АБСОЛЮТНЫЙ ДАТЧИК УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ С CANOPEN ИНТЕРФЕЙСОМ — ТЕХНИЧЕСКОЕ РУКОВОДСТВО

Оглавление:

1. ВВЕДЕНИЕ
2. ОПРЕДЕЛЕНИЯ
3. ТРЕБОВАНИЯ ПО БЕЗОПАСНОМУ ИСПОЛЬЗОВАНИЮ
4. СЕТЬ CANOPEN И ПРОФИЛЬ ДАТЧИКА
   • ОБЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ
   • СТРУКТУРА СООБЩЕНИЙ CANOPEN
   • ПЕРЕДАЧА ДАННЫХ ПРОЦЕССА
   • ОБМЕН СЕРВИСНЫМИ ДАННЫМИ (РАБОТА С ОБЪЕКТНЫМ СЛОВАРЕМ)
   • СЛУЖБА АВАРИЙНЫХ СООБЩЕНИЙ
   • ИНИЦИАЛИЗАЦИЯ СЕТИ И ЗАПУСК ПРОГРАММЫ ДАТЧИКА
   • КОНТРОЛЬ РАБОТОСПОСОБНОСТИ
     • Протокол проверки узла
     • Протокол проверки связи
5. ОБЪЕКТЫ ДАТЧИКА
   • СВОДНАЯ ТАБЛИЦА ОБЪЕКТНОГО СЛОВАРЯ
   • ОБЪЕКТНЫЙ СЛОВАРЬ
     • Объект 1000 Тип датчика
     • Объект 1001 Регистр ошибок
     • Объект 1003 Массив ошибок
     • Объект 1005 COB-ID объекта синхронизации SYNC
     • Объект 1008 Имя устройства
     • Объект 1009 Номер варианта конструктива
     • Объект 100A Номер версии программы
     • Объект 100C Период опроса (Guard time)
     • Объект 100D Множитель контрольного времени (Life time factor)
     • Объект 1010 Сохранение параметров
     • Объект 1011 Восстановление параметров по умолчанию
     • Объект 1014 COB-ID объекта аварийных сообщений
     • Объект 1016 Контрольное время
     • Объект 1017 Период контрольных посылок
     • Объект 1018 Идентификаторы датчика
     • Объект 1029 Поведение при ошибке
     • Объект 1800 Параметры передачи объекта PDO1
     • Объект 1801 Параметры передачи объекта PDO2
     • Объект 1A00 Карта размещения информации PDO1
     • Объект 1A01 Карта размещения информации PDO2
     • Объект 2100 Индекс скорости обмена
     • Объект 2101 Номер узла
     • Объект 2800 Счётчик для дополнительной передачи PDO1
     • Объект 2801 Счётчик для дополнительной передачи PDO2
     • Объект 6000 Параметры функционирования
     • Объект 6001 Количество отсчётов на оборот
     • Объект 6002 Полный диапазон измерения
     • Объект 6003 Величина предустановки
     • Объект 6004 Величина угла
     • Объект 6200 Таймер для циклической передачи PDO1
     • Объект 6500 Режим функционирования
     • Объект 6501 Максимальное количество отсчётов на оборот
     • Объект 6502 Максимальное количество оборотов
     • Объект 6503 Сообщения об авариях
     • Объект 6504 Поддерживаемые сообщения об авариях
     • Объект 6505 Предупреждения
     • Объект 6506 Поддерживаемые предупреждения
     • Объект 6507 Профиль и версия программы
     • Объект 6508 Время работы датчика
     • Объект 6509 Величина смещения позиции
     • Объект 650B Заводской номер датчика
6. ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ
   • МЕХАНИЧЕСКИЕ
   • ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ
7. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ И УСТАНОВКИ
   • КЛЕММЫ И ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛИ
   • ПРИСОЕДИНЕНИЕ КАБЕЛЯ

1 Введение

Настоящее руководство описывает технические параметры абсолютного углового датчика с CAN интерфейсом, производимого в СКБ ИС, а также программирование, установку параметров работы и подключение датчика.

