现场总线实验指导书.docx

1、现场总线实验指导书现场总线实验指导书实验一SJA100实现双机通讯一、 实验目的1 了解CAN总线的基本知识2 掌握CAN控制器SJA1000的使用方法3 掌握硬件及软件的设计方法二、 实验设备PC机一台，TD-ACC+试验系统两套 +i386EX系统版两块三、 实验原理及内容1.CAN总线单元中，SJA1000与控制计算机的接口2.实验原理将两台实验设备构成的CAN节点连到同一根CAN总线上，总线上的任意节点均可向其它节点发送报文，当某一节点收到另一节点的报文后，可将该报文在屏幕上显示。发送报文采用按键启动方式，每按动一次按键，发送一帧报文。报文结构采用扩展帧的格式共13个字节，位于CAN地

2、址的16-28。该实验采用固定通信速率50kbps，接收报文采用单滤波方式，为了试验程序的统一，将验收屏蔽寄存器AMR0-AMR3全部设定为FF（无关，不过滤）。3.实验接线图如图1-1。其中IRQ7表示内部主片8259的7号中断，用作接受报文中断。图1-14.参考程序流程图如图1-2，1-3，1-4图1-2图1-3图1-4四、 实验步骤1. 参考流程图阅读程序，然后编译，链接，装在程序。参考程序在CAN86目录下的FuncMain.C2. 按照实验线路图1-1接线，将单次阶跃单元中的电位器旋至最大，检查无误后开启设备电源。3. 分别运行节点1和节点2的程序，两个节点可随时发送报文，每按动一次

3、按键就启动报文发送，可在另一节点观测接受到的报文，检查接收的报文和发送的报文是否一致.五、思考题1. 解释TxDataBuf缓冲区中数据的含义，特别是描述符区。2. 解释验收屏蔽寄存器代码和验收代码寄存器代码。3. 写出设置波特率为100k的语句。4. 写出设置验收滤波为双滤波模式的语句。5. 改变发送报文数据，观察接收方。五、 选做1、 如何将双机通讯改为多机通讯，并增加广播功能（学生的AMR=FFFF FFFF）。2、 当TxDataBuf缓冲区中最后2个数据为OK，在接收方的屏幕上显示出来。实验二、基于CAN总线的温度闭环控制实验一、 实验目的1. 了解CAN总线局域网的拓扑结构及通讯协

4、议设计；2. 掌握在CAN网络中实现温度闭环控制的方法；二、 实验设备PC机N台，TDACC实验系统N套（包括控制机），RS232_CAN转换器一块三、 实验原理及内容1CAN总线局域网的拓扑结构 在了解了CAN总线的基本知识和SJA1000的使用方法后，可以把现有的基于CAN接口的设备组成网络；再结合PID温度闭环控制的内容，就可以在CAN网络中实现温度闭环控制。对于初学者特别关心的可能是如何组网和通讯协议的设计，为此我们设计了一个较简单的实验，把实验设计的过程一点点的展现出来，从而起到抛砖引玉的作用，学生可以由此一步一步深入下去，达到真正掌握CAN总线的目的。实验中网络的结构设计如下：图1

5、1 CAN总线网络上由N台CAN节点和1台服务器组成，通讯波特率为50Kbps服务器作为主控台可以通过CAN总线实时监控网络上每个节点的运行情况，可以控制节点的启动、停止和修改参数。每个节点都是一个温度闭环控制器，被控对象可以是烤箱或温度单元，控制结果可以本机显示同时发往服务器。2通讯协议本实验中的协议采用SJA1000的PeliCAN模式，扩展帧类型和单滤波方式。而要完成点-点、点-多点（广播）这样的通信，采用双滤波方式更为方便。扩展帧由帧信息、标识码和数据组成，帧信息1个字节，标识码4个字节，数据长度不定最多有8个字节。扩展帧类型：76543210帧信息FFRTRDLC3DLC2DLC1D

6、LC0标识码1ID28ID27ID26ID25ID24ID23ID22ID21标识码2ID20ID19ID18ID17ID16ID15ID14ID13标识码3ID12ID11ID10ID9ID8ID7ID6ID5标识码4ID4ID3ID2ID1ID0根据实验的要求：FF位为1表示扩展帧，RTR位为0表示远程帧，DLC3DLC0表示该帧中数据字节的长度，范围08。ID28ID24：优先级设定ID23ID21：教师节点ID（共3位，参与滤波,AMR=F8FF FFFF）ID20ID13：学生节点ID（共8?11位，参与滤波, AMR=F800 FFFF）ID12ID5：用作命令字节，详见命令说明I

7、D4ID0：暂保留（不参与滤波）滤波方式：采用单滤波方式。ID分配如下表所示：3127262423161587320ID28ID24ID23ID21ID20ID13ID12ID5ID4ID0优先级：5位教师节点：3位学生节点：8位命令：8位保留：5位命令说明：标识码3（ID125）用做命令字节，根据实验要求，规定了4个命令：命令字：0x50功能说明：停止节点的PID程序的执行。参数： 无命令字：0x51功能说明：启动节点的PID程序的执行。参数： 无命令字：0x52功能说明：修改节点的PID的相关参数。参数： 给定值（SPEC），采样周期（TK），积分分离值（IBAND），比例系数（KP），积

