1  產品概述

      1.1  簡介

      MG-CANEX是一款CANopen到Modbus TCP/IP的協議轉換器。設備在CANopen網絡中作為主站，帶NMT網絡管理功能，可連接標準CANopen從站設備。數據傳輸支持PDO、SDO，錯誤控制支持NodeGuarding、Heartbeat。支持同步報文發(fā)送。

      設備在Modbus TCP/IP網絡中作為TCP服務器，可供多個TCP客戶端同時訪問，可接入PLC控制器以及各種上位機組態(tài)軟件。可連接光端機等設備實現遠距離數據傳輸。

      1.2  典型應用

      本產品典型的網絡拓撲圖如“圖1”所示。

圖1.典型的網絡拓撲圖

      2  功能特點

      ◆ 9-36V寬電壓輸入，防反接保護。

      ◆ DC-DC隔離電源，3000V隔離電壓。

      ◆ 雙以太網口，帶交換機功能，支持級聯。

      ◆ 2KV網口隔離保護，10M/100Mbps速率自適應，自動MDI/MDIX翻轉。

      ◆ 支持地址映射模式，實現對TCP客戶端請求的快速響應。

      ◆ 支持多達10個TCP客戶機訪問。

      ◆ 映射模式支持功能碼：0x01,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x0F,0x10。

      ◆ 6KB超大數據緩存區(qū)，數據傳輸量更大。

      ◆ CAN接口支持CANopen、CAN2.0A、CAN2.0B三種工作模式。

      ◆ CAN接口波特率：10K~1Mbps。

      ◆ CANopen協議符合DS301 V4.02，支持NMT主站、PDO、SDO、Node Guarding、Heartbeat。

      ◆ 設備自帶強大診斷功能，實時監(jiān)控從設備通信狀態(tài)。

      ◆ 支持一鍵復位功能，恢復出廠設置。

      ◆ 35mm標準導軌安裝。

      ◆ EMC符合EN 55022:2010 & EN55024:2010 國際標準。

      3  技術參數

      本產品相關技術參數如“表1”所示，請在本產品的參數范圍內使用本產品，以便獲得更好的性能。

表1.技術參數

      4  硬件說明

      4.1  指示燈說明

      設備共有6個LED狀態(tài)指示燈，其符號定義及狀態(tài)說明如“表2”所示。

表2.指示燈說明

      4.2  系統復位

      設備帶有系統復位按鈕RESET，當用戶忘記設備的IP地址及配置端口號而不能連接到網關時，可觸發(fā)復位按鈕。系統參數將恢復出廠設置，復位后可重新下載配置參數。觸發(fā)復位按鈕后，所有LED指示燈被點亮，設備復位完成后指示燈熄滅(PWR除外)。

      4.3  端子定義

      網關接線采用10Pin 3.81mm間距拔插式接線端子，CAN接口及電源端子定義如“圖2”和“表3”所示。

圖2.接線端子

表3.端子定義

      5  產品使用

      5.1  網關工作原理

      5.1.1  透傳模式

      CAN轉以太網網關有兩種工作模式，“透傳模式”和“映射模式”。透傳模式下，以太網端口可選擇“TCP客戶端”或“TCP服務器”模式。以太網端口上接收到的數據被直接轉發(fā)到CAN網絡上，CAN網絡上接收到的數據也被直接轉發(fā)到TCP服務器或TCP客戶端。

      5.1.2  映射模式

      “映射模式”下，CANopen網絡中所有設備的數據都被映射到Modbus TCP數據存儲區(qū)中。CANopen從站設備的的TPDO被映射到Modbus離散量輸入和輸入寄存器區(qū)，RPDO被映射到Modus線圈和保持寄存器區(qū)。當網關接收到從站的TPDO數據后，將數據存儲于Modbus緩沖區(qū)中。當Modbus緩沖區(qū)中的數據發(fā)生改變時，網關將發(fā)送從站RPDO的數據到CANopen網絡中。其數據交換原理如“圖3”所示。

      5.2  數據存儲區(qū)

      數據存儲區(qū)分為6個部分，第一部分為“線圈”(DO)存儲區(qū)域，共8192點。第二部分為“離散量輸入”(DI)存儲區(qū)域，共8192點。第三部分為“輸入寄存器”存儲區(qū)域，共2048個字。第四部分為“保持寄存器”存儲區(qū)域，共2048個字，第五部分為“系統診斷”存儲區(qū)域，存儲CANopen從站配置狀態(tài)，共8個字。訪問“系統診斷區(qū)”可獲得CANopen從站的SDO和PDO配置結果，可用于診斷從站設備是否配置正常。第六部分為“系統控制區(qū)”存儲區(qū)，共108個字，訪問“系統控制區(qū)”可實現CANopen網絡控制。數據存儲區(qū)的分配及地址編碼范圍如“表4”所示。

