CANopen

CANopen on automatiseerimise manussüsteemides kasutatav sideprotokoll. Peamised CANopeni kasutusvaldkonnad on tööstusautomaatika, robootika, meditsiin ja autotööstus. CANopen põhineb Controller Area Network (CAN) siinil, kuid seda saab kasutada ka teiste avatud süsteemide sidumise arhitektuuri (OSI mudel) madalama kihi protokollidega nagu EtherCAT, Modbus ja Powerlink. CANopen vastutab OSI mudeli ülemise kahe kihi eest: rakenduskiht ja esitluskiht (ühtne andmete struktuur ja esitlus) ning see rakendab mõnesid alumiste kihtide funktsioone: seansikiht (sünkroonimine), transpordikiht (otspunktide vaheline ühendus ja usaldatavus) ja võrgukiht (adresseerimine ja marsruutimine). CANopeni arendamist ja standardiseerimist haldab selle kasutajaid ja arendajaid ühendav 1992. aasta märtsis loodud organisatsioon CAN in Automation (CiA). 
Disain.
CANopeni peamine funktsionaalsus on standardiseeritud CiA 301 dokumendiga, selle lisa funktsionaalsus on kirjeldatud muude CiA 3xx seeria dokumentidega ning selle kasutus eri otstarveteks on standarditud CiA 4xx seeria seadme profiilidega. Kõige levinumad CiA 4xx seeria seadme profiilid on CiA 401 sisend-väljund seadmete profiil ja CiA 402 mootorite ja liikumise juhtimise profiil. Lisaks eksisteerib ka CANopen FD tehniline kirjeldus, mis võimaldab CANopeni kasutamist uuemate CAN versioonidega CAN Flexible Data-Rate (CAN FD) ja CAN Extra Long (CAN XL). Nende funktsionaalsus on kirjeldatud CiA 6xx seeria dokumentides.
Objektisõnastik.
CANopeni objektisõnastik "(ingl Object Dictionary (OD))" on tabel, mis hoiab endas seadme konfiguratsiooni ja protsesside andmeid. Kõik CANopeni seadmed peavad rakendama objektisõnastiku. Objektisõnastiku objektid on indekseeritavad kasutades 16-bittiseid indekseid ja 8-bittiseid alamindekseid. Seega sõnastikus saab olla kuni 65536 elementi ning iga elemendi saab olla kuni 256 alamelementi. Standardi järgi peavad kindlad aadressid ja aadressivahemikud sisaldama kindlaid väärtusi, näiteks standardi järgi peab sõnastiku indeksil 1008h alamindeksil 00h olema seadme nimi. Mõned objektisõnastiku elemendid nagu seadmetüüp (1000h) on kohustuslikud ja mõned nagu seadme tarkvara versioon (100Ah) on vabatahtlikud.
Objektisõnastiku objekt on defineeritud järgmiste väljadega:
Objektisõnastik on vahelüli teiste CANopen võrgu sõlmede ja seadmel jooksva rakenduse vahel. Teised sõlmed saavad ligipääsu seadme objektisõnastikule kasutades CANopen SDO või PDO protokolle.
Objektisõnastiku struktuur:
Elektrooniline andmeleht.
Elektrooniline andmeleht "(ingl Electronic Data Sheet (EDS))" on abivahend objektisõnastiku kasutamiseks, mida defineerib CiA 306 dokument. See pakub inimloetavas vormingus faili, mis kujutab endast malli kõikide seadme objektisõnastiku objektide jaoks, kuid see ei sisalda nende väärtusi. Üldiselt seadme tootjad pakkuvad komplektis seadmega valmis elektroonilist andmelehte. Samuti eksisteerib palju tarkvaralahendusi, mis aitavad mugavalt töödelda elektroonilisi andmelehti.
Seadme konfiguratsiooni fail.
Seadme konfiguratsiooni faili (ingl Device Configuration File (DCF)) saadakse andes elektroonilises andmelehes defineeritud väljadele reaalsed väärtused. See defineerib üksikute seadmete käitumist CANopen võrgus.
Suhtlus.
Suhtluse protokollid.
Võrguhaldus.
CANopen võrguhalduse "(ingl Network Management (NMT))" protokollis on võrgus üks ülem, mis saab kontrollida teiste seadmete staatust. Võimalikud staatused on operatsioonieelne, kus sõlme saab seadistada, töötav ja peatunud. NMT protokolli sõnumi andmeväli on kaks baiti pikk, millest esimene bait sisaldab NMT käsku ja teine bait konfigureeritava seadme identifikaatorit.