8、分系数（TI），微分系数（TD）。命令字：0x53功能说明：将当前节点的PID的相关参数发送到服务器。参数： 给定值（SPEC），采样周期（TK），积分分离值（IBAND），比例系数（KP），积分系数（TI），微分系数（TD）。数据1中存放的是示波器通道1的波形数据，数据2中存放的是示波器通道2的波形数据。关于命令，共8位，可以有修改节点参数，如验收代码及验收屏蔽寄存器的修改；也可以有应用程序参数修改，如修改PID参数。四、 参考流程图五、 实验步骤1先将节点和服务器接入CAN网络，各个节点的接线图见图1-2，服务器和整个网络的接线图参照图1-1。图122服务器端运行程序CANBUS.EXE，

9、点击“串口”，选择正确的串口连接，保证转换器连接正常。此时如果有节点接入CAN网络并向服务器发送数据，界面上会显示当前节点的给定值和测量值。3节点端运行调试软件TD-ACC.EXE，打开参考程序ACC-CAN.C，修改节点号与本机的机号一致，打开电源，编译连接并装载程序，运行程序。4服务器端可实时检测到各个节点发送的数据，也可以点击“系统（S）”菜单中“节点配置（N）”，来控制节点控制器的运行、停止并能在线修改节点的PID参数。点击节点的历史曲线可以观测到各个节点运行的情况。六、 思考题1. 修改节点号，观察上位机和下位机的识别情况。2. 解释发送数据处理函数中，TxDataBuf缓冲区数据的

10、含义。3. 在上位机上修改给定值，观察温度控制变化，记录2组波形。实验三 CANopen总线控制系统演示CANopen现场总线基础一、CANopen现场总线简介：CANopen 是一种用于工业监控系统的标准现场总线协议。它尤其适合实时 PLC控制系统使用，因为其高效、低成本的解决方案最适用于嵌入式工业应用程序。CANopen是基于CAN总线开发的现场总线。因此在了解CANopen协议前，熟悉一下CAN总线是很有必要的。CAN的全称是：Controller Area Network（控制器局域网），主要用于各种过程检测及控制。CAN最初是由德国BOSCH公司为汽车监测和控制而设计的。图3-1 C

11、AN bus 在汽车检测和控制系统中的应用目前CAN已逐步应用到其它工业控制中，现已成为ISO-11898国际标准。CAN总线网络遵循ISO网络模型中，第1层（物理层）；第2层（数据链路层）；第7层（应用层）。而CANopen 协议是从 CAN Application Layer 的一个子集设计而成的协议。CANopen 是 CiA (CAN in Automation) 协会的一个标准，从其一面市就立刻备受瞩目。在欧洲，CANopen 被认为是基于 CAN 概念设计的工业系统的标准。 7应用层CiACANopen协议标准 DS-301CAL= CAN Application Layer 6表

12、示层5会话层4传输层3网络层2数据链路层CAN 2.0A and B + ISO118981物理层CAN 2.0A and B = ISO11898ISO 11898 + DS-102表3-1CANopen ISO 模型对应表二、CANopen现场总线基础：1、物理层： CANopen是基于CAN总线开发的现场总线，因此，CANopen现场总线的物理层就是CAN总线的物理层，CAN总线使用以差分方式控制的两线总线。CAN信号为CAN-high和CAN-low之间的电压差。(下图是CAN物理层组件的介绍)编号描述1CAN-high线2CAN-low线3CAN-high/CAN-low信号电位差4

13、CAN_GND线5120终端电阻6接入总线设备表3-2 CAN物理层组件 CANopen总线波特率与总线长度匹配：波特率(kbit/s)1000800500250125502010总线最大长度(m)2040100250500100025005000表3-3 CANopen总线最大传输距离2、数据链路层： CAN数据帧的类型： CAN数据帧： CAN远程帧： CAN错误帧：（同CAN数据帧）3、应用层： CANopen Messages Types: PDO (Process Data Object)主要用于实时数据传输基于生产者/消费者的通讯方式包括TPDO(传输PDO)/RPDO(接收PDO

14、) SDO (Service Data Object)主要用于参数读写基于服务器/客户端的通讯方式包括SDO_T(传输SDO)/SDO_R(接收SDO) NMT (Network Management)用于网络管理的指令基于生产者/消费者的通讯方式 Error Control用于发送网络站点状态消息 基于生产者/消费者的通讯方式 COB-ID (Communication object identifier)/CAN-ID (CAN identifier)COB-ID/CAN-ID 是CANopen通讯协议中，最重要的通讯标志之一，它是CANopen message中的一个网络标示，用来确定网

