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发布时间:2015-9-6 阅读:767

以太网端口与CANopen通讯的结合
 
 

 
      德国赫优讯最新的网关产品netHOST,相比传统的方案提供了一个完全不同的方案。作为DIN导轨安装的设备,通过原生TCP/IP控制,可以支持赫优讯标准CANopen计算机板卡的所有功能,并遵循CiA 301规约。
 

图:netHOST能够使无PC板卡插槽型紧凑工业PC或其他嵌入式系统通过以太网连接并控制串行总线系统。
 
 
      “不需要本身集成CANopen连接,却能够在一毫秒内控制1000个CANopen IO。”——如果一个PLC系统设计时只提供了一个以太网接口,但是却需要对CANopen设备进行完全地访问,这或者是一条非常具有说服力的广告词。netHOST产品可以作为一个以太网节点来充当这个缺失的CANopen接口。因为TCP/IP协议的简单性以及100Mbit以太网带宽的高速度,因此非常适合替代传统集成串行总线系统的方案。
 
 
以太网与所谓的现场总线间的携手
 
      为了建立现代化的通讯基础设施而使用以太网,能够潜在地节约大量成本。系统的透明性、统一的布线标准、简单的冗余概念以避免停机、快速的处理周期并且具有高度的精准性,这些只是工业以太网其中的一些优势所在。然而不幸的是,机器设计人员不得不在目前市场上同时竞争的6种不同的工业以太网协议间进行选择。有时并不需要仅仅为了得到高一点的性能而实现并支持其中一种从而付出高昂的前期投资。
 
      “工业标准的以太网是否是必须的?大多数情况下,保持串行总线系统并且结合简单的办公室标准的以太网也足够了。”德国赫优讯网关产品经理Armin Beck先生评价工业以太网这一似乎必然发生的转变。事实上,继续使用已有的串行总线系统的潜力也是有道理的。例如,严苛的实时响应通常只在运动控制的应用中有所要求。对于95%以上的其他应用来说,则是完全无关的。低于1毫秒的处理周期仅仅在少数情况下才需要。如果通过串行总线系统进行的机器控制证明是可靠的做法,而现在想要远程通过以太网运行,那netHOST对于这些应用都是可行的方案,提供低至1毫秒的延时并且支持简单的TCP/IP。经测试证明,100Mbit以太网带宽足够通过一条以太网网线安全地同时处理多达五台这样的设备。
 
 
保护串行总线系统设备的投资
 
      赫优讯在回顾销售历史时,观察到一条对于以太网的明显的趋势:特别是在过去两年中,需求已经大幅上升,然而串行总线系统技术仍牢牢占据超过70%的市场份额,并且这一现象将在今后若干年中继续下去。这也意味着机器生产商在很长一段时间内仍需支持这两种系统,这些公司面临着特殊的挑战。“当讨论到新产品的概念时,保护投资对于我们有重要意义。”Beck先生补充道,“因此我们的目的不是简单的用工业以太网代替串行总线系统,而是用一种简单的方法将两种技术结合,从而致力于更大的市场,让用户能够继续使用已经经过验证的现场设备。”由此,就产生了基于TCP/IP的网关的想法。
 
      CiA组织也考虑到了以太网的潮流,开发了CiA 309标准,处理“Interfacing CANopen with TCP/IP”这一主题。作为直接的结果,一些以太网转CANopen网关服务器在市场上推出了,这些产品将TCP/IP编码的CANopen命令一一转发给下层的CANopen系统,从而使得通过以太网进行远程控制。但是,netHOST的原理是不同的,不仅仅是一个简单的服务器。其包含了独立运行的全功能CANopen主站,可以处理组态好的所有节点的发送与接收PDO。所有这些PDO保存在压缩的输入输出过程数据镜像区,一个独立的以太网服务被授权可以访问这个区域。由于这个接口的简单性,netHOST用户不需要关心任何CANopen服务、协议处理以及组态,因此非常易于集成入传统的用来操作循环IO镜像区的PLC系统。并且,netHOST不需要通过CiA 309的服务来对CANopen对象字典进行配置。更简单的是,网络组态可以通过图形化的组态工具快速完成。
 