NMT käsud:
Sünkroonimine.
CANopen sünkroonimiseprotokollis "(ingl Synchronization (SYNC))" saadab üks seade välja sünkroonimissõnumi ja teised sõlmed saavad olla seadistatud saatma oma sensorite andmeid, kui nad näevad sünkrooni signaali.
Hädaolukord.
CANopen hädaolukorra (ingl Emergency (EMCY)) protokollis, kui seadme operatsioonis tekib tõrge, saab see teavitada sellest teisi sõlmi saates hädaolukorra sõnumi, kus andmeväljal on toodud välja standardiseeritud tõrge kood.
Tõrgete koodide tüübid on:
Ajatempel.
CANopen ajatempli (ingl Timestamp (TIME)) protokolli kasutades kasutades saavad sõlmed ühtlustada oma kellasid, kui seadmetel on vajadus täita ajakriitilisi ülesandeid. TIME protokolli sõnumi andmeväli esimesed neli baiti sisaldavad aega millisekundites alates keskööst ja järgmised kaks baiti sisaldavad päevade arvu 1. jaanuarist 1984.
Protsessi andmeobjekt.
CANopeni protsessi andmeobjekti "(ingl Process Data Object (PDO))" protokoll on peamine andmevahetuse viis CANopeni võrgus. Kõiki kaheksat PDO sõnumi andmebaiti saab kasutada info edastuseks ning vastuvõtva sõlme objektisõnastikus saab määrata, mis infot teatud identifikaatoriga PDO sõnumi andmevälja baidid sisaldavad. PDO sõnumid jagatakse kaheks: saatmise PDO-ks "(ingl Transmit PDO (TPDO))" ja vastuvõtmise PDO-ks "(ingl Receive PDO (RPDO))". Info välja saatmisel kasutab seade TPDO aadressi ja vastu võtmisel kuulab RPDO aadressi. PDO-sid saab seadistada, et neid saadetaks välja näiteks SYNC signaali tulemisel või iga kord, kui tuleb uus informatsioon.
Teenuse andmeobjekt.
CANopeni teenuse andmeobjekti "(ingl Service Data Object (SDO))" protokolli kasutatakse peamiselt CANopeni sõlmede seadistamiseks. SDO sõnumeid on võimalik saata ühekaupa, kus esimene andmevälja bait sisaldab käsu infot, järgmised kaks baiti sisaldavad objektisõnastiku indeksit, kuhu tahetakse infot kirjutada või kust tahetakse infot lugeda, ning neljas bait sisaldab objektisõnastiku alamindeksit. Ülejäänud neli baiti saavad sisaldada saadetavaid andmeid. Samuti on võimalik saata SDO sõnumeid sõnumite plokina, sel juhul esimese saadetava sõnumi struktuur on sarnane ühekaupa saadetavate sõnumite struktuuriga, aga järgmised sõnumid kasutavad sõnumi tähistamiseks ainult ühte andmevälja baiti, mis sisaldab sõnumi saatmise järjekorra numbrit, ja ülejäänud seitse baiti saavad sisaldada reaalseid andmeid. SDO sõnumitega saab saata protsesside andmeid samamoodi nagu PDO-dega, aga see pole otstarbekas, kuna SDO kasutab palju üleliigseid baite andmete sihtkoha määramiseks.
Sõlme jälgimine (pulss).
CANopeni sõlme jälgimise (pulssi) "(ingl Node monitoring (HEARTBEAT))" kasutatakse sõlme töötamise kontrollimiseks, milleks on kaks teostust. Üks võimalus on see, et seade saadab perioodiliselt välja pulsi signaali tähistamaks, et ta on ikka veel elus. Kui võrgu ülem seade pole mingisuguselt sõlmelt saanud pulssi teatud aja tagant, siis see teab, et sõlmega on midagi valesti ning oskab sellega arvestada. Teine võimalus on see, et võrgu ülemseade ise küsib alluvatelt nende staatust ning kui nad ei vasta teatud aja tagant, siis see teab, et sõlmega on midagi valesti. Sõlmed lisavad vastuse andmeväljale oma operatsiooni režiimi, need on:
Suhtluse mudelid.
CANopeni suhtlusprotokollid kasutavad kolme suhtluse mudelit:
Sõnumi struktuur.
CANopeni sõnumi struktuur põhineb CAN-siini sõnumi struktuuril. CANopeni sõnumi osad on:
Funktsioonikoodid.
Funktsioonikoodid määravad, mis tüüpi suhtlusprotokolliga on tegu, need on: