今回の記事では750-8215 Controller PFC200がCANOPENのMasterとして立ち上げ、ZILA社のCANOPEN Sensor TSR-CAN-03と通信します。どうぞよろしくお願いします。

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Wago 750-8215 CAN Interface

Wagoの750-8215でCAN Masterを立ち上げるには、X4 9-Pin Male Portを使用します。

X4 Pin Assignment

こちらはX4 のPin図です。

Resistor

CAN Nodeに124Ohmの終端抵抗をいれてください。

LED-CAN

Wagoの720-8215 CPUにCANのLEDがあり、現在のCAN Bus通信状態を示しています。

赤はエラーあり、緑は通信中、OFFはCAN BUS有効してません。

Proess IO Max

最大のProcess IOは2000 Wordsまでです。

CANOPEN?

以下のLinkから参照しています。

https://monoist.itmedia.co.jp/mn/articles/0903/06/news125.html

CANは、自動車のECU（Electronic Control Unit：電子制御装置）のネットワーク制御のために開発された通信規格です。ISO（International Organization for Standardization：国際標準化機構） 11898として国際規格化され、世界中の自動車メーカーが車両ネットワークの制御に使用しています。

Version

CANOPENは CAN2.0 AとCAN2.0Bがあり、そしていまCAN FDのさらに進化バージョンがリリースされますが、ここでは触れません。

CAN2.0Aでは11BitのNode ID、8 ByteデータとSpeedは1Mbpsまでです。
CAN2.0Bでは11/29BitのNode ID、8 ByteデータとSpeedは1Mbpsまでです。
CAN FDでは11/29BitのNode ID、64 ByteデータとSpeedは10Mbps+です。

Hardwareを選定してるときに該当するNodeデバイスはどっちのVersionをSupportしてるかを必ず確認してください。

そして現在の工業ProtocolではCANベースで発展されるものが多く、例えば工業I/Oでよく使われているDeviceNet、CANOPEN、CANOPEN FDなどです。

Data Definition

CAN データはBitからByteまで、CANOPENはLittle Endianを使用します。対応できるData Typeは；

UNSIGNED8・UNSIGNED16・UNSIGNED32
INTEGER8・INTEGER16・INTEGER32
FLOAT・TIME・STRING
などなど…

Data Addressing

CANOPENのData Typeを理解した上で、次はAddressingのコンセプトを話したいと思います。CANOPENではDataをObjectで管理します。それだけではイメージしづらいのでExcelのTableだと思ってください。そのTableは16Bit Index・8Bit Subindex・24Bit データの構造であり、Indexの範囲によってデータの使い道を切り分けます。

1000hからはCANOPEN パラメタ
2000hからはメーカ指定
6000hからはDevice Profileから定義する

になります。

ExcelのTableだとイメージしたらこうなります。

Index	Sub-Index	Data Type	Description
1000h	0	UNSIGNED32	Device Type
1001h	0	UNSIGNED8	Error Regisiter
…
1008h	0	UNSIGNED8	=4、SubIndexの数と同じになります。
1008h	1	UNSIGNED32	Vendor ID
1008h	2	UNSIGNED32	Device Code
1008h	3	UNSIGNED32	Revision Number
1008h	4	UNSIGNED32	Serial Number

Nodes & Network

CANOPENでは最大127NodeでIDが重複できません。

もしネットワーク上でNodes数がさらに増やしたいであれば、GatewayやBridgeの増設によりネットワークの拡張で最大255までが可能です。

Network Management

CANOPENはネットワーク内のすべてのNodeから基本の情報を取得できます。たとえば、

Boostup message
- NodeがPower UpしてるときやResetされたらCANOPEN MasterにそのBoostup messageに送ります。
Heatbeat Message
Emergericies

そしてCANOPEN Masterが各Nodeに対してリセットやOperation状態の変更などの操作ができます。

Service & Data Access Protocol

CANOPENではいくつかのServicesやData Accessの方法を提供しています。

SDO/USDO(Service Data Object/Universal Data Object)
- SDOはNodeのパラメータにすべてアクセスできます。
- RequestとResponseベース通信
- Node 診断
- Node設定
PDO(Process Data Object)
- 最適化されたモデルからNodeに必要な情報を取得できます。
- 周期通信・Base On Event・Base On Changeなど。