Руководство описывает использование датчика и должно быть дополнено паспортом, который является неотъемлемой частью документации датчика.

2 Определения

Используемые аббревиатуры:

Дополнительную информацию можно найти в документах:

• BOSCH CAN specification 2.0
• CiA draft standard DS 301, CAN Application Layer and Communication Profile
• CiA draft standard DS 406, CANopen Device Profile for Encoders CiA
• CiA draft standard DS 306, Electronic data sheet specification for CANopen

3 Требования по безопасному использованию

Руководство должно быть обязательно прочитано перед эксплуатацией датчика.

Датчик — точный измерительный прибор, использующийся для определения углового положения и количества оборотов и для перевода этих величин в соответствующие электрические сигналы для соответствующих систем. Датчик может использоваться только для этих целей.

Датчик должен устанавливаться и подсоединяться только квалифицированным персоналом. Также ознакомьтесь с инструкцией производителя устройства, на которое устанавливается датчик.

Перед эксплуатацией оборудования проверьте электрические соединения.

Датчик должен работать в оговорённых условиях. В частности питающее напряжение не должно превышать установленный предел.

Транспортировка или хранение прибора должно быть в оригинальной упаковке. Никогда не роняйте датчик и не превышайте допустимых вибраций.

Избегайте ударов по валу или по корпусу.

Избегайте скручивания или изгиба корпуса.

Никогда не делайте жёсткого соединения вала датчика с валом ведущего устройства, используйте для соединения муфту.

Не открывайте датчик для каких-либо механических изменений в нём. Пользователь должен снимать крышку только для присоединения кабелей и установки адреса и скорости передачи.

Не делайте никаких изменений в электрической схеме датчика.

Полностью экранируйте корпус датчика и подключаемый кабель. Сделайте соответствующее заземление устройства, в которое встроен датчик.

Для подключения датчика используйте только сигнальный кабель с витыми парами (CAN+ с CAN- и 0V с +24V).

Не производите подключения и отключения во время работы датчика.

4 Сеть CANopen и профиль датчика

4.1 Общая информация

CAN-шина (Controller Area Network) разработана фирмами BOSCH и Intel для обеспечения быстрой, недорогой передачи данных в автомобильных приложениях. В настоящее время CAN-шина используется во всех сферах промышленной автоматизации. CAN-шина — это магистральная шина для высоконадёжной передачи данных по последовательному каналу в широковещательном режиме. CAN использует короткие сообщения (телеграммы), максимум 94 бита. CAN не использует определённый адрес. Содержимое сообщения неявно включает в себя адрес источника и приёмника. Приёмник реагирует на сообщения, предназначенные только ему.

Характеристики CAN-шины:

1. Скорость передачи до 1 Mбит/сек при длине кабеля до 40 м.
2. Возможность работы в режиме реального времени, определено максимальное время задержки для сообщений с высоким приоритетом. Обычно <120 мкс для 1 Mбит/сек.
3. Теоретически до 127 узлов на шине. «Plug and play» подключение.
4. Шина с нагрузочными резисторами на обоих концах.
5. Гарантированная целостность данных в сети. Повреждённые сообщения обозначаются как ошибочные.
6. Все узлы сети одновременно принимают сообщения. Возможна синхронизация.
7. Приоритет сообщений определяется идентификатором сообщения.

CANopen построен на верхнем уровне CAL (CAN Application Layer), с использованием регламента и протоколов связи CAL. CANopen представляет только часть функций CAL, оптимизированных для упрощённых систем, работающих в режиме реального времени.

Центральное понятие в CANopen — это Объектный Словарь устройства (Device Объект Dictionary). Словарь упорядочен по группам объектов; каждый объект адресуется с использованием 16-битного индекса. Для доступа к отдельным элементам в структурах используется 8-битный субиндекс.

Основное разделение объектов в словаре CANopen:

4.2 Структура сообщений

CANopen CAN-телеграмма содержит идентификатор (COB ID), код длины данных (DLC) и до 8 байтов данных:

11-битный идентификатор (COB-ID) состоит из 4-битного кода функции (FC) и 7- битного номера узла (Node ID)

Код функции определяет тип и приоритет сообщения. Меньший COB ID даёт более высокий приоритет.

