基于CANopen總線與PLC的液壓試驗平臺控制系統(tǒng)設計

1 引言

147裝置為某空中收放式受油裝置，需要沒計多個專用液壓試驗臺對該產(chǎn)品的一些性能(如：收放性能、密封性能、強度性能等)進行檢測并驗證。本文所涉及的液壓試驗平臺控制系統(tǒng)即針對該147裝置的液壓試驗平臺所設計。

該項目需要進行的試驗內(nèi)容較多且耗時，各個試驗平臺分布于廠房的不同位置，且試驗臺工作環(huán)境比較惡劣(如高低溫試驗時工作環(huán)境溫度高溫85攝氏度，低溫40攝氏度)。各個試驗平臺與上位機之間基于CANopen總線通訊，其中上位機作為CANopen通訊主站。各個試驗臺現(xiàn)場采用德國倍福(BECKHOFF)的BX5100系列PLC，該PLC具有CANopen總線接口，實現(xiàn)與上位機的cANopen通訊，并且作為CANopen總線網(wǎng)絡的從站。

BX5100型PLC能夠根據(jù)實際需要選用用戶所需的各個規(guī)格的數(shù)字量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊，以及其他一些復雜模塊如脈沖輸出模塊等(主要用于控制步進電機)，能非常靈活的滿足實際工程中的各種需求。并且該PLC配備支持MODBUS RTU通訊協(xié)議的串口，只要應用一個PLC通訊庫文件就能非常方便的與威倫通(Wdn訪ew)MT6070iH型人機界面(HMI)通訊，可方便操作人員在試驗臺現(xiàn)場對液壓平臺進行操作，無需通過遠端的上位機，提供了另一種操作選擇。

2 CANopen總線簡介

CAN是Controller Area Network的縮寫，是德國BOSCH公司為現(xiàn)代汽車應用領先推出的一種多主機局部網(wǎng)，由于其高性能、高可靠性、實時性等優(yōu)點現(xiàn)已廣泛應用于工業(yè)自動化、多種控制設備、交通工具、醫(yī)療儀器以及建筑、環(huán)境控制等眾多部門。

CANopen是在CAN的基礎上發(fā)展起來的，它基于CAN的數(shù)據(jù)鏈路層和物理層，對應用層做出了相應的規(guī)定，成為歐洲嵌入式網(wǎng)絡的主要標準協(xié)議(EN50325-4)。

一個CANopcn設備模型如圖1所，分成二個部分:通訊接口、對象詞典、應用程序。

(1)通訊接口提供在總線土發(fā)送和接收通訊對象的服務。

(2)對象詞典是CANopen協(xié)議中最重要的概念，它描述了所有的數(shù)據(jù)類型、通訊對象以及設備指定的對象，是連接應用和通訊之間的媒介。通過訪問對象詞典可以得知各節(jié)點的狀態(tài)、確定網(wǎng)絡的通訊,摸式、選抒相應的網(wǎng)絡管理，與輸入輸出端口相接、存儲具體應用中的輸入輸出數(shù)據(jù)。

(3)應用程序提供了內(nèi)部控制功能，也提洪了與硬件連接的接口。

圖1 CANopen設備模型

過積數(shù)據(jù)對象即PDO(Provess bata Object)主要用來傳輸實時數(shù)據(jù)，例如電機速度、位置、I/O值等。實時數(shù)據(jù)以8個字節(jié)封裝成個PDO，PD0按照用途分為兩種:

(1)TxPDOs用于實時數(shù)據(jù)的發(fā)送

(2)RxPDOs用于實時數(shù)據(jù)的接收

3 試驗平臺控制系統(tǒng)硬件實現(xiàn)

本項目控制系統(tǒng)中各個試驗平臺與上位機之間采用基于CANopen總線通訊?？刂葡到y(tǒng)拓撲結構見圖2:

圖2 控制系統(tǒng)拓撲結構

其中上位機通過倍福FC5101型CANopen卡接入CANopen總線網(wǎng)絡，并作為CANOpen通訊主站(Master)。