BUS de TERRAIN CANOPEN

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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 Mbd
400 m à 100 Kbd
1000 m à 40 Kbd
Topologie :
Double paire torsadée blindée, avec chainage ou dérivation.
500m à 125Kbits/s
Terminaison
Ligne
Tronçon principal
Chainage
Dérivation
Equipements
Terminaison
Ligne
6m
6m
Exemple de bus de terrain canopen :
schneider
Chainage
DERIVATION
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 bus
Exemple : 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 de
communication).
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.

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