摘要：工程項(xiàng)目中遠(yuǎn)程控制、聯(lián)網(wǎng)要求越來(lái)越多，也越來(lái)越高，現(xiàn)場(chǎng)總線作為針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的一種可靠解決方案日益盛行，而CANopen作為現(xiàn)場(chǎng)總線之一，應(yīng)用也是越來(lái)越廣泛，本文在詳細(xì)分析了赫優(yōu)訊netTAP網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，介紹了如何實(shí)現(xiàn)赫優(yōu)訊CANopen網(wǎng)關(guān)與施耐德Twido系列PLC間的網(wǎng)絡(luò)通訊。
關(guān)鍵詞: 現(xiàn)場(chǎng)總線 CANopen 施耐德Twido PLC 網(wǎng)關(guān)
Abstract: The requirement for remote control and network control in projects become more and more, fieldbus as one reliable solution is so popular, and as one fieldbus CANopen protocol, application is more and more widely, so this article is deeply researching on the CANopen communication between Hilscher netTAP gateway and Schneider Twido PLC. Hoping it can benefit for engineers.
Key words: FieldBus CANopen Twido PLC Gateway
1引言
工業(yè)自動(dòng)化的快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)化概念與自動(dòng)化的完美結(jié)合，使得遠(yuǎn)程控制、工程聯(lián)網(wǎng)變得更加簡(jiǎn)便，現(xiàn)場(chǎng)總線作為網(wǎng)絡(luò)總線在工程中更有其優(yōu)勢(shì)所在，實(shí)時(shí)性得以提高、可靠性增強(qiáng)、現(xiàn)場(chǎng)布線更加簡(jiǎn)單，越來(lái)越多的工程項(xiàng)目使用現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控與聯(lián)網(wǎng)。當(dāng)今現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)極大發(fā)展，現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議種類(lèi)也是非常之多，而CANopen作為現(xiàn)場(chǎng)總線家族的一員，以其自身的優(yōu)勢(shì)，得到了眾多自動(dòng)化廠商的支持。德國(guó)赫優(yōu)訊作為工業(yè)通訊領(lǐng)域的專家，產(chǎn)品覆蓋所有主流現(xiàn)場(chǎng)總線和實(shí)時(shí)以太網(wǎng)，針對(duì)CANopen總線協(xié)議，赫優(yōu)訊產(chǎn)品也是非常豐富，其中在工程上應(yīng)用比較廣泛的產(chǎn)品NT30-COS-RS，可實(shí)現(xiàn)串口設(shè)備與CANopen設(shè)備的直接互連，本文在具體分析NT30-COS-RS的技術(shù)特點(diǎn)后，詳細(xì)闡述如何實(shí)現(xiàn)與施耐德Twido系列PLC的通訊。
2德國(guó)赫優(yōu)訊NT30-COS-RS特點(diǎn)
