Wordt vertrouwd met CANopen, een op CAN gebaseerd communicatieprotocol voor toepassing in de automatiseringstechniek en standaard aansturing van apparaten.
Dit is een serie artikelen over de techniek achter CANopen. Aan het eind van iedere bijdrage, is een knop naar het volgende artikel, of kies een specifiek onderwerp onderaan links uit het menu.
Klik juist helemaal bovenaan, voor het overzicht van alle know-how's.
CAN maar dan geschikt voor industriële toepassingen?
CAN werd ontwikkeld voor de automobielindustrie. Autofabrikanten zijn van origine systeemeigenaar van een auto en de toegepaste technologie. Dat heeft alles te maken met de enorme volumes. Een platform – de basis van een auto - omvat al snel meer dan een miljoen auto’s gedurende de productiecyclus. De optimalisatie van kosten en de betrouwbaarheid van systemen toegespitst voor dat platform is daarbij belangrijk.
Dat was ook het uitgangspunt tijdens de ontwikkeling van CAN. De inhoudelijke invulling van CAN Id’s en data bytes was vrij en werd geheel aan de autofabrikanten overgelaten. Iedere fabrikant, of groep, ontwikkelde een eigen communicatiemodel waarin CAN Id’s en data toegewezen wordt.
Echter, die vrijheid is juist een nadeel in industriële toepassingen. Hoewel de CAN-bus, en ook de physical layer, gestandaardiseerd zijn, kun je niet zomaar CAN-nodes van diverse leveranciers aan elkaar koppelen om een systeem op te bouwen. Die nodes zouden elkaars berichten simpelweg niet begrijpen.
Daarom startte de industrie en enige researchinstituten eind jaren ’80 een eigen ontwikkeling. Het werd met CAL aangeduid, de CAN Application Layer. Een laag bovenop CAN dus. O.a Philips Medical Systems en enige Duitse universiteiten waren drijvende krachten. Samen met de net opgerichte CiA – CAN in Automation – werd in 1994 de eerste versie van CANopen voorgesteld. In 1999 werd CANopen officieel wereld gestandaardiseerd als EN 50325-4.
Embedded Industrieel Protocol
Toch is de rol van CANopen als communicatie in de algemene machinebesturing is beperkt gebleven. Vergelijkbare netwerken als Profibus – met Siemens als drijvende kracht – of Modbus – met Sneider als belangrijke fabrikant – hebben in de machinebouw een veel groter aandeel verkregen. Leveranciers als bijvoorbeeld Beckhoff of Lenze hebben echter ook CANopen succesvol gemaakt. De algemene machinebesturing is vaak gebaseerd op PLC’s en kent een modulaire opbouw van componenten in een DIN-rail omgeving.
CANopen is vooral populair als Embedded Industrieel Protocol geworden, waar dergelijke besturingskasten juist geen toepassing kennen. Het is uitermate geschikt in machines en systemen waar men de complexiteit will beperken door een bus toe te passen. Zo wordt het volop ingezet in compressoren en -systemen, in batterij-management oplossingen of bijvoorbeeld in verwarmingssystemen. Ook in veel medische toepassingen wordt CANopen gebruikt.
CANopen in vergelijk
In vergelijk met andere industriële netwerken is CANopen veel rijker opgezet. Andere netwerken hadden als doel om enkel remote-I/O toe te passen naar een centrale controller. I/O bestond meestal uit slechts één bit, een byte of een word (2 byte’s), vaak met een cyclus karakter van wegschrijven en opvragen van data in een oneindige loop. Het protocol ondersteunt zowel asynchrone als synchrone communicatie door elkaar heen, aangevuld met de mogelijkheid om data ad hoc weg te schrijven of op te vragen. Een master kan ook slaves configureren om sets van data samen te voegen in één bericht en daar vervolgens het verzendalgoritme voor te bepalen.
CANopen kent daarnaast diverse complexe netwerkmogelijkheden zoals het dynamisch adresseren van de beschikbare nodes binnen een netwerk. Masters kunnen flexibel zijn, en vanuit een PLC of Master Controller het netwerk configureren aan de hand van de configuratie van een programmeur. Echter, Master kunnen ook embedded zijn, opgezet voor één bepaalde machine. Ook ondersteunt CANopen Flying Masters. Meerdere Masters in één netwerk bepalen gezamenlijk vooraf wie de Masterrol krijgt toebedeeld.
Voor- en nadelen
Het open karakter van CANopen is, naast een groot voordeel, ook direct een belangrijke valkuil. Waar bij andere netwerken de Master Controller of PLC van één fabrikant komt, mag bij CANopen iedereen CANopen Masters aanbieden. Een CANopen-certificering is niet verplicht dus er kunnen afwijkingen voorkomen. Daarbij bestaan er in de markt ook helaas CANopen-achtige nodes. Die ondersteunen de belangrijkste berichten, maar niet de volledige standaard.
Dat alles kan tot enige mismatch leiden. Het gevolg is dat CANopen projecten en systemen simpelweg in de ontwikkeling meer aandacht vragen dan andere plug-and-play industriële netwerken.
Daar staat tegenover dat CANopen een open standaard is en dus geen licenties of vergoedingen kent. Het is verder, in vergelijk met andere netwerken, een kostengunstig protocol. Dankzij de robuuste CAN-technologie werkt het in de praktijk ook zeer stabiel, juist op plekken waar ander netwerken moeite met verstoring hebben.
Daarnaast is CANopen eenvoudig op een microcontroller te implementeren en is het dus ook heel goed in embedded toepassingen inzetbaar.
