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Protocollo CANopen: Il futuro della comunicazione

Se siete nuovi al mondo dei controllori logici programmabili (PLC), forse vi starete chiedendo il perché dell’importanza di CANopen in questo settore.

Esistono da molto tempo e per una buona ragione: sono dispositivi incredibilmente utili. Ma cosa fanno esattamente? E come possono aiutare la vostra azienda?

In questo articolo, discuteremo cos’è CANopen, come funziona e alcuni dei suoi principali vantaggi.

CANopen, andiamo a scoprirlo insieme

Il protocollo di comunicazione CANopen (sistema can bus) è un protocollo di messaggistica che consente ai dispositivi elettronici di comunicare tra loro. Viene utilizzato in diversi settori, tra cui quello automobilistico, della robotica,in ambito industriale e dell’automazione delle macchine.

Definita dall’iso international standard il protocollo CANopen, conforme alla norma 11898-1, si basa sul protocollo della comunicazione industriale.

Nel progetto osi open system interconnection il modello a sette livelli di CANopen implementa il livello di collegamento dati.

Come funziona CANopen?

CANopen è un protocollo di comunicazione utilizzato per la comunicazione industriale.

Viene definito dall’iso international standard organization ISO e si basa sul protocollo Controller Area Network (Can) per regolare lo scambio di dati.

Per comunicare utilizzando CANopen, devono essere “abilitati a CANopen”.

Ciò significa che dispongono dell’hardware e del software necessari per comunicare utilizzando questo protocollo in comune.

Protocollo di comunicazione CANopen, le sue caratteristiche

L’Open Network Protocol (ONP) è un meccanismo di comunicazione seriale broadcast che consente un controllo distribuito in real time mantenendo un elevato grado di sicurezza: è stato certificato secondo lo standard EN 50325-4 dalla legislazione europea. Essendo basato sul principio produttore-consumatore, questo bus di campo non può essere considerato un tradizionale sistema master-slave.

I messaggi CANopen sono oggetti di comunicazione standardizzati come:

  • oggetto dati di processo” (PDO) per lo scambio di dati ciclico e aciclico
  • network management” (NMT) per l’inizializzazione e il monitoraggio della rete
  • timbro temporale” (TIME) per la sincronizzazione real time
  • messaggio di emergenza” (EMERGENCY) per la trasmissione immediata di stati di errore.

Il Protocollo CANopen supporta anche oggetti di comunicazione speciali come:

– mappatura dei messaggi (MM)

– profilo di comunicazione (CiA 301)

e definisce il profilo di diversi protocolli e servizi che vengono utilizzati per accedere a questi oggetti di comunicazione.

I più comuni sono:

– protocollo dei dati di processo (PDP)

– protocollo di gestione della rete (NMP)

Can Bus e Bus di Campo

Un bus can è un tipo di bus di comunicazione seriale che consente a più dispositivi di comunicare tra loro.

Un bus di campo è un tipo di bus di comunicazione seriale che consente a un dispositivo master di comunicare con più dispositivi slave.

I bus can e i bus di campo possono essere utilizzati insieme.

Il sistema bus di campo da inoltre la possibilità di essere utilizzato per la trasmissione di dispositivi e consentire loro di scambiare dati attraverso una struttura del tutto standard.

I vari livelli del controller area networkCANopen

I vari livelli definiti dall’iso international sono:

  • Il Physical Layer che descrive l’interfaccia elettrica e il mezzo di trasmissione dei dati.
  • Il Data Link Layer che controlla i meccanismi di rilevamento e correzione degli errori.
  • Il livello di rete che fornisce funzionalità di instradamento dei messaggi.
  • Il livello applicazione che contiene i servizi e il profilo dei protocolli di una specifica applicazione.

In questo modo i data link layer, il livello di rete e il livello di applicazione, sono spesso implementati nel software, mentre il livello fisico è tipicamente implementato nell’hardware.

Rete Ethernet per l’industria

Il futuro del bus di campo

Le reti Ethernet per l’industria svolgono un ruolo molto importante nella comunicazione CANopen.

Forniscono una interconnessione affidabile e ad alta velocità, essenziale per la trasmissione regolare ed efficiente dei sistemi industriali.

Inoltre, le reti Ethernet sono scalabili e possono ospitare un gran numero di dispositivi al fine che le rende ideali per l’ integrità della progettazione e delle prestazioni su larga scala.

Esistono due tipi principali di reti Ethernet per l’industria: private e pubbliche.

Le reti Ethernet private sono tipicamente utilizzate in ambienti chiusi, come fabbriche o uffici, dove la sicurezza è una preoccupazione fondamentale.

Le reti Ethernet pubbliche, invece, sono utilizzabili da chiunque abbia una connessione a Internet.

Il protocollo CAN è progettato per funzionare su reti Ethernet pubbliche e private. È un protocollo che utilizza frame Ethernet standard per dare supporto messaggi CAN bus.

Ciò lo rende facile da implementare e distribuire ed è compatibile con un’ampia gamma di dispositivi e sistemi.

Formato del base frame

In una rete controller area, il formato frame di base viene utilizzato per comunicare tra i congegni. Il formato comprende un marcatore di inizio frame, un campo identificativo, un campo di informazioni e una somma di controllo. Il campo dati può avere una velocità massima di otto byte.

Il primo byte del frame è il marcatore di inizio frame (SOF). Seguono due byte per l’identificatore (ID), che specificano la priorità e l’indirizzo del nodo.