德國(guó)赫優(yōu)訊netTAP網(wǎng)關(guān)家族可實(shí)現(xiàn)串口（RS232/RS422/RS485）與現(xiàn)場(chǎng)總線（CANopen、Profibus、DeviceNet等）或以太網(wǎng)（TCP/IP、Ethernet/IP、ModbusTCP等）之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換，利用赫優(yōu)訊配置軟件SyCon.net進(jìn)行簡(jiǎn)單配置即可使用。NT30-COS-RS作為netTAP成員之一，功能為實(shí)現(xiàn)Modbus RTU串口設(shè)備與CANopen設(shè)備的互連，利用輸入輸出過(guò)程映像區(qū)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，通過(guò)軟件可將串口端配置為Modbus主站或從站，應(yīng)用非常方便。NT30-COS-RS中過(guò)程映像區(qū)大小為256 Words IO，也就是說(shuō)串口端可同時(shí)接受256 Words IO數(shù)據(jù)的傳輸，通過(guò)共享內(nèi)存透?jìng)鞯姆绞桨l(fā)送至CANopen主站設(shè)備，因此多個(gè)Modbus RTU串口設(shè)備，只需要一個(gè)NT30-COS-RS即可，硬件圖如圖1所示。
圖1. netTAP 硬件圖
3 通訊系統(tǒng)的構(gòu)成
系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，施耐德公司CANopen主站模塊TWDNCO1M作為CANopen總線主站節(jié)點(diǎn)， Node ID設(shè)為1，赫優(yōu)訊NT30-COS-RS網(wǎng)關(guān)作為CANopen總線中一個(gè)從站節(jié)點(diǎn)，Node ID設(shè)為3，施耐德 Twido系列PLC型號(hào)為T(mén)WDLMDA20DRT， Modbus RTU串口設(shè)備品牌不限。
圖2. CANopen通訊硬件結(jié)構(gòu)圖
4 通訊系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
實(shí)現(xiàn)不同廠商設(shè)備的互連，是通訊系統(tǒng)引用網(wǎng)絡(luò)化概念，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化的一個(gè)最大優(yōu)勢(shì)，這也使得工程應(yīng)用變得更加靈活，方案選擇余地更大，而不同廠商設(shè)備互連的前提是：各廠商所生產(chǎn)的產(chǎn)品必須嚴(yán)格遵循標(biāo)準(zhǔn)，且提供統(tǒng)一的產(chǎn)品描述文件，如CANopen的EDS文件，Profibus的GSD文件等。通過(guò)這些產(chǎn)品描述文件，即可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的組態(tài)與參數(shù)配置，這也是聯(lián)網(wǎng)工程中實(shí)現(xiàn)通訊功能至關(guān)重要的一步。
4.1 硬件組態(tài)
一般情況下，各廠商會(huì)提供針對(duì)自家CANopen主站的網(wǎng)絡(luò)組態(tài)工具（未來(lái)如果各廠商設(shè)備基于FDT/DTM技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)工具的互換），如施耐德的Twidosoft，內(nèi)部集成了Twido系列PLC的硬件組態(tài)模塊。以下以Twidosoft3.5版本為例，利用施耐德 USB硬件配置電纜，詳細(xì)介紹如何實(shí)現(xiàn)施耐德的CANopen主站和德國(guó)赫優(yōu)訊CANopen從站NT30-COS-RS的網(wǎng)絡(luò)組態(tài)。這也是實(shí)現(xiàn)通訊功能、書(shū)寫(xiě)控制程序的前提。
在安裝完Twidosoft3.5軟件和USB驅(qū)動(dòng)程序后，打開(kāi)Twidosoft在file—preferences中選擇USB連接方式，新建工程項(xiàng)目，選擇PLC型號(hào)（本文使用TWDLMDA20DRT型號(hào)），在硬件組態(tài)中的擴(kuò)展總線中右鍵添加模塊，添加TWDNCO1M模塊（施耐德 CANopen模塊），可同時(shí)添加多個(gè)模塊，右鍵進(jìn)入配置界面，對(duì)網(wǎng)絡(luò)從站信息進(jìn)行加載與參數(shù)配置。如圖3所示。
圖3. CANopen配置界面
