基于CANopen總線協(xié)議的城市地鐵數(shù)據(jù)通信網(wǎng)設(shè)計

摘要：介紹了CANopen總線協(xié)議的通信接口以及啟動和仲裁機制，給出了在軌道交通車輛網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)中引入CANopen總線協(xié)議來實現(xiàn)CAN-open應(yīng)用層功能的設(shè)計方法。同時給出了列車通信層的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及CANopen接口的配置過程。
關(guān)鍵詞：CANopen；總線協(xié)議；地鐵通信；網(wǎng)絡(luò)接口

0 引言
城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，給智能化、網(wǎng)絡(luò)化的地鐵通信提出了新的要求。事實上，城市軌道交通系統(tǒng)也必須具有一套專門負(fù)責(zé)城市地鐵中列車各模塊的數(shù)據(jù)采集、分析系統(tǒng)，以對列車各設(shè)備實施監(jiān)測，提高列車車輛的運行安全。
通過地鐵通信網(wǎng)絡(luò)可對列車的運行、狀態(tài)和故障進行監(jiān)測和診斷，同時也可以對旅客服務(wù)信息進行綜合處理。它可以應(yīng)用多種總線技術(shù)把分布于各車廂內(nèi)部的、可以獨立完成特定功能的計算機互連起來，從而形成一種局域網(wǎng)，進而實現(xiàn)資源共享、協(xié)同工作、分散監(jiān)測和集中操作。
CAN是一種可有效支持分布式控制和實時控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)，該總線具有很高的時效性、可靠性、抗干擾能力和檢錯能力，而且開發(fā)費用比較低。可以應(yīng)用于城市軌道交通車輛的現(xiàn)場總線中。但是，CAN總線只是對網(wǎng)絡(luò)的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層進行了規(guī)范，而沒有對應(yīng)用層做相應(yīng)的說明。為此，本文給出了通過配置CANopen網(wǎng)絡(luò)接口來對地鐵現(xiàn)場控制系統(tǒng)中各個部分的主要參數(shù)進行采集，并通過CANopen總線發(fā)送到服務(wù)器的實現(xiàn)方法。

1 CANopen簡介
CANopen是基于CAN-bus的分布式工業(yè)控制技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。它是由生產(chǎn)商和用戶聯(lián)合CiA共同開發(fā)的一種CENELEC EN 50325-4標(biāo)準(zhǔn)。CANopen已經(jīng)在廣泛的工業(yè)通信上建立了標(biāo)準(zhǔn)(例如：機械工程，驅(qū)動系統(tǒng)和組件，醫(yī)療設(shè)備，樓宇自動化，交通工具等等)。CANopen的基本通信機制被
稱為通信描述，不同的生產(chǎn)廠商可以協(xié)調(diào)使用一個CANopen網(wǎng)絡(luò)。通信描述的結(jié)構(gòu)增補是為專門的應(yīng)用而設(shè)計的，這就是結(jié)構(gòu)怎樣定義安全數(shù)據(jù)傳輸(“CANopen Safety”)或可編程設(shè)備(例如PLC)。對象詞典是每個CANopen設(shè)備的中心元素，具有描述設(shè)備的功能。
1．1 對象詞典(Objeet Directory)
對象詞典是每個CANopen設(shè)備的中心元素，可用于描述網(wǎng)絡(luò)上設(shè)備的所有功能。對象詞典可描述網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用程序之間的接口，所有對象詞典的人口都引用16位的索引和8位子索引。對象詞典包含著所有通過網(wǎng)絡(luò)訪問的參數(shù)，例如設(shè)備標(biāo)識符、生產(chǎn)商名、PDOs和SDOs的通信參數(shù)、設(shè)備監(jiān)控(“error control”)等都保存在對象詞典的通用區(qū)。設(shè)備描述區(qū)包含有IO功能(開關(guān)量和模擬量的輸入和輸出)、以及設(shè)備參數(shù)和PLC映射。如果發(fā)生錯誤，對象詞典還可以配置其行為。因此，對象詞典可以使設(shè)備行為符合各自的應(yīng)用。
對象詞典位于通信層和用戶層之間，其主要作用是為用戶提供服務(wù)接口。圖1所示是一個對象詞典在CANopen設(shè)備模型中的結(jié)構(gòu)圖。

1．2 設(shè)備描述
設(shè)備描述表用于描述自動控制系統(tǒng)中主要設(shè)備的類型屬性和特點。它定義了標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備類型的功能和參數(shù)，所有的參數(shù)都保存在對象詞典中，從而可保證CAN-bus用同一方式訪問CANopen設(shè)備。通過不同生產(chǎn)商設(shè)備的互用性和可交換性，可為多客戶需求提供先決條件。用戶也可為開關(guān)量和模擬量的I／O設(shè)備、PLC設(shè)備和控制器定義設(shè)備描述表，以便在標(biāo)準(zhǔn)的EDS文件中用ASCII形式描述CANopen設(shè)備的參數(shù)和屬性，并作為一個包含所有設(shè)備屬性的表格訪問網(wǎng)絡(luò)。專門設(shè)備配置的實時參數(shù)通常保存在DCF(deviee configurationfile)中，DCF是繼承于EDS的配置文件。