Il byte successivo è il campo di controllo, che specifica il tipo di frame mentre il byte finale è il checksum, utilizzato per verificare l’integrità del frame .

Il formato frame di base è il modo più elementare di comunicare in una rete CAN bus. Viene utilizzato per messaggi semplici che non richiedono una gestione speciale. Messaggi più complessi possono essere inviati utilizzando il formato frame esteso, che include campi bus aggiunti o rimossi senza dover riorganizzare il livello degli errori e la scalatura.

CANopen è leader nel settore: i vantaggi

CANopen è un protocollo di comunicazione che presenta numerosi vantaggi rispetto ad altri protocolli, tra cui:

1. Facilità d’uso – è facile da imparare e da usare, il che lo rende perfetto per le applicazioni in cui è importante una rapida configurazione e implementazione.

2. Affidabilità – i can sono protocolli molto affidabili, il che significa che le trasmissioni dei dati hanno meno probabilità di essere danneggiati o persi. L’ immunità ai disturbi è una caratteristica importante che la differenzia da molti altri protocolli.

3. Efficienza – è un protocollo molto efficiente, che consente elevate velocità di trasmissione dei dati con un basso utilizzo della CPU. Questo lo rende ideale per le applicazioni in cui è importante l’elaborazione dei dati in tempo reale.

4. Scalabilità –può essere facilmente scalato per adattarsi a un numero diverso di nodi e a diversi tipi di informazioni. Questo lo rende perfetto per le applicazioni in cui il sistema può essere ampliato o modificato in futuro.

5. Compatibilità – CANopen è compatibile con un’ampia gamma di dispositivi e software, il che ne facilita l’integrazione nei sistemi esistenti.

6. Costo – Il costo per ogni singolo dispositivo dipende dal tipo di lavoro che si deve svolgere. Si possono trovare sul mercato dispositivi costosi come quelli poco costosi appartenenti a marche sconosciute. Però che fanno lo stesso il loro lavoro.

Applicazioni di CANopen

CAN è utilizzato in un’ampia gamma di applicazioni di fabbrica ai dispositivi medici. Alcune delle applicazioni più comuni includono:

 Produzione automatizzata di fabbrica

CAN viene spesso utilizzato nelle applicazioni industriali per controllare macchine e trasportatori. Può essere utilizzato per inviare comandi e ricevere feedback dai dispositivi presenti in fabbrica.

Automazione degli edifici

CAN è utilizzato nei sistemi degli edifici per controllare i sistemi HVAC (riscaldamento, ventilazione e condizionamento), l’illuminazione, i sistemi di sicurezza e altro ancora.

Dispositivi medici

CANopen è comunemente utilizzato in dispositivi medici come macchine a raggi X e scanner MRI. Viene utilizzato anche per la lettura nei monitor dei pazienti e altre apparecchiature mediche.

Automotive

CAN è utilizzato nelle applicazioni automobilistiche per comunicare tra le unità di controllo elettronico (ECU). Viene utilizzato anche nei sistemi di informazione per i passeggeri e nei termini telematici dei veicoli.

Prodotti e servizi CANopen

I prodotti e i servizi di CANopen comprendono dispositivi hardware, applicazioni software e protocolli di comunicazione.

I dispositivi hardware sono utilizzati per collegare i sistemi elettronici e le reti di controllo, mentre le applicazioni software forniscono le funzionalità necessarie per il funzionamento dei sistemi e i protocolli di comunicazione consentono a sistemi diversi di comunicare tra loro.

Lo standard CANopen è gestito dall’associazione commerciale CAN in Automation (CiA). CiA è un’organizzazione senza scopo di lucro che promuove l’uso del protocollo CANopen nelle applicazioni di controllo.

I dispositivi CANopen possono essere collegati tra di loro utilizzando una varietà di supporti diversi, tra cui il cavo a doppino, il cavo in fibra ottica e il wireless. I protocolli supportano configurazioni punto-punto e multi-drop.

Perché è così importante per i Programmatori PLC comprendere i test unitari e la copertura del codice?

Un Programmatore PLC che conosce CANopen ha la capacità di comunicare con i dispositivi che utilizzano la diffusione del protocollo CAN. Ciò consente di inviare e ricevere dati da questi dispositivi e di controllarli. Inoltre, può utilizzare CANopen per creare reti di dispositivi in grado di comunicare tra loro ed essere aggiunti o rimossi.

CANopen è un protocollo fondamentale per molti settori industriali perché è molto affidabile e robusto. Viene utilizzato anche in applicazioni critiche per la sicurezza. Pertanto, è importante che i Programmatori di PLC comprendano i test unitari e la copertura del codice per garantire che le reti che creano siano sicure e funzionino correttamente.

Il protocollo CANopen è flessibile e può essere adattato alle esigenze di applicazioni specifiche e risponde alle domande di ogni Programmatore. È facile da usare e offre un elevato grado di interoperabilità tra dispositivi e sistemi diversi.

Hai un’idea del perché ho tirato fuori tutto questo?

CANopen è uno standard aperto, disponibile per tutti i produttori. Il protocollo viene regolarmente aggiornato e migliorato, in modo tale che ci sia la possibilità di una scelta interessante per le applicazioni a lungo termine.

Se state cercando un protocollo di comunicazione affidabile, flessibile e aperto per il vostro prossimo progetto, e vorreste essere uno specialista del settore, prendete in considerazione CANopen.

E grazie a questa nuova video-lezione, ora puoi equipaggiarti correttamente!

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