15、络中CANopen-message的类型。图3-3 CANopen messageCOB-ID是由11位数据组成，其中高4位表示通讯功能码，低7位表示总线设备的地址。COB-ID/CAN-IDCOBFunction codeNode (Slave)-ID109876543210NMT (0h)00000SYNC (080h)00010TIME (100h)00100EMCY (081h0ffh)00010127TPDO1 (181h1ffh)00110127RPDO1 (201h27fh)01000127TPDO2 (281h2ffh)01010127RPDO2 (301h37fh)01100

16、127TPDO3 (381h3ffh)01110127RPDO3 (401h47fh)10000127TPDO4 (481h4ffh)10010127RPDO4 (501h57fh)10100127SDO_T (Server) (581h5ffh)10110127SDO_R (Client) (601h67fh)11000127Free (680h6DF)1101Error control (701h77fh)11100127表3-4 11 bits CAN应用层通讯标识表 例1：PDO服务在网络中的标识 (COB-ID)Slave_6: RPDO1=COB-ID=201h+5h=206hSl

17、ave_63:TPDO3=COB-ID=381h+3Eh=3BFh RPDO3=COB-ID=401h+3Eh=43FhCANopen Object DictionaryCANopen Object Dictionary是用来定义CANopen现场总线设备的通讯服务地址和设备参数地址的表格，通常它是以.eds文件形式提供给用户使用。用户在配置CANopen现场总现网络时，需要在主站中加入网络中各个从站的.eds文件，从而可以实现主站对各个从站的通讯访问。通俗的说，CANopen Object Dictionary就是存放各个现场总线设备通讯服务及设备参数的地址表。CANopen Object

18、DictionaryIndex (Hex)Object0011009f数据类型区00A00FFF保留10001FFF网络通讯和地址映射区20005FFF设备厂商参数定义区60009FFF标准设备参数定义区A000FFFF保留表3-5 CANopen Object dictionary表CANopen现场总线课程实验环节一、CANopen现场总线实验环境1、CANopen现场总线设备表：硬件类型名称型号数量MasterPLCM340 Ethernet/CANopenBMX P34 20301BMX CPS35001BMX XBP 06001BMX DDI 16021BMX DDO 16021Sl

19、aveRemote I/OOTBOTB 1C0 DM9LP2STBSTB NCO 22121STB PDT31001STB DDI36101STB DDO36001STB AVI12701STB AVO12501STBXBA22001STBXBA10004STBXTS11001FTBFTB 1CN08E08SP02Motor TeSys ULULC081LUB121LUCM12BL1DriveATV31ATV31H018M21ATV71ATV71H037M31OthersCablePLC Program cableBMXXCAUSBH0181CANopen cableTSX CAN CA501

20、Preassembled cableTSX CAN CBDD032TSX CAN CBDD12FTX CN 32031FTX CNTL121FTX DP21151FTX DP22061VW3 CAN CARR12TerminalM340 terminal stripBMX FTB20102TapSUB-D9TSX CAN TDM42RJ45VW3 CAN TAP21InterfaceConnectorsTSX CAN KCD F90T1ConnectorsTSX CAN KCD F90TP1软件Program softwareUnityPro SUNY SPU SFU CD301表3-6 实验

21、设备2、CANopen现场总线示意图：Program SoftwareUnityPro SSlave1: Remote I/OSTB: STB NCO 2212Address: 1Slave2: Remote I/OOTB: OTB 1C0 DM9LP Address: 2Slave10: Remote I/OOTB: OTB 1C0 DM9LP Address: 10Master: M340 PLCCPU: BMX P34 2030Slave12: Remote I/OFTB: FTB 1CN08E08SP0Address: 12TAPTAPTAPSlave22: Remote I/OFTB

22、: FTB 1CN08E08SP0Address: 22Slave63: DriveATV71: ATV71H037M3Address: 63Slave32: MotorTeSys U: LULC08+ LUB12+ LUCM12BLAddress: 32Slave33: DriveATV31: ATV31H018M2Address: 33图3-4 CANopen现场总线示意图3、CANopen现场总线拓扑：总线中包括：1个CANopen Master；5个CANopen Remote I/O Slaves；1个CANopen Motor Slave；2个CANopen Drive Slaves。图3-5 CANopen总线拓扑二、 实验设备1. 现场总线设备：上位PC机1台；M340PLC 1台；CAN总线1条；OTB远程I/O 1个；FTB远程I/O 2个；ATV31变频器2台；ATV37变频器1台。2. 现场实行机构：机械臂1个；传送带1条；交通灯演示盒1个；两相交流异步风扇2个。3. 数据采集传感器：霍尔元件3个；光电传感器2个；按钮8个；温度传感器1个。三、思考题1) CAN总线的特点是什么？2) CAN总线物理层以何方式传递信号？3) 应用层包含了哪些信息？4) CAN总线如何识别通讯服务地址和设备参数地址？5) 实验中观察到所有与从站相连的设备有哪些？