表4.數據存儲區(qū)地址表

      5.3  網關參數配置

      網關使用前需使用配置軟件經行參數設置，《MG-CANEX Config》配置軟件位于隨機光盤中。雙擊“setup.exe”按提示步驟安裝配置軟件。

      5.3.1  透傳模式配置

      (1).雙擊“MG-CANEX Config”圖標打開配置軟件，設置“CANopen主站”->“協議類型”參數為“CAN2.0A&B”，網關工作在透傳模式下，設置CAN波特率，其他參數無效。

      (2).設置“Modbus TCP/IP服務器”參數，“MAC地址”全為0時，表示不更改MAC地址。“TCP透傳模式”可選擇“TCP服務器”或“TCP客戶端”。網關工作于“TCP服務器”模式時，網關在“IP地址”、“Modbus TCP端口號”上偵聽客戶端的連接請求，建立連接后開始數據傳輸。“TCP客戶端模式”時網關將主動連接“遠程IP地址”、“遠程TCP端口號”上的服務器設備，建立TCP連接通道。

      (3).點擊配置按鈕，輸入設備的下載IP地址及端口號，然后點擊下載按鈕，下載配置參數到網關設備。設備自動重啟后進入正常工作狀態(tài)。

      5.3.2  映射模式配置

      在CANopen協議模式下，需先添加CANopen從站設備，設置從站參數，再依次添加SDO、PDO通信對象。

     (1).設置“CANpen主站”->“協議類型”為“CANopen”模式，設備將工作于地址映射模式。設置“CAN波特率”，其他參數可采用默認值。

      (2).設置“Modbus TCP/IP服務器”參數，“MAC地址”全為0時，表示不更改MAC地址。配置IP地址、子網掩碼、網關、Modbus TCP端口號、配置端口號等參數。

      (3).選中“CANopen主站”，單擊鼠標右鍵添加從站節(jié)點。

      (4).單擊從站節(jié)點可更改節(jié)點名稱，設置從站“節(jié)點地址”、“從站錯誤控制協議”、“心跳包周期”、“節(jié)點自啟動使能”等參數。

      (5).選中從站設備，單擊右鍵添加命令，可選擇TPDO、RPDO、SDO_Download、SDO_Upload四種CANopen命令。

      (6).設置TPDO參數，設置TPDO標識符，當“TPDO序號”小于5時，“TPDO COB-ID”標識符可使用CANopen協議預定義的標識符（選擇“使用預定義標識符”），大于5時只能選擇手動分配COB-ID（選擇“自定義標識符”）。“傳輸類型”可選擇“異步，制造商特定”、“異步，設備描述特定”，一般情況下選“異步，設備描述特定”。設置“Modbus映射存儲區(qū)”、“Modbus映射起始地址”、“映射數據長度”。TPDO為網關輸入數據，被映射到Modbus輸入數據區(qū)（離散量輸入或輸入寄存器），起始地址為本地Modbus存儲區(qū)存儲該TPDO數據的起始地址。數據長度為映射到Modbus存儲區(qū)的數據量。

      (7).設置RPDO參數，設置RPDO標識符，當“RPDO序號”小于5時，“RPDO COB-ID”標識符可使用CANopen協議預定義的標識符（選擇“使用預定義標識符”），大于5時只能選擇手動分配COB-ID（選擇“自定義標識符”）。“傳輸類型”可選擇“異步，制造商特定”、“異步，設備描述特定”，一般情況下選“異步，設備描述特定”。設置“Modbus映射存儲區(qū)”、“Modbus映射起始地址”、“映射數據長度”。RPDO為網關輸出數據，被映射到Modbus輸出數據區(qū)（線圈輸出或保持寄存器），起始地址為本地Modbus存儲區(qū)存儲該RPDO數據的起始地址。數據長度為映射到Modbus存儲區(qū)的數據量。

