基于CANopen总线协议的城市地铁数据通信网设计

摘要：介绍了CANopen总线协议的通信接口以及启动和仲裁机制，给出了在轨道交通车辆网络监测系统中引入CANopen总线协议来实现CAN-open应用层功能的设计方法。同时给出了列车通信层的网络拓扑结构以及CANopen接口的配置过程。
关键词：CANopen；总线协议；地铁通信；网络接口

0 引言
城市轨道交通网络的快速发展，给智能化、网络化的地铁通信提出了新的要求。事实上，城市轨道交通系统也必须具有一套专门负责城市地铁中列车各模块的数据采集、分析系统，以对列车各设备实施监测，提高列车车辆的运行安全。
通过地铁通信网络可对列车的运行、状态和故障进行监测和诊断，同时也可以对旅客服务信息进行综合处理。它可以应用多种总线技术把分布于各车厢内部的、可以独立完成特定功能的计算机互连起来，从而形成一种局域网，进而实现资源共享、协同工作、分散监测和集中操作。
CAN是一种可有效支持分布式控制和实时控制的串行通信网络，该总线具有很高的时效性、可靠性、抗干扰能力和检错能力，而且开发费用比较低。可以应用于城市轨道交通车辆的现场总线中。但是，CAN总线只是对网络的物理层和数据链路层进行了规范，而没有对应用层做相应的说明。为此，本文给出了通过配置CANopen网络接口来对地铁现场控制系统中各个部分的主要参数进行采集，并通过CANopen总线发送到服务器的实现方法。

1 CANopen简介
CANopen是基于CAN-bus的分布式工业控制技术标准。它是由生产商和用户联合CiA共同开发的一种CENELEC EN 50325-4标准。CANopen已经在广泛的工业通信上建立了标准(例如：机械工程，驱动系统和组件，医疗设备，楼宇自动化，交通工具等等)。CANopen的基本通信机制被
称为通信描述，不同的生产厂商可以协调使用一个CANopen网络。通信描述的结构增补是为专门的应用而设计的，这就是结构怎样定义安全数据传输(“CANopen Safety”)或可编程设备(例如PLC)。对象词典是每个CANopen设备的中心元素，具有描述设备的功能。
1．1 对象词典(Objeet Directory)
对象词典是每个CANopen设备的中心元素，可用于描述网络上设备的所有功能。对象词典可描述网络和应用程序之间的接口，所有对象词典的人口都引用16位的索引和8位子索引。对象词典包含着所有通过网络访问的参数，例如设备标识符、生产商名、PDOs和SDOs的通信参数、设备监控(“error control”)等都保存在对象词典的通用区。设备描述区包含有IO功能(开关量和模拟量的输入和输出)、以及设备参数和PLC映射。如果发生错误，对象词典还可以配置其行为。因此，对象词典可以使设备行为符合各自的应用。
对象词典位于通信层和用户层之间，其主要作用是为用户提供服务接口。图1所示是一个对象词典在CANopen设备模型中的结构图。

1．2 设备描述
设备描述表用于描述自动控制系统中主要设备的类型属性和特点。它定义了标准设备类型的功能和参数，所有的参数都保存在对象词典中，从而可保证CAN-bus用同一方式访问CANopen设备。通过不同生产商设备的互用性和可交换性，可为多客户需求提供先决条件。用户也可为开关量和模拟量的I／O设备、PLC设备和控制器定义设备描述表，以便在标准的EDS文件中用ASCII形式描述CANopen设备的参数和属性，并作为一个包含所有设备属性的表格访问网络。专门设备配置的实时参数通常保存在DCF(deviee configurationfile)中，DCF是继承于EDS的配置文件。