Einführung CANopen

CANopen wurde von den Mitgliedern der internationalen Anwender- und Herstellervereinigung CAN in Automation (CiA) entwickelt. Die CANopen-Anwendungsschicht definiert verschiedene Kommunikationsdienste und Protokolle (z.B. Prozess- und Servicedaten) sowie ein Netzwerkmanagment.

CANopen wird hauptsächlich als eingebettetes Netzwerk in Maschinen, aber auch als generelles industrielles Kommunikationssystem verwendet. Es basiert auf den internationalen Normen ISO 11898-1 (CAN-Protokoll) und ISO 11898-2 (Schnelle physikalische Übertragungsschicht). Die CANopen Anwendungsschicht ist als EN 50325-4 von der CENELEC genormt.

Das CANopen Protokoll ist ein standardisiertes Schicht-7 Protokoll für den CAN Bus. Durch das Protokoll CANopen wird einerseits das „Wie“ der Kommunikation festgelegt, also mit welchen Telegrammen (d.h. Identifier) die Geräte angesprochen werden können. In CANopen sind Mechanismen zum Austausch von Prozessdaten in Echtzeit ebenso implementiert wie die Übertragung großer Datenmengen oder das Senden von Alarm-Telegrammen. Andererseits wird durch CANopen das „Was“ der Kommunikation festgelegt, das heißt ein Parameter zur Einstellung eines Gerätes wird über eine definierte Schnittstelle angesprochen (Geräteprofil oder Applikationsprofil).
Diese sogenannten CANopen-Profile sind in Tabellenform (Objektverzeichnis) organisiert. Allen Geräteprofilen gemeinsam ist das sogenannte „Kommunikationsprofil“ durch welches grundlegende Gerätedaten abgefragt bzw. eingestellt werden können. Zu diesen Daten zählen beispielsweise die Gerätebezeichnung, Hardware- und Software-Version, Fehlerstatus, verwendete CAN Identifier und viele weitere Parameter. Die Geräteprofile beschreiben die besonderen Fähigkeiten bzw. Parameter einer „Klasse“ von Geräten. Bislang wurden Geräteprofile definiert für digitale bzw. analoge E/A-Geräte, Antriebe, Sensoren und Regler, Programmierbare Steuerungen, Encoder, Medizintechnik, Öffentlicher Nahverkehr, Batterien und Extrusionsanlagen, um nur einige zu nennen.

Die Geräteprofile setzen auf dem Kommunikationsprofil CiA 301 auf. Der modulare Aufbau und das standardisierte Format hat für den Anwender zwei Vorteile: Erstens muss er sich bei der Anlagenkonzeption nur mit den Profilen auseinandersetzen, die für die Applikation relevant sind (z.B. digitale E/A Baugruppen). Zweitens kann man aus einer Vielzahl von am Markt verfügbaren Geräten eine Auswahl treffen, die alle in identischer Weise angesprochen werden und Prozessinformationen liefern.

Das Objektverzeichnis beschreibt den kompletten Funktionsumfang (Parameter) eines CANopen-Gerätes und ist in Tabellenform organisiert. Im Objektverzeichnis sind nicht nur die standardisierten Datentypen und Objekte des CANopen-Kommunikationsprofils sowie der Geräteprofile enthalten, sondern gegebenenfalls auch hersteller-spezifische Objekte und Datentypen. Die Adressierung der Einträge erfolgt mit Hilfe eines 16- Bit-Indizes (Reihenadresse der Tabelle, maximal 65536 Einträge) und eines 8-Bit-Subindizes (Spaltenadresse der Tabelle, maximal 256 Einträge). Somit lassen sich zusammengehörige Objekte leicht gruppieren. Die Struktur dieses CANopen Objektverzeichnisses ist im folgenden Bild dargestellt.