      (8).設置SDO_Upload參數，SDO上傳的數據被存儲到輸入寄存器區(qū)，設置輸入的數據長度、映射區(qū)起始地址、SDO對象索引及子索引號。

      9).設置SDO_Download參數，設置對象索引及子索引號，設置下載對象的數據長度及下載的數據值（具體參考從站的操作手冊）。

      (10).點擊配置按鈕，輸入設備的下載IP地址及端口號，然后點擊下載按鈕，下載配置參數到網關設備。設備自動重啟后進入正常工作狀態(tài)。

      5.4  CANopen網絡控制

      5.4.1  系統診斷

      系統診斷區(qū)用于指示CANopen網絡中的從站配置結果，地址范圍為0x8000~0x8007共8個字，包括“SDO錯誤指示區(qū)”和“PDO錯誤指示區(qū)”。其數據編碼格式如“表5”所示。

表5.系統診斷區(qū)數據編碼格式

      當預定義的SDO上傳或SDO下載傳輸失敗時，SDO錯誤指示區(qū)將保存首個傳輸失敗的SDO相關參數，同時ERR位被置1指示SDO傳輸出錯。終止代碼表明了傳輸失敗的原因，用戶可以讀取這個區(qū)域用于判斷從站SDO配置是否正常，以便重新調整SDO參數。

      當PDO通信參數配置失敗時，PDO錯誤指示區(qū)將保存首個配置失敗的PDO相關參數，ERR位被置1指示PDO通信參數配置失敗。終止代碼表明了配置失敗的原因，用戶可以讀取這個區(qū)域用于判斷從站PDO參數配置是否正常。診斷區(qū)域所有數據為只讀，Modbus TCP客戶機可通過0x04功能碼讀取各項數據。

      5.4.2  NMT網絡管理

      CANopen NMT網絡管理功能可通過對“系統控制區(qū)”中NMT控制域的讀寫操作來實現，NMT控制寄存器地址范圍為0x8000~0x8040。Modbus TCP客戶機可通過0x03、0x06、0x0F功能碼訪問該寄存器組，其數據具體編碼格式如“表6”所示。

      注：系統控制區(qū)寄存器RO為只讀、RW為可讀可寫、RW0為可讀但只能寫0.

      NMT命令字為網絡管理控制命令，有效命令字取值如下：

      0x01：啟動遠程節(jié)點。

      0x02：停止遠程節(jié)點。

      0x80：進入預操作狀態(tài)。

      0x81：復位節(jié)點。

      0x82：復位通信。

      寫入其他的NMT命令值將會被忽略。觸發(fā)位由0變成1時，將啟動一次NMT命令的發(fā)送，NMT從站地址為遠程節(jié)點地址，取值為1-127,0代表廣播地址。

      NMT狀態(tài)包含當前網絡中所有從站的當前狀態(tài)（要獲得有效的從站狀態(tài)，必須啟動從站的錯誤控制功能Node Guarding或Heartbeat），從站狀態(tài)內容為只讀，寫入任何值都將會被忽略，狀態(tài)值對應的狀態(tài)如“表7”所示。初始化狀態(tài)表示主站收到該從站的Boot-up啟動報文，當主站查詢從站狀態(tài)超時或接收從站心跳包超時時，表示從站離線，當收到從站的狀態(tài)信息時，處于停止、操作、預操作三種狀態(tài)，當未收到任何從站狀態(tài)信息時為未知狀態(tài)。

表7.從站狀態(tài)列表

      5.4.3  EMCY緊急報文

      CANopen EMCY緊急報文功能可通過對“系統控制區(qū)”中EMCY控制域的讀寫操作來實現，EMCY控制寄存器地址范圍為0x8041~0x8045。Modbus TCP客戶機可通過0x03、0x06、0x0F功能碼訪問該寄存器組，其數據具體編碼格式如“表8”所示

表8.EMCY控制寄存器編碼格式

      EMCYMODE位用于設置新的緊急報文到來時的處理方式，如果有舊的緊急報文未被讀取（EMCYNE=1)，同時接收到新的緊急報文時，溢出標志EMCYOV被置1。當EMCYMODE=0時，新的緊急報文被丟棄，當EMCYMODE=1時，則覆蓋先前未讀取的緊急報文數據。若EMCYNE=0，收到新的緊急報文時直接保存新的緊急報文數據。

      EMCYOV位用于指示緊急報文溢出，當緊急報文非空位EMCYNE為1時，收到新的緊急報文后，溢出標志EMCYOV將被置1，新的緊急報文處理方式由EMCYMODE位決定。當緊急報文數據被讀取后，需要將溢出標志清零。