       除了CANopen的PDO传输,netHOST还支持各种特定服务,例如SDO通讯以及NMT主站操作。节点保护消息同样可以通过以太网应用在诊断缓存中按照节点的顺序进行请求。如果需要的话,还能使用COB-ID过滤功能在任何时候发送并接收底层CAN报文。
 
 
快速响应市场
 
      因此,TCP/IP处理与netHOST间的安全传输。透明传输的报文根据其作用进行编码与分类,仅在报文头中加入若干字节。该编码是赫优讯定义的。使用CiA 309-2或CiA 309-3标准规约通过Modbus/TCP或者ASCII对服务进行编码是远远不够的。netHOST希望实现的是一种全局的,和其支持的所有串行总线系统,比如PROFIBUS、DeviceNet及CANopen都独立的方法。netHOST还支持CiA 309规约没有涵盖的看门狗功能,能够在以太网应用死机的情况下将下层的CANopen系统转入安全状态。
 
      编码逻辑作为C源代码的一部分由赫优讯提供,并关联到一个socket接口,因此兼容任何TCP/IP栈。对于应用程序,其被概括成一个简单的、程序上的与串行总线系统无关的API接口。一些简单的功能,比如打开、关闭、重启、发送、接收或IO交换,保证了最短集成时间下的快速学习曲线。基于RPC原理,这些功能在设备内部进行解码并远程处理。同时为了方便嵌入式编程人员,提供的DLL文件能够使netHOST在Windows系统下直接使用,在Linux系统下则提供了C工具包展示了一个例子实现。
 
      netHOST的API访问函数与赫优讯的平台策略一致,和赫优讯的PC板卡一样,遵循“once installed – everything works(即插即用)”的基本原理。例如,如果用Windows PC板卡的DLL替换netHOST的DLL,那两种产品可以相互替换,不需要修改应用程序。两种DLL具有相同的API。如果之前是通过PC进行的本地控制,现在可以在过程控制层直接通过以太网进行远程控制。“使用相同的API,使netHOST成为了应用于控制柜的专用PC板卡。对于没有PC卡槽的系统,它甚至能直接替换掉诸如PCMCIA接口的PC卡。”Beck先生评论这一通过以太网的访问,“如果系统已经支持赫优讯的PC板卡,也就自动能够支持netHOST的运行了。”
 
      赫优讯能够赢得两类长期客户来把netHOST产品集成入他们的方案中。多年来,这些公司已经订购了相当数量的PC串行总线系统板卡来控制他们的外围部件。然而15年后,这些公司宣布正在开发新一代的控制方案,这些方案能够提供更紧凑的尺寸,同时具有更高的灵活性,但是只能标准的以太网接口通讯。不过,他们同样不希望放弃支持已经建立的串行总线系统技术,因此寻求一种移植到新一代产品的方法。使用传统的TCP/IP栈以及标准的以太网控制器,同时利用现有的编程经验,这些公司能够在最短时间内实现系统集成。如今,他们已经有能力服务于现有的串行总线系统客户以及新的以太网客户。
 
 
未来规划
 
       netHOST产品下一步的开发已经在进行中。今年赫优讯将正式发布这些全新的netHOST产品系列。现在支持的CANopen、PROFIBUS以及DeviceNet产品系列,将会补充支持PROFINET、EtherCAT以及Etherent/IP的型号。通过这种方式,赫优讯将能够响应实时以太网领域对于TCP/IP应用与日俱增的需求。所有型号都将通过基于FDT/DTM技术、独立于总线系统的组态工具进行组态。在某些情况下,目标系统的工程工具已经存在,那通过标准化的XML文件的开放式组态可以作为一个备选方案,大大增加透明性。XML机制将组态数据转化成正确的格式,再转换成二进制文件装载入netHOST中。通过这种方式,设备就能完全集成入任何目标系统中。
 
 
 
 

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