BUS de TERRAIN

CANOPEN

Qu’est ce que CANopen ?

Développé à l’origine pour les systèmes embarqués des véhicules automobiles, le bus de communication CAN (Controller Area Network) est maintenant utilisé dans de nombreux domaines comme :

• le transport,• les équipements mobiles,• les équipements médicaux,• le bâtiment,• le contrôle industriel.

Les points forts du système CAN sont les suivants :– Le système d’allocation du bus,– La détection des erreurs,– La fiabilité des échanges de données. Utilisation temps réel

possible car un temps maximal entre l’émission et la réception des trames pour un processus quelconque peut être défini

– Transmission des données séries, basée sur le CAN,– Jusqu’à 1 Mbit/s,– Efficacité d’environ 57 %,– Jusqu’à 127 noeuds (équipements),– Possibilité de plusieurs maîtres,– Inter-opérabilités de différents équipements provenant de

différents fabricants

Topologie bus

Structure maître/esclave• Le bus CAN possède une structure maître/esclave pour la gestion du bus.

• Le maître gère• l’initialisation des esclaves,• les erreurs de communication,• les statuts des esclaves.

Communication peer to peer (consommateur/producteur)• Les communications sur le bus fonctionnent en peer to peer, à tout

moment, chaque équipement peut envoyer une requête sur le bus et les équipements concernés répondent. La priorité des requêtes circulant sur le bus est déterminée par un identifiant au niveau de chaque message.

Caractéristiques physiques• La transmission des données s’effectue sur une paire

torsadée plus une masse par émission différentielle, c’est-à-dire que l’on mesure la différence de tension entre les deux lignes (CAN H et CAN L). La ligne du bus doit se terminer par des résistances de 120 Ω à chacun des bouts.

• Le blindage des câbles est recommandé pour des longues distances et pour des environnements bruyants.

Longueur bus / débit :40 m à 1 Mbd400 m à 100 Kbd1000 m à 40 Kbd

Topologie :Double paire torsadée blindée, avec chainage ou dérivation.

DérivationChainageTerminaison

Ligne

TerminaisonLigne

Equipements

500m à 125Kbits/s

6m

6m

Tronçon principal

DERIVATION

Chainage

Exemple de bus de terrain canopen : schneider

Longueur du bus• La longueur du bus dépend du délai de propagation sur les

lignes physiques du bus• L’amplitude du signal qui varie en fonction de la résistance du

câble et de l’impédance d’entrée des nœuds.Conséquence => lien entre débit et distance• Comme toutes les stations peuvent émettre simultanément, la

durée de chaque bit doit être assez longue pour que chaque station ait le temps de détecter une collision.

Configuration du réseau : longueur et vitesse de transmission.

La vitesse de transmission dépend étroitement de la longueur du bus et du type de câbles utilisés, mais aussi du nombre de nœuds.

Il faut :- Evaluer la longueur des câbles (en tenant comptes des coudes par

ex)- Connaitre le nombre de stations connectées ou à connecter dans

une évolution future.

Ce travail se réalise avec des tableaux fournis par les constructeurs (ex Schneider) ou avec le logiciel de configuration et programmation des appareils (Siemens).

Exemple 1 : avec 32 esclaves (Schneider)

Exemple 2 : avec 100 esclaves (Schneider)

Configuration du réseau : paramétrage de l’adresse et de la vitesse du matériel

Il y a 128 adresses possibles avec canopen. Les esclaves ne doivent pas avoir l’adresse 0. Chaque appareil doit avoir son adresse propre, indépendante de leur position dans le réseau.

Exemple : Variateur SEW paramétré à l’adresse physique 9.

Paramétrage de la vitesse du busExemple : Variateur SEW paramétré à la fréquence de transmission de 500

Kbaud

Les données transmises :

• Le NRZ• Le faisceau de bits transitant sur le bus est codé avec la méthode du

NRZ (Non Return To Zero).• Pendant la durée totale du bit, le niveau de tension de la ligne est

maintenu, c’est-à-dire que pendant toute la durée durant laquelle un bit est généré, sa valeur reste constante qu’elle soit dominante ou récessive.

Les données transmises :

• Le bit stuffing• Une des caractéristiques du codage NRZ est que le niveau du bit est

maintenu pendant toute sa durée. Cela pose des problèmes de fiabilité si un grand nombre de bits identiques se succèdent. La technique du Bit Stuffing impose au transmetteur d’ajouter automatiquement un bit de valeur opposée lorsqu’il détecte 5 bits consécutifs dans les valeurs à transmettre.

Programmation :

• CANopen définit une couche d’application et un profil de communication basé sur CAN. CANopen défini les objets de communication (messages) suivants :

• Objet données processus (PDO),• Objet données service (SDO),• Objet gestion réseau (NMT),• Objet fonction spéciale (SYNC, EMCY, TIME).

PDO / SDO / COB-ID• PDO = Process Data Object (ou objet données de process). Trame CANopen contenant des données E/S.

• SDO = Service Data Object (ou objet données de service). Trames CANopen contenant des paramètres.

• COB-ID = Communication Object Identifier (ou identifiant d'objet decommunication).

Chaque trame CANopen commence par un identifiant COB-ID qui joue ici le rôle d'identifiant de trame CAN. Pendant la phase de configuration, chaque noeud reçoit le(s) COB-ID des trames qu'il fournit et ceux des trames qu'il consomme.

PDO – Process Data Object

• Un PDO véhicule l’information du processus– Etat des entrées analogiques et tout ou rien.– Etat des sorties.

• Selon la configuration, un PDO est envoyé– Sur réception d’un télégramme d’une autre station.– Sur un évènement interne de l’esclave :

• changement d’état d’une entrée.

– Sur réception du message SYNC.– De façon périodique après N SYNC– Intervalle minimum entre 2 envois successifs, pour éviter le

surcharge.• Avantage

– Un seul message SYNC peut déclencher l’envoi de tous les PDO des différentes stations.

– Gestion efficace de la bande passante.