Таблица типов сообщений и соответствующих COB ID

4.3 Передача данных процесса

Объект данных процесса (PDO) используется для передачи данных датчика в режиме реального времени одному или нескольким потребителям.

Структура PDO-сообщения:

Байты Байт1 — Байт4 содержат 32-битовое беззнаковое значение позиции с учётом смещения (см. объект 6509h стр. 34).

Объект PDO может передаваться в синхронном или асинхронном режиме. Для синхронизации устройств служит объект синхронизации SYNC, который периодически передаётся синхронизирующим приложением. Объект SYNC представлен как предопределённый и имеет двухбайтовую структуру:

Распределение синхронных (Synchronous PDO) и асинхронных (Asynchronous PDO) объектов передачи данных во времени показано на рисунке:

Синхронный режим задействован когда объект 1800h / 1801h (для PDO1 / PDO2) субиндекс 2 имеет значение от 1 до 240 (F0h). При значении 1 данные передаются на каждую принятую SYNC телеграмму; при значении n передача происходит на каждую n-ю SYNC телеграмму, когда объект 2800h / 2801h содержит 0. Если объект 2800h / 2801h имеет ненулевое значение k, то передача данных происходит только k раз. Счётчик передач PDO телеграммы обнуляется в случае изменения позиции или по команде NMT сброс. Так, при изменении позиции, PDO телеграмма передаётся n раз. Если n=1, передача происходит при каждом изменении позиции.

Асинхронный режим задействован когда объект 1800h / 1801h субиндекс 2 содержит величину FEh.
В этом режиме PDO передаются в цикле. Время цикла в миллисекундах определяется объектом 1800h / 1801h субиндекс 5. Если содержимое объекта 0, то PDO не передаётся.

Примеры различных режимов передачи PDO1 / PDO2 показаны в таблице

Передача PDO также выключена, когда MSB (бит 31) объекта 1800h/1801h — субиндекс 1 равен 1.

Запись в объект 1800h/1801h субиндекс 1 влияет только на этот старший бит.

4.4 Обмен сервисными данными (работа с объектным словарём)

Все параметры датчика хранятся в объектном словаре (см. раздел 5 «Объекты датчика»). Адреса параметров (индексы) стандартизированы, они могут быть прочитаны или изменены путём чтения/записи сервисных объектов (Service Data Объектs — SDO).

SDO сообщение имеет структуру:

COB-ID равен 580h+nodeID для передачи Датчик → Мастер

или 600h+nodeID для передачи Мастер → Датчик.

DLC — длина кода параметра в байтах

Байт 1 — Код команды, определяет действие с параметром:

Индекс и Субиндекс соответствуют значениям в объектном словаре

Величина Параметр состоит из 0...4 байтов

В случае ошибки передаётся сообщение об аварийном завершении (SDO abort message), которое имеет структуру:

Индекс и субиндекс соответствуют запрашиваемому объекту.

Поддерживаются следующие сообщения:

4.5 Служба аварийных сообщений

Внутренние ошибки датчика или ошибки связи вызывают аварийное сообщение, которое имеет структуру:

C позиции рассмотрения ошибок датчик может находиться в двух состояниях: A (ошибок нет) или B (ошибки появлялись и не устранены):

В зависимости от переходов между этими состояниями будут передаваться следующие аварийные сообщения:

0. После инициализации датчика, в случае отсутствия ошибок, датчик переходит в состояние A (нет ошибок), и сообщения об ошибке не посылаются.

1. Обнаружена ошибка, указанная в первых трёх байтах аварийного сообщения. Датчик переходит в состояние B. Передаётся аварийное сообщение с соответствующим кодом ошибки (см. выше),содержащее регистр ошибок (объект 1001h). Код ошибки записывается в объект 1003h — массив ошибок.

2. Одна, но не последняя, ошибка устранена. Передаётся аварийное сообщение, содержащее код 0000 (ошибка сброшена) в поле кода ошибок, а также оставшиеся ошибки и предупреждения в соответствующих полях.

