Protocollo CANopen

21.09.2023 | Protocolli Robotici

 

INTRODUZIONE


Il protocollo CANopen rappresenta un importante standard nel campo delle reti di comunicazione industriali, ed è ampiamente utilizzato per il controllo e il monitoraggio di dispositivi e sistemi in una vasta gamma di applicazioni industriali. Questo capitolo fornisce un’introduzione al protocollo CANopen, esaminando i suoi principali concetti, caratteristiche e vantaggi. 

Cos’è CANopen? 

CANopen è una versione specifica del protocollo di comunicazione Controller Area Network (CAN), ottimizzata per applicazioni di automazione industriale. È stato sviluppato per semplificare la comunicazione tra dispositivi e sistemi all’interno di un ambiente industriale, consentendo il controllo e il monitoraggio efficienti dei processi industriali.

Caratteristiche Chiave di CANopen

Architettura Aperta: Una delle caratteristiche distintive di CANopen è la sua architettura aperta. Questo significa che può essere implementato su una vasta gamma di dispositivi e sistemi da diversi produttori, garantendo una maggiore flessibilità nell’integrazione di componenti di diversi fornitori all’interno di un sistema.

Comunicazione Basata su Oggetti: CANopen utilizza un modello di comunicazione basato su oggetti, in cui i dati vengono organizzati in oggetti logici chiamati “oggetti oggetto.” Questo approccio semplifica la gestione e la configurazione dei dispositivi, consentendo un controllo più preciso delle informazioni scambiate tra i nodi di rete.

Nodi Intelligenti: In una rete CANopen, ogni dispositivo è considerato un “nodo intelligente” con funzionalità specifiche. Questi nodi possono essere configurati per eseguire una vasta gamma di compiti, come il controllo di motori, la raccolta di dati sensoriali o il monitoraggio di parametri di processo.

Profilo Dispositivo: CANopen definisce una serie di profili dispositivo standardizzati che semplificano l’implementazione di dispositivi specifici. Questi profili descrivono le funzionalità e i parametri di comunicazione dei dispositivi, facilitando l’interoperabilità tra prodotti di diversi fornitori.

Struttura dei Messaggi CANopen

Per comprendere appieno il funzionamento del protocollo CANopen, è essenziale esaminare la struttura dei messaggi scambiati sulla rete. I messaggi CANopen seguono uno schema specifico per trasportare informazioni tra i nodi della rete. Ecco una panoramica dettagliata della struttura dei messaggi CANopen:
 
Identificatore di Messaggio (CAN-ID): Ogni messaggio trasmesso su una rete CANopen è identificato da un numero univoco chiamato identificatore di messaggio o CAN-ID. Questo valore è crucialmente importante poiché determina la priorità e l’indirizzamento del messaggio. L’uso dell’identificatore permette ai nodi di riconoscere e rispondere ai messaggi pertinenti per le loro funzioni specifiche.
 
Tipo di Messaggio: I messaggi CANopen possono essere classificati in diverse categorie in base al tipo di informazioni che trasportano. Alcune delle categorie di messaggi comuni includono:
   a. NMT (Network Management): Gestisce lo stato della rete, ad esempio, per avviare o fermare la comunicazione.
   b. SDO (Service Data Object): Utilizzato per la trasmissione di dati tra i nodi, come configurazione, parametri o richieste di dati.
   c. PDO (Process Data Object): Trasporta dati di processo, come dati da sensori o attuatori.
   d. Emergency: Segnala eventi di emergenza, come guasti o situazioni critiche.
 
Dati del Messaggio: Questa sezione contiene i dati effettivi del messaggio. La struttura e il contenuto di questa parte dipendono dal tipo di messaggio. Ad esempio, in un messaggio SDO, questa sezione conterrà i dati da trasmettere o ricevere tra nodi. I dati sono organizzati in variabili oggetto, come previsto dalla struttura di comunicazione basata su oggetti di CANopen.
 
Controllo di Errore: Ogni messaggio CANopen contiene un campo di controllo di errore che aiuta a garantire l’integrità della comunicazione. Questo campo include controlli CRC (Cyclic Redundancy Check) che consentono ai nodi di rilevare eventuali errori nella trasmissione del messaggio. In caso di errore, il messaggio viene scartato o ritrasmesso.
 
Extending Frame: Per alcune applicazioni che richiedono un maggiore spazio per i dati, i messaggi CANopen possono utilizzare un’Extended Frame, che consente di trasmettere più dati in un unico messaggio.
 
Bit di Controllo: I bit di controllo all’interno dell’identificatore di messaggio e dei dati possono variare a seconda delle specifiche esigenze della rete. Questi bit possono essere utilizzati per attivare funzionalità speciali o segnalare condizioni particolari.
 
Priorità: I messaggi con identificatori CAN-ID più bassi hanno priorità più elevata sulla rete, garantendo che i messaggi critici vengano elaborati prima di quelli meno critici. Questa caratteristica è essenziale per garantire la tempestività delle risposte nei sistemi in cui la latenza è critica.
 
La struttura dei messaggi CANopen è rigorosamente definita e organizzata per consentire una comunicazione efficiente e affidabile tra i nodi della rete. La chiara suddivisione tra identificatori, tipi di messaggio, dati e controlli di errore contribuisce a garantire che i sistemi industriali basati su CANopen funzionino in modo coerente e affidabile.

Vantaggi di CANopen

Affidabilità: Grazie alla sua robusta tecnologia basata su CAN, CANopen offre una comunicazione affidabile anche in ambienti industriali rumorosi e soggetti a interferenze.

Scalabilità: La flessibilità di CANopen consente di adattare facilmente la rete alle esigenze specifiche di un’applicazione, aggiungendo o rimuovendo nodi in modo agevole.

Interoperabilità: L’uso di profili dispositivo standardizzati favorisce l’interoperabilità tra dispositivi di diversi produttori, semplificando l’integrazione dei componenti.

Efficienza: La comunicazione basata su oggetti consente un trasferimento efficiente dei dati, riducendo il traffico sulla rete e migliorando le prestazioni. Il protocollo CANopen rappresenta una solida base per la comunicazione e il controllo all’interno di applicazioni industriali complesse. La sua architettura aperta, la comunicazione basata su oggetti e la scalabilità lo rendono un’opzione ideale per una vasta gamma di scenari industriali, contribuendo all’efficienza e alla affidabilità dei processi di automazione.

2 Commenti

  1. Ettore

    Complimenti ottimo articolo!

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  2. Davide

    Ottimo articolo esaustivo sul CanOpen.

    Rispondi

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