通過(guò) Import按鈕，添加從站EDS文件，德國(guó)赫優(yōu)訊NT30-COS-RS的EDS名為“Nt30cos.eds”，可通過(guò)多種途徑獲得，如赫優(yōu)訊網(wǎng)站、netTAP光盤(pán)或咨詢赫優(yōu)訊上海辦，EDS信息加載后，選中NT30-COS-RS，左下角會(huì)顯示產(chǎn)品的基本信息。此時(shí)即可以雙擊添加從站，可添加多個(gè)從站，根據(jù)施耐德 CANopen主站模塊信息，最多不超過(guò)16個(gè)接受PDO和16個(gè)發(fā)送PDO，如果每個(gè)從站設(shè)備的PDO數(shù)量不同，則連接的從站數(shù)量也將隨之變化。從站地址可根據(jù)從站的實(shí)際地址進(jìn)行對(duì)應(yīng)，通過(guò) 上下鍵進(jìn)行地址的選擇，赫優(yōu)訊NT30-COS-RS的從站地址通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)設(shè)定（一般從站地址的設(shè)定方式有兩種：一種通過(guò)硬件設(shè)定，一種是通過(guò)軟件設(shè)定），設(shè)定從站地址為3。另外需要對(duì)主站監(jiān)控從站狀態(tài)的方式進(jìn)行設(shè)定，可選方式有：保護(hù)時(shí)間、心跳或不設(shè)定，本例中選擇保護(hù)時(shí)間。
在CANopen網(wǎng)絡(luò)設(shè)定中，除了設(shè)定從站地址來(lái)區(qū)分各個(gè)從站節(jié)點(diǎn)外，還有一個(gè)至關(guān)重要的參數(shù)設(shè)定，那就是波特率的設(shè)定，CANopen主站與從站進(jìn)行數(shù)據(jù)交換之前，需要對(duì)波特率的信息進(jìn)行檢查，如果波特率不同，將無(wú)法進(jìn)行通訊連接，波特率必須嚴(yán)格一致。波特率可選項(xiàng)很多，本例選擇250kbs波特率，主站波特率在圖3的右下方設(shè)定，NT30-COS-RS從站通過(guò)赫優(yōu)訊SyCon.net軟件進(jìn)行設(shè)定。
在CANopen從站加載完成，從站地址和波特率關(guān)鍵通訊參數(shù)設(shè)定完成后，需要對(duì)CANopen從站數(shù)據(jù)PDO、SDO進(jìn)行映射和連接。即圖3所示的Mapping和Link內(nèi)容，另外，為了簡(jiǎn)便PLC編程，通過(guò)形參來(lái)代替實(shí)參，使程序具有更好的可讀性，可在Symbol選項(xiàng)中進(jìn)行PDO形參的命名。
4.2 軟件實(shí)現(xiàn)
赫優(yōu)訊netTAP網(wǎng)關(guān)使用非常靈活，通過(guò)赫優(yōu)訊SyCon.net軟件可下載不同的firmware，實(shí)現(xiàn)不同的協(xié)議轉(zhuǎn)換。同時(shí)NT30-COS-RS可通過(guò)軟件配置串口為Modbus RTU主站或從站，設(shè)定所連接串口設(shè)備的各項(xiàng)參數(shù)、IO信息等。以下詳細(xì)闡述NT30-COS-RS的參數(shù)配置過(guò)程，NT30-COS-RS配置工具為SyCon.net，可免費(fèi)在赫優(yōu)訊網(wǎng)上下載、光盤(pán)隨帶或聯(lián)系赫優(yōu)訊上海辦。
圖4. SyCon.net操作界面
如圖4所示，新建項(xiàng)目后，選擇你所使用的netTAP型號(hào)，本例中型號(hào)為NT30-COS-RSI4。左鍵拖放到左側(cè)綠色線上，雙擊后即可對(duì)參數(shù)進(jìn)行配置。
圖5. NT30-COS-RS參數(shù)配置界面
如圖5所示，首先需要在Device選項(xiàng)下，加載firmware固件，在Device Assignment中選擇不同的驅(qū)動(dòng)方式連接至NT30-COS-RS。建立連接后方可下載需要的firmware，而后對(duì)參數(shù)進(jìn)行配置，MODBUS目錄下是串口信息的基本配置，最重要的選項(xiàng)是Modbus主從選項(xiàng)，BUS_COS目錄下是CANopen波特率的設(shè)定，必須與上述施耐德 CANopen主站波特率的設(shè)置一致，同樣選擇250kbs。如果選擇Modbus作為主站，則COMMAND目錄下參數(shù)就非常重要，在這里可設(shè)定所連接的Modbus從站的IO數(shù)據(jù)信息，所連接的從站地址信息等，最多可支持256 Words IO數(shù)據(jù)的設(shè)置，具體見(jiàn)參考[5]。本案中NT30-COS-RS在串口端作為Modbus從站，故無(wú)需修改太多參數(shù)，直接右鍵連接設(shè)備下載即可。
4.3 軟件測(cè)試
以下通過(guò)簡(jiǎn)單的測(cè)試，檢測(cè)CANopen主站是否與NT30-COS-RS從站建立連接。在施耐德 CANopen模塊參考手冊(cè)[1]中可知，Twido系列PLC中有特定的系統(tǒng)位%SW20-%SW27可檢測(cè)CANopen擴(kuò)展模塊所連接CANopen從站的通訊連接狀態(tài)。通過(guò)此狀態(tài)位的值即可查看是否與NT30-COS-RS CANopen從站通訊成功。本例中所連接的從站NT30-COS-RS的地址為3，故通過(guò)讀取%SW21的數(shù)據(jù)即可。
圖6. Twidosoft梯形圖程序
在Twidosoft中通過(guò)梯形圖編程語(yǔ)言編寫(xiě)PLC程序如圖6所示，讀取%SW20和%SW21系統(tǒng)位檢測(cè)從站通訊狀態(tài)。通過(guò)梯形圖編程語(yǔ)言編寫(xiě)好程序后，連接PLC，下載程序，進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，通過(guò)運(yùn)行 動(dòng)畫(huà)按鈕，可獲取%SW20和%SW21系統(tǒng)位的值分別為0和2，對(duì)比施耐德軟件操作手冊(cè)[1]中的系統(tǒng)位解析，可知從站1、2無(wú)連接模塊，從站3連接從站狀態(tài)無(wú)錯(cuò)誤，運(yùn)行狀態(tài)良好。也說(shuō)明了施耐德 CANopen主站模塊與赫優(yōu)訊netTAP系列NT30-COS-RS CANopen從站模塊通訊成功。
5總結(jié)
本文使用赫優(yōu)訊netTAP網(wǎng)關(guān)系列中的NT30-COS-RS CANopen從站與串口協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊，和施耐德 Twido 系列PLC加CANopen主站模塊，利用Twidosoft軟件對(duì)網(wǎng)絡(luò)通訊進(jìn)行參數(shù)配置，利用赫優(yōu)訊SyCon.net軟件對(duì)NT30-COS-RS網(wǎng)關(guān)進(jìn)行參數(shù)配置，并借助于梯形圖編程語(yǔ)言編寫(xiě)Twido PLC的測(cè)試程序，測(cè)試通訊狀態(tài)，測(cè)試結(jié)果說(shuō)明通訊狀態(tài)良好。實(shí)現(xiàn)了赫優(yōu)訊NT30-COS-RS CANopen從站模塊與施耐德 CANopen主站模塊的通訊。希望對(duì)工程聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目有所幫助，同時(shí)赫優(yōu)訊netTAP網(wǎng)關(guān)系列也是非常豐富，希望能給工程應(yīng)用人員帶來(lái)方便，解決工程中遠(yuǎn)程監(jiān)控和聯(lián)網(wǎng)的難題。
參考文獻(xiàn)
[1] Twidosoft軟件參考手冊(cè)V3.2_CN. Schneider （施耐德電氣公司）, 2005.
[2] Twido硬件參考手冊(cè)V3.2_CN. Schneider （施耐德電氣公司）, 2005.
[3] USB口編程電纜使用手冊(cè)_CN. Schneider （施耐德電氣公司）, 2005.
[4] ComProDTM_en. Hilscher Company.（德國(guó)赫優(yōu)訊自動(dòng)化系統(tǒng)有限公司）, 2004.
[5] NtCosMbr_en. Hilscher Company.（德國(guó)赫優(yōu)訊自動(dòng)化系統(tǒng)有限公司）, 2004.
作者簡(jiǎn)介
鄒玉鞋(1980－－) 男 碩士 德國(guó)赫優(yōu)訊自動(dòng)化系統(tǒng)有限公司技術(shù)支持主管 專門(mén)從事工業(yè)自動(dòng)化行業(yè)網(wǎng)絡(luò)研究。