3. Обнаружена новая (не первая ошибка). Датчик остаётся в состоянии B и передаёт аварийное сообщение с соответствующим кодом ошибки. Новый код ошибки заносится в верхний элемент массива ошибок (объект 1003h).

4. Все ошибки устранены. Датчик переходит в состояние отсутствия ошибок A и передаёт аварийное сообщение с кодом ошибки 0000.

4.6 Инициализация сети и запуск программы датчика

Датчик является сетевым устройством, которое может находиться в определённых состояниях. Конечный автомат может быть представлен следующей диаграммой NMT-состояний:

После включения датчик проходит три стадии инициализации и переходит в Подготовительный режим. В конце инициализации датчик даёт оповещение в CANсети посредством посылки стартового сообщения (Boot-up message) на стадии (2). Это сообщение имеет структуру:

В Подготовительном режиме (Pre-Operational state) возможен обмен SDOтелеграммами, но не дозволена передача PDO, что разгружает шину и делает конфигурирование датчика более удобным.

Возможность обмена сообщениями в различных режимах приведена в таблице:

X — сервис может функционировать

Состояние CAN-узла может быть изменено напрямую посылкой соответствующей NMT-команды, которая передаётся как неподтверждаемый объект и имеет структуру:

Номер узла определяет целевой узел. Если он равен 0, то команда адресована ко всем узлам.

Байт команды определён следующим образом:

Перезапуск может быть запущен двумя способами — перезапуск узла и перезапуск сетевых установок. Первый режим вызывает инициализацию параметров связи с индексами от 1000h до 2FFFh. Во втором режиме происходит инициализация параметров датчика с индексами 6000h — 6FFFh, а затем — также параметров связи. После перезапуска по NMT-команде, передаётся стартовое сообщение (boot-up) на стадии (2), а также делается задержка в 4 сек. Во время процесса перезапуска, параметры принимают значения из энергонезависимой памяти (EEPROM). Если память недоступна, параметры принимают значения по умолчанию, и создаётся соответствующее сообщение об ошибке (см. п. 4.5).

Параметры Номер узла (объект 2101h, стр.31) и Индекс скорости обмена (объект 2100h, стр.30) инициализируются особым способом. Сначала величина Номер узла читается по поворотным переключателям. Если величина не равна 0, то она принимается, и значение Индекса скорости обмена также читается по переключателям. Если Номер узла по переключателям равен 0, то Номер узла и Индекс скорости обмена берутся из энергонезависимой памяти EEPROM. Если память EEPROM недоступна, то принимаются значения по умолчанию, Номер узла=1 и Индекс скорости передачи соответствует 1 MBaud.

Индекс скорости обмена (Baudrate Index) связан со скоростями обмена данными таким образом:

4.7 Контроль работоспособности

Датчик поддерживает два способа контроля работоспособности канала: протокол проверки узла мастером (Node and Life Guarding Protocol) и протокол проверки связи с мастером (Heartbeat Protocol). Контроль работоспособности необходим, если датчик настроен на нерегулярную передачу данных; в противном случае работоспособность может определяться по наличию переданных данных.

4.7.1 Протокол проверки узла

Этот протокол (Node guarding protocol) используется для определения ошибок в сети при помощи удалённого запроса. NMT мастер делает удалённый запрос датчика через регулярные отрезки времени — период опроса (Guard time). Отклик датчика содержит код состояния узла и переключаемый бит и имеет следующую структуру:

Состояние узла может принимать значения:

• 0 Инициализация
• 4 Останов (Stopped)
• 5 Работа (Operational)
• 127 Подготовительный режим (Pre-operational)

Переключаемый бит меняет значение после каждого запроса.

Контрольное время (Node Life Time) определяется как произведение интервала Guard Time и множителя Lifetime Factor. Если датчик не откликается в течение контрольного времени, то посредством службы Emergency Service (стр. 12) генерируется сообщение об ошибке.

Протокол проверки узла использует следующие объекты датчика:

4.7.2 Протокол проверки связи

Этот протокол рекомендован ассоциацией CiA как новый протокол. Протокол определяет службу контроля над ошибками (Error Control Service) без необходимости использования удалённых запросов. Передатчик периодически посылает сообщения (Heartbeat messages) следующей структуры:

Состояния узла определены так же, как в протоколе проверки узла (Node Guarding protocol) (стр.16).

