = 3 Exemple si n = 3 Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003

59 Transmission asynchrone des PDO
Chapitre 4 : Couche application - Partie 2 : Objets et services CANopen Transmission asynchrone des PDO Sur événement - Transmission type=254 événement spécifique, 255 événement défini dans profil SYNC SYNC SYNC SYNC SYNC Evénement produit X TxPDO_PX Sur réception d ’une Remote Request (polling) - Transmission type = 253 SYNC SYNC SYNC SYNC Remote request vers produit X SYNC Remote request vers produit X TxPDO_PX TxPDO_PX Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003

60 Transmission des PDO : Inhibit time
Chapitre 4 : Couche application - Partie 2 : Objets et services CANopen Transmission des PDO : Inhibit time Pour garantir que des objets ayant un niveau faible de priorité puisse être transmis, il est possible d ’affecter un temps minimum entre 2 transmission d ’un même PDO. Cette valeur est renseignée dans le paramètre « Inhibit time » des objets TxPDO communication parameters index 0x1800 à 0x19FF. Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003

61 Réception synchrone acyclique des PDO
Chapitre 4 : Couche application - Partie 2 : Objets et services CANopen Réception synchrone acyclique des PDO Sur événement - Transmission type = 0 SYNC SYNC SYNC SYNC SYNC Rx_PDO_PX Tx_PDO_PX Prise en compte du PDO reçu Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003

62 Réception synchrone cyclique des PDO
Chapitre 4 : Couche application - Partie 2 : Objets et services CANopen Réception synchrone cyclique des PDO Cyclique sur n signaux de synchro - Transmission type = 1 à 240 SYNC SYNC SYNC SYNC SYNC SYNC SYNC SYNC SYNC SYNC SYNC SYNC T_PDO_PX RxPDO_PX T_PDO_PX RxPDO_PX Exemple si n = 3 Exemple si n = 3 Prise en compte du PDO reçu Prise en compte du PDO reçu Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003

63 Réception asynchrone des PDO
Chapitre 4 : Couche application - Partie 2 : Objets et services CANopen Réception asynchrone des PDO Sur événement - Transmission type=254 SYNC SYNC SYNC SYNC SYNC RxPDO_PX T_PDO_PX Prise en compte du PDO reçu Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003

64 Les Service Data Objects = SDO
Chapitre 4 : Couche application - Partie 2 : Objets et services CANopen Les Service Data Objects = SDO Ces services sont utilisés pour la transmission en point à point de données de paramétrage n ’ayant pas de contraintes de temps. Ils permettent à un équipement client (manager du bus) d ’accéder au dictionnaire d ’objets d ’un équipement serveur (stations 1 à 127) en écriture ou en lecture en l ’adressant par son Index et Sub-index. La taille des données peut dépasser 8 octets, dans ce cas un système de segmentation des données est activé. Le résultat d ’une écriture ou d ’une lecture est confirmé par une réponse. Un échange SDO requiert 2 COB-ID : un pour la requête, l ’autre pour la réponse. Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003

65 Les Special Function Objects = SFO
Chapitre 4 : Couche application - Partie 2 : Objets et services CANopen Les Special Function Objects = SFO SYNC = Synchronization Object : Cet objets est utilisé pour synchroniser l ’acquisition de données d’entrées, ou la mise à jour de de données en sorties (commande d ’axes par exemple). Le manager du bus émet le message SYNC à une période communication (cycle period) définie lors de la configuration. Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003

66 Les Special Function Objects = SFO
Chapitre 4 : Couche application - Partie 2 : Objets et services CANopen Les Special Function Objects = SFO Time Stamp Object : L ’objet Time-Stamp fournit une référence de temps commune à tous les stations. Ce temps est codé sur 6 octets et représente un temps absolu en ms à partir du 1er janvier Il permet de synchroniser l ’horloge locale de toutes les stations. Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003

67 Les Special Function Objects = SFO
Chapitre 4 : Couche application - Partie 2 : Objets et services CANopen Les Special Function Objects = SFO EMCY Object : Les objets EMCY sont utilisés pour transmettre des défauts applicatifs associés à chaque station (courant, tension, température, etc…) Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003

68 Les Special Function Objects = SFO
Chapitre 4 : Couche application - Partie 2 : Objets et services CANopen Les Special Function Objects = SFO 2 mécanismes permettent de surveiller l ’état des stations présentes sur le bus. Le Node guarding Fonctionne suivant le concept maître esclave (polling) permet au manager du bus de demander (Remote request) l ’état de chaque station à une période définie par configuration. Le Heartbeat Fonctionne suivant le concept producteur consommateur. L ’état de la station est produit cycliquement à une période définie par configuration. Ce mécanisme nouvellement spécifié remplace le node guarding sur les nouveaux produits (meilleurs utilisation de la bande passante). Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003

69 Les Special Function Objects = SFO
Chapitre 4 : Couche application - Partie 2 : Objets et services CANopen Les Special Function Objects = SFO Node guard Object : Le maitre NMT surveille l ’état des esclaves connectés sur le bus en émettant périodiquement (Guard time) une remote frame Node guard object à chaque esclave. Dès réception ,l ’esclave répond au maître. Les esclaves peuvent optionnellement surveiller le maître NMT : Life guarding. Life Time = Guard Time x Life Time Factor Si pendant un temps égal au Life Time un esclave ne reçoit pas de polling, il génère un événement « Life guarding », passe en défaut communication et envoie un objet EMCY. Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003

70 Les Special Function Objects = SFO
Chapitre 4 : Couche application - Partie 2 : Objets et services CANopen Les Special Function Objects = SFO Node guard Object : Le maitre NMT scrute régulièrement l ’état de chacun des esclaves par une Remote Frame et les compare aux valeurs précédentes enregistrées dans une table. Si une différence est détectée, l ’information est remontée à l ’application par l ’événement « Network Event ». Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003

71 Les Special Function Objects = SFO
Chapitre 4 : Couche application - Partie 2 : Objets et services CANopen Les Special Function Objects = SFO Heartbeat : La fonction Heartbeat nouvellement spécifiée permet d ’économiser la bande passante par rapport au node guarding. Le producteur de Heartbeat transmet le message Heartbeat suivant une période définie dans l ’objet « Heartbeat Producer Time ». Le consommateur de Heartbeat vérifie qu ’il reçoit le message Heartbeat dans la fenêtre de temps défini dans l ’objet « Heartbeat Consumer Time ». Industrial Automation - Custumer View - Services - Formation PhW - CANopen_fr 06/ 2003