基于CANopen總線協議的城市地鐵數據通信網設計

摘要：介紹了CANopen總線協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絡監測系統中引入CANopen總線協議來實現CAN-open應用層功能的設計方法。同時給出了列車通信層的網絡拓撲結構以及CANopen接口的配置過程。
關鍵詞：CANopen；總線協議；地鐵通信；網絡接口

0 引言
城市軌道交通網絡的快速發展，給智能化、網絡化的地鐵通信提出了新的要求。事實上，城市軌道交通系統也必須具有一套專門負責城市地鐵中列車各模塊的數據采集、分析系統，以對列車各設備實施監測，提高列車車輛的運行安全。
通過地鐵通信網絡可對列車的運行、狀態和故障進行監測和診斷，同時也可以對旅客服務信息進行綜合處理。它可以應用多種總線技術把分布于各車廂內部的、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，進而實現資源共享、協同工作、分散監測和集中操作。
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絡，該總線具有很高的時效性、可靠性、抗干擾能力和檢錯能力，而且開發費用比較低。可以應用于城市軌道交通車輛的現場總線中。但是，CAN總線只是對網絡的物理層和數據鏈路層進行了規范，而沒有對應用層做相應的說明。為此，本文給出了通過配置CANopen網絡接口來對地鐵現場控制系統中各個部分的主要參數進行采集，并通過CANopen總線發送到服務器的實現方法。

1 CANopen簡介
CANopen是基于CAN-bus的分布式工業控制技術標準。它是由生產商和用戶聯合CiA共同開發的一種CENELEC EN 50325-4標準。CANopen已經在廣泛的工業通信上建立了標準(例如：機械工程，驅動系統和組件，醫療設備，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，不同的生產廠商可以協調使用一個CANopen網絡。通信描述的結構增補是為專門的應用而設計的，這就是結構怎樣定義安全數據傳輸(“CANopen Safety”)或可編程設備(例如PLC)。對象詞典是每個CANopen設備的中心元素，具有描述設備的功能。
1．1 對象詞典(Objeet Directory)
對象詞典是每個CANopen設備的中心元素，可用于描述網絡上設備的所有功能。對象詞典可描述網絡和應用程序之間的接口，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絡訪問的參數，例如設備標識符、生產商名、PDOs和SDOs的通信參數、設備監控(“error control”)等都保存在對象詞典的通用區。設備描述區包含有IO功能(開關量和模擬量的輸入和輸出)、以及設備參數和PLC映射。如果發生錯誤，對象詞典還可以配置其行為。因此，對象詞典可以使設備行為符合各自的應用。
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接口。圖1所示是一個對象詞典在CANopen設備模型中的結構圖。

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