Один или более потребителей принимают сообщения. Отношения между передатчиком и потребителем конфигурируются посредством объектов:

В датчике угла ЛИР-ДА158 передатчиком является датчик, а потребителем должен быть управляющий контроллер.

Невозможно использовать одновременно оба протокола контроля работоспособности в одном датчике.

Если все объекты — 100Ch, 100Dh, а также 1017h не равны 0, то приоритетным является протокол Heartbeat. Т.е. при задании ненулевого периода (1017h) протокол NodeGuard отключается. Для его включения нужно обнулить 1017h, а затем задать ненулевые значения 100Ch и 100Dh.

Приоритет Heartbeat соблюдается и при инициализации датчика при перезапуске или включении. В этом случае включение протокола определяется по наличию ненулевых значений в указанных объектах, сохранённых в EEPROM.

5 Объекты датчика

5.1 Сводная таблица объектного словаря

В таблице использованы следующие обозначения:

Объекты передачи данных (по DS 301 CiA)

Объекты датчика (по DS 406 CiA)

5.2 Объектный словарь

Объект 1000 Тип датчика

Объект 1001 Регистр ошибок

При чтении значения объекта сбрасываются все установленные биты ошибок. Таким образом определяется, что ошибки, соответствующие прочитанным битам, появились в интервале между последним и предыдущим прочтениями объекта.

Объект 1003 Массив ошибок

Объект 1005 COB-ID объекта синхронизации SYNC

Объект 1008 Имя устройства

Объект 1009 Номер варианта конструктива

Объект 100A Номер версии программы

Объект 100C Период опроса (Guard time)

Объект 100D Множитель контрольного времени (Life time factor)

Объект 1010 Сохранение параметров

Данный объект поддерживает сохранение параметров в энергонезависимой памяти. Для предотвращения непреднамеренной записи используется ключевое слово «save», а объект имеет вид:

Субиндексы 01..03 позволяют выбрать категорию сохраняемых параметров:

Объекты, сохраняемые в EEPROM:

Объект 1011 Восстановление параметров по умолчанию

Данный объект поддерживает восстановление параметров, заданных по умолчанию и сохранение их в энергонезависимой памяти EEPROM. Для предотвращения непреднамеренной перезаписи используется ключевое слово «load». Объект имеет вид:

Субиндексы 01..03 позволяют выбрать категорию восстанавливаемых параметров:

Количество попыток записи в EEPROM доступно через субиндекс 4 объекта 1011h. Эта величина позволяет оценить остаточный ресурс памяти.

Посредством данного объекта инициируется запись параметров по умолчанию в EEPROM, но датчик продолжает работать с текущими параметрами. Для того, чтобы задействовать параметры по умолчанию, нужно сделать перезагрузку датчика посредством NMT-команды (см. п. 4.6).

Восстанавливаемые параметры приведены в таблице описания объекта 1010h.

Объект 1014 COB-ID объекта аварийных сообщений

Объект 1016 Контрольное время

Объект 1017 Период контрольных посылок

Объект 1018 Идентификаторы датчика

Объект 1029 Поведение при ошибке

Объект определяет поведение при потере связи по CAN-линии.

При значении 0 датчик пытается послать аварийное сообщение об ошибке и переходит в предварительный режим.

При значении 1 датчик не изменяет режим, также посылается аварийное сообщение, и начинает мигать красный светодиод.

При потере связи также устанавливается бит 4 объекта 1001h, а также дополняется массив ошибок — объект 1003h.

Объект 1800 Параметры передачи объекта PDO1

*Возможна запись в объект 1800h / 1801h субиндекс 1, но при этом изменяется только старший (31й) бит данных — разрешение/запрет передачи PDO1.

См. также п. 4.3 «Передача данных процесса».