      EMCYNE位為緊急報文非空指示位，當收到緊急報文時此位被自動置1，當緊急報文數據被讀取后，需要將非空標志清零，以便存儲下一幀緊急報文。

      NMT從站地址為發(fā)送EMCY緊急報文的節(jié)點ID號，有效取值為1-127。

      Error Code錯誤代碼為16位，其錯誤代碼的值定義見“附錄.CANopen協議簡介”。

      Error-Register錯誤寄存器為發(fā)送緊急報文節(jié)點的對象字典中1001h對象的值。 Msef-Error Data為制造商特定錯誤域的值，共5個字節(jié)。

      5.4.4  SDO服務數據對象

      SDO的在線讀寫功能可通過對“系統控制區(qū)”中SDO控制域的讀寫操作來實現，SDO控制寄存器地址范圍為0x8046~0x806B。Modbus TCP客戶機可通過0x03、0x06、0x0F功能碼訪問該寄存器組，其數據具體編碼格式如“表9”所示。

表9.SDO控制寄存器編碼格式

      對象索引Index，子索引SubIndex為將要訪問的對象參數。SDO服務器從站號有效地址范圍為1-127。

     對象字典的數據類型Data Type定義如“表10”所示。

表10. 對象字典數據類型

      觸發(fā)位由0變1時將觸發(fā)一次SDO的傳送。

      U/D位用于設置SDO讀寫模式，為0時表示SDO上傳，為1時表示SDO下載。

      字節(jié)長度有效取值范圍為1-32，因此SDO在線讀寫最大支持32字節(jié)的數據傳送。當傳輸為SDO下載時，此值需正確填寫，數據長度為需要下載的數據長度。當傳輸為SDO上傳時，寫入此值將會被忽略，SDO讀取完成后此值表示讀取的有效數據長度。

      SDODONE指示SDO傳輸完成，當一次SDO傳輸完成時該位被置1，需手動清零，無論SDO此次傳輸成功還是失敗，SDODONE都會被置1。

      SDOERR指示SDO傳輸失敗，當SDO傳輸失敗時，此位被置1，此時中止代碼Abort Code指示了SDO傳輸失敗的原因，該位需手動清零。

      SDOBUSY指示SDO客戶端忙，正在和服務器通訊，當此位為1時，不能開始新的SDO傳輸，任何0到1的SDO觸發(fā)都將會被忽略。

      Abort Code指示SDO傳輸失敗的原因。錯誤代碼見“附錄.CANopen協議簡介”。

      SDO-Data區(qū)域為SDO數據區(qū)，當為SDO下載時，啟動SDO傳輸之前需先填充SDO數據。當為SDO上傳時，此區(qū)域包含讀取的SDO數據。

6  安裝尺寸

      附錄：CANopen協議簡介

      1  CANopen 概述

      CANopen是一種架構在控制局域網絡（control Area Network，CAN）上的高層通訊協定，CANopen協議簇包括通訊子協議及設備子協議，是工業(yè)控制常用的一種現場總線，CANopen的高實時性使其在伺服系統中得到廣泛運用。

      CANopen網絡中的數據包用標識符區(qū)分，CANopen預定義的主從連接集對應的COB-ID標識符范圍如下：

預定義主/從連接集

      2  NMT網絡管理

      CANopen網絡中數據采用多種傳輸模式。 NMT網絡管理采用 主機-從機 模式，在一個CANopen網絡中，有一個NMT主機，多個NMT從機。NMT主機可通過NMT命令控制從機設備的啟停狀態(tài)。NMT狀態(tài)圖如下：

NMT狀態(tài)機

NMT狀態(tài)的轉變

NMT消息格式如下：

      NMT命令COB-ID固定為0x000，Node-ID為需要控制的節(jié)點地址。0為廣播地址。

      CS命令字說明：

      01h=start_remote_node   81h=reset_node

      02h=stop_remote_node    82h=reset_communication

      80h=enter_pre-operational

      3  服務數據對象SDO

      SDO通信采用 客戶機-服務器 模式，SDO用來訪問一個設備的對象字典。訪問者被稱作客戶機(client)，對象字典被訪問且提供所請求服務的CANopen設備別稱作服務器(server)。客戶機的CAN報文和服務器的應答CAN報文總是包含8字節(jié)數據（盡管不是所有的數據字節(jié)都一定有意義）。一個客戶的請求一定有來自服務器的應答。

