基于CANopen的铝合金板带快速电磁铸轧通信系统设计

CANopen通信协议可由CAN通信控制器来实现。由于MSP430F16ll内部没有集成CAN控制器模块，因此需要在外围进行扩展。本设计选择美国Microchip公司的MCP2510作为系统的CAN总线通信控制器，图5所示为CAN总线通信接口电路。MCP2510是带有SPI接口的独立CAN控制器，它完全支持CAN总线V2．0A／B技术规范，通信速率为lMbps，芯片包含三个发送缓冲器和两个接收缓冲器，可以减少MCU的管理负担。CAN总线收发器采用的PCA82C250是CAN控制器与物理总线之间的接口，可以提供对总线的差动发送和接收功能。两个高速光电隔离器件TLPll3用来提高通信电路的抗干扰能力，防止总线上的干扰信号窜入控制器和MCU，同时也可以完成MCP25lO与82C250之间3．3V和5V电平的转换。

MSP430F16ll的USART接口可支持两种不同的串行协议，即通用异步协议(UART协议)和同步协议(SPI协议)。用控制寄存器UCTL中的控制位SYNC可选择所需模式，当SYNC为0时，选择异步模式UART；当SYNC=1时，选择同步模式SPI。MCP2510可与USARTl通信模块的SPI进行接口。
3．3 上位机设计
上位机要能完成对下位机监测及参数设置等功能。他的硬件选型及结构设计的好坏直接影响系统现场的工作效率。本系统选用PLC与触摸屏相结合的方式来设计监控上位机。其中PLC是上位机的中心，利用PLC实现对上位机的监控，比采用工控计算机监控上位机更加符合现场操作的要求，并能够适用现场高温的恶劣环境，也具有更高的可靠性，同时还能够方便地实现逻辑控制。而监控采用触摸屏技术，也比键盘和鼠标操作更加简单和方便，也更加符合现场操作习惯，可大大提高现场操作的效率。
本设计采用施耐德公司的Twido系列PLC。Twido PLC带有多种不同的通信方式及接口，包括工业以太网、CANopen、MODBUS、AS-I。一般它最少带1个标准的RS-485／422的串行通信接口，而且运算速度快，PLC循环周期短，扩展性能好。Twido PLC不仅具有众多的开关量I／O扩展模块，而且还具有众多的特殊功能模块可供用户选择，故可大大提高PLC的控制性能。系统中的处理器可选择TWDLAE40DRF，它是一体型控制器，该控制器具有24点输入，14点继电器输出和2点源型晶体管输出，同时带有一个RS-485端口和一个RJ-45以太网口，可直接接入工业以太网与上层网络进行通信。该控制器本身不具有CAN通信功能，但可通过外接CANopen主站模块TWDNC01M实现基于CANopen协议的CAN现场总线通信。
TWDNC01M CANopen主站模块可安装在PLC的扩展总线上，它支持16个从设备，但不支持对CAN从设备的扩展寻址，其传输速度决定于总线长度和电缆长度。用于连接到CAN现场总线的总线连接器位于TWDNC01M CANopen主站模块的中下部，包含管脚CAN_L(CAN_L bus线)、CAN_H(CAN_H bus线)，PLC通过这两个有差动接收和发送能力的总线终端连接到CAN总线上。
为配合PLC的工作。监控平台应选用操作方便的人机界面(触摸屏)，本系统选中eView公司的MT500系列触摸屏MT510，其配套的软件为EasyBuilder。EasyBuilder是组态软件，主要用来配置各种元件。该软件是专门面向PLC应用的，其功能非常强大，使用非常方便，完全可以满足现代工业庞大的工作量及功能需求。
eView MTS00触摸屏定义了RS-232和RS-485两种通信接口，本设计选用RS-485接口定义。Twido系列PLC通过CPU单元上的通信端口与e-View MT500触摸屏相连接，它们之间采用Modbus协议进行通信。

4 系统软件设计
4．1 CANopen标识符
通讯对象的标识符(COB-ID)可唯一确定CAN网络中的每个通讯对象及其优先级。通讯对象优先级的大小可通过标识符数值的大小来确定，标识符数值较小的优先级较大。CANopen信息帧的标识符分为两部分，一部分为4位的功能码，另一部分为7位的节点ID。功能码代表数据帧的优先级，节点ID用于区别不同的节点，其标识符的格式如图6所示。

标识符的分配可以由预定义主／从连接集来实现。也可以由CALDBT服务进行动态分配。由于大多数通信系统的标识符的分配都可由预定义主／从连接集来实现，所以，本系统也采用预定义主／从连接集来实现CANopen标识符的分配。表2所列是CANopen预定主／从连接集。

4．2 CANopen协议栈的软件设计
从节点中实现CANopen协议栈的软件内容十分丰富，主要包括节点通讯初始化和硬件设备初始化、CAN报文基本通讯、定义和访问对象字典、NMT从节点功能、PDO通讯、SDO通讯和节点保护等功能。其程序流程图如图7所示。

4．3 CANopen主站模块的配置
在硬件连线接好之后，就可以通过TwidosoftV3．0或更高的CANopen配置工具来对CANopen现场总线主模块进行配置。CANopen网络的主、从配置以及通信参数的配置只能在离线模式下进行，而且除了某几个参数可以调节(例如％IWC和％QWC PDO寻址参数)外，其他参数都不允许
在线模式配置。

5 结束语
实验结果表明，本文所设计的CANopen通信系统可以达到较好的效果，可以实现现场设备层的铸造电源系统参数的显示、设定以及历史记录和报表打印等功能，同时，通过触摸屏组态还可以完成对变频电源A、B、C三相和辅助电源的集中管理和监控。