Объект 1801 Параметры передачи объекта PDO2

Объект 1A00 Карта размещения информации PDO1

Объект 1A01 Карта размещения информации PDO2

Объект 2100 Индекс скорости обмена

Объект 2101 Номер узла

Объект 2800 Счётчик для дополнительной передачи PDO1

Объект 2801 Счётчик для дополнительной передачи PDO2

Объект 6000 Параметры функционирования

Объект 6001 Количество отсчётов на оборот

Объект 6002 Полный диапазон измерения

Объект 6003 Величина предустановки

Объект 6004 Величина угла

Объект 6200 Таймер для циклической передачи PDO1

Объект 6500 Режим функционирования

Объект 6501 Максимальное количество отсчётов на оборот

Объект 6502 Максимальное количество оборотов

Объект 6503 Сообщения об авариях

Объект 6504 Поддерживаемые сообщения об авариях

Объект 6505 Предупреждения

Объект 6506 Поддерживаемые предупреждения

Объект 6507 Профиль и версия программы

Объект 6508 Время работы датчика

Объект 6509 Величина смещения позиции

Объект 650B Заводской номер датчика

См. также объект 1018, субиндекс 4.

6 Технические данные

6.1 Механические

6.2 Электрические

*) конфигурируется только через EEPROM.

Механическое крепление датчика

• Соедините вал датчика и вал привода, используя соответствующую муфту. Концы валов не должны соприкасаться. Муфта должна быть способна компенсировать смещения в рабочем диапазоне температур и механических люфтов. Обратите внимание на допуски осевых и радиальных нагрузок на вал и на муфту. Рекомендуемые муфты — ЛИР-801, ЛИР-825.
• Закрепите винтами корпус датчика, используя три крепёжных отверстия на фланце, обратите внимание на размер и длину резьбы (M4×6).
• Затяните винты крепления корпуса и муфты.

7 Электрические соединения и установки

7.1 Клеммы и переключатели

Для электрических присоединений необходимо снять крышку датчика, которая крепится тремя винтами. Доступ к клеммам и переключателям показан на рисунке:

Электрические соединители и установочные переключатели:

1. Клеммная колодка для присоединения к CAN-шине и питанию
2. Включатель нагрузочного сопротивления
3. Круговые переключатели для установки адреса узла
4. Круговые переключатели для установки адреса узла
5. Двухцветный индикатор ошибки и состояния датчика
6. Круговой переключатель установки скорости обмена данными

Возможна установка адреса узла в десятичном виде с использованием круговых переключателей, маркированных как «x10» и «x1». Допустимые адреса — от 1 до 99. Если установлен адрес 0, то используется значения адреса и скорости обмена из энергонезависимой памяти (EEPROM) или значения по умолчанию. Переключатель «Baud» используется для установки Индекса скорости передачи. Соответствие между индексами и скоростями обмена приведено на стр.15.

Однополюсный переключатель, расположенный слева, используется для подключения терминального резистора номиналом 120 Ом в случае, если датчик является последним устройством на CAN-шине.

Клеммный блок используется для подключения проводов CAN-линии (три контакта для входного кабеля и три — для выходного), а также для подключения питания отдельным кабелем (два контакта). Обозначения контактов промаркированы на печатной плате, описание см. в таблице на стр.37.

Двухцветный светодиод служит для индикации ошибок и состояния датчика как CAN015-устройства:

7.1 Присоединение кабеля

На датчике расположены три кабельных ввода. Левый и средний вводы предназначены для подключения входного и выходного CAN-кабеля, правый — для кабеля питания. Подсоединять кабели рекомендуется в следующем порядке:

• Зачистите кабель в соответствии с рисунком. Размеры даны в миллиметрах.

• Ослабьте гайку кабельного ввода.
• Вставьте кабель внутрь уплотнения ввода.
• Подключите проводники к соответствующим контактам клеммного блока.
• Затяните гайку кабельного ввода и винты клеммного блока.
• Повторите для оставшихся двух кабелей.

Экран CAN-кабеля следует, в зависимости от конкретной конфигурации CAN-линии, подключить к клеммам земли (G) или соединить с корпусом датчика посредством кабельного ввода.

Не прилагайте чрезмерных усилий при затяжке винтов клеммного блока!