Process Data Object(PDO)

今回の記事ではPDOだけの通信なので、PDOのことをもう少し話しますね。PDO(Process Data Object)はUserがNodeの中の複数のDictionary Entriesからデータを取得し一つのメッセージとしてまとめることができます。そうなりますと、メッセージの中にはByteだけのデータになります。

では、以下の例でPDO Mappingのコンセプトを説明します。

このPDOでは：

0Byte目はIndex6000hのSubIndex1の8チャンネル入力1です。
1Byte目はIndex6000hのSubIndex2の8チャンネル入力2です。
2-3Byte目はIndex6400hのSubIndex1のアナログチャンネル入力1です。
4-5Byte目はIndex6400hのSubIndex2のアナログチャンネル入力2です。

最後はNodeがいくつ違うDictionary EntriesのデータをまとめてMasterに送信します。

PDO Mappingはそれでも少しイメージしつらいならプログラム言語のPointerだと思ってください。このPointerは32Bitの構造で、

16Bit Index
8Bit Subindex
8Bit Data Length

が含まれています。

話が少し先になりますが、例えば今回使用するZILA社のEDS Fileからみますと、

PDO 1A00Sub1ではDefault Valueは0x71300110になります。

このように0x71300110では、0x7130はIndexで、01=SubIndex、10=Data Length(10進数で16、つまり16Bitデータ)になります。

まとめになりますと、

TPDO	RPDO
Transit PDO	Receive PDO
TPDO 1-512	RPDO 1-512
SubIndex0=MappedされたEntries数	SubIndex0=MappedされたEntries数
SubIndex1-n=ItemのIndex	SubIndex1-n=ItemのIndex

Profies Available

CANOPENを使用する一つ大きなメリットはDevice ProfileがSupportすることです。そのDevice Profileは該当するNodeに対して必要なパラメータ・データ通信もすべて記述されています。例えば、

CiA401 Generic I/O
CiA402 Drives And Motion Control
CiA406 Econder

などなどです。

Summary

CANOPENの話が長くなりましたが、ここで簡単なまとめをします。CANやCAN FDがHigher Layerの実装がないとCANのメリットを100%引き出すことができなく、そこにDeviceNET/J1939や今回話してるCANOPENが実装されることでCANの機能を引き出せます。

CANOPENにはPDOとSDOがあります。

SDOはMax 4Byte リクエスト・8Byte Segmentです。

PDOは最大PDO 8Byteです。

そしてCANOPENはデータ通信Protocolであり、NodeIDは重複できなく、SDOはNodeデータやパラメータをFullアクセスできます。PDOは最適化されたData Protocolです。

最後にCANOPEN

ではDevice And Application ProfiesがSupportします。

ZILA Sesnor Side

下図は今回の記事で使用するZILA 社の温度計です。SensorはCANopen 2.0 A Supportし、検知できる温度は -40…+80 °Cまでになります。

Pin assignment

こちらはSensorからのPin図視点です。

Pin	Description
1	プログラムPinで、使用しないでください
2	電源24v
3	GND/CAN_GND
4	CAN_H
5	CAN_L

PDO Mapping

Byte 0-1 temperature measurement

Byte1(LSD) + Byte2(MSB)に合わせて温度のPV値になります。例えば00F2hは10進数242なので24.2になります。

Byte2-3Not Used

Byte2-3は使用しない、常に0です。

Byte4-5AD Value

Bye4-5は温度検知のAnalog値です。

Byte6-SDO object 6600h alarm status

0=アラームなし、1=アラームあります。

Byte7-SDO object 1001h Error Register

Bit	Error	Description
0	Generic Error	Hardware問題
1	EEPROM Error	CAN SensorにEEPROMデータ書き込み失敗(Hardware問題あり)
4	Communication Error	通信エラー
5	Alarm Error	いま現在値は1つ以上Alarm値に超えた