      SDO有2種傳送機制：

      加速傳送（Expedited transfer）  ： 最多傳輸4字節(jié)數據

      分段傳送（Segmented transfer） ： 傳輸數據長度大于4字節(jié)

      4  SDO傳輸協議

      SDO中實現了5個請求/應答協議：啟動域下載、域分段下載、啟動域上傳、域分段上傳和域傳送中止。

這些協議的SDO 命令字（SDO CAN報文的第一個字節(jié)）語法和細節(jié)在下面部分說明： （‘－’表示不相關，應為0）。

（1）啟動域下載協議

      說明：

• n ： 如果e=1，且s=1，則有效，否則為0；表示數據部分中無意義數據的字節(jié)數（字節(jié)8－n到7數據無意義）。
• e ：0 = 正常傳送，1 = 加速傳送。
• s ： 是否指明數據長度，0 = 數據長度未指明，1 = 數據長度指明。
• e = 0， s =0： 由CiA保留。
• e =0， s = 1 ： 數據字節(jié)為字節(jié)計數器，byte 4是數據低位部分（LSB），byte7是數據高位部分（MSB）。
• e = 1 ： 數據字節(jié)為將要下載（download）的數據。

     （2）啟動域上傳協議

      說明：n，e，s： 與啟動域下載相同。

     （3）域分段下載協議

      說明：

•  n ：無意義的數據字節(jié)數。如果沒有指明段長度，則為0。
•  c ：0 = 有后續(xù)分段需要download，1 = 最后一個段。
•  t ： 觸發(fā)位，后續(xù)每個分段交替清零和置位（第一次傳送為0，等效于request/response）。

     （4）域分段上傳協議

      說明：n，c，t ： 與域分段下載相同。

    （5）SDO 客戶或服務器通過發(fā)出如下格式的報文來中止SDO傳送：

     在域傳送中止報文中，數據字節(jié)1和2表示對象索引，字節(jié)3表示子索引，字節(jié)4到7包含32位中止碼，描述中止報文傳送原因，見表3-4所示。

表3-4：16進制中止代碼表（字節(jié)4到7）

      錯誤寄存器(Error Register)在設備的對象字典（索引0x1001）中，表3-6說明了錯誤寄存器的位定義。設備可以將內部錯誤映射到這個狀態(tài)字節(jié)中，并可以快速查看當前錯誤。

表3-6： 8位錯誤寄存器位定義

      制造商特定錯誤區(qū)域可能包含與設備相關的其它的錯誤信息。

      6  過程數據對象PDO 

      PDO對象用來傳輸實時數據，PDO對象采用 生產者-消費者 模式。數據從一個生產者傳到多個消費者。數據傳送限制在1-8個字節(jié)（例如：一個PDO可以傳輸最多64個數字I/O值，或者4個16位的AD 值）。PDO通訊沒有額外的協議規(guī)定。PDO有兩種類型的使用：即數據發(fā)送和數據接收。他們以TPDO和RPDO區(qū)分；

      RPDO通信參數索引=1400h+RPDO編號-1

      TPDO通信參數索引=1800h+TPDO編號-1

      RPDO映射參數索引=1600h+RPDO編號-1

      TPDO映射參數索引=1A00+TPDO編號-1

      PDO傳輸模式：

      同步傳輸：同步傳輸（通過接收同步對象實現同步），同步傳輸又可分為非周期和周期傳輸。非周期傳輸是由遠程幀預觸發(fā)或者由設備子協議中規(guī)定的對象特定事件預觸發(fā)傳送。周期傳輸則是通過接收同步對象（SYNC）來實現，可以設置1~240個同步對象觸發(fā)；

      異步傳輸：異步傳輸（由特定事件觸發(fā)），其觸發(fā)方式可有兩種方式，第一種是通過發(fā)送與PDO的COB-ID相同的遠程幀來觸發(fā)PDO的發(fā)送，第二種是由設備子協議中規(guī)定的對象特定事件來觸發(fā)（例如，定時傳輸，數據變化傳輸等）。

      PDO通信參數子02h為PDO的傳輸類型，其定義了觸發(fā)TPDO傳輸或處理收到的RPDO索引的方法，如表所列：

      四川零點自動化系統有限公司

      地址：四川省綿陽市科創(chuàng)區(qū)園興東街168號（珂瑞得園區(qū)內）

      電話：0816-2530577  

      咨詢熱線：400-1024-485                

      傳真：0816-2538289                      

      郵編：621000

      網址：www.odot.com.cn

      電郵：sales@odot.com.cn