运动控制与CANopen

体操运动员起跑,跳跃,在跳马上翻半个跟斗。她的一举一动都被安装在铁轨上的摄像机全程跟踪,现在摄像机捕捉到了她胜利的笑容。

与她的一举一动保持同步的驱动器配有CANopen(控制器区域网络)接口,通过该接口可以控制摄像机的移动。电视观众可以享受体育比赛,就好像他们就在体操运动员身边一样。

这种摄像系统首次用于1998年在马来西亚吉隆坡举行的第16届英联邦运动会。然而,该系统在2000年悉尼奥运会上经受住了实际考验。在奥运会上,与CANopen联网的移动摄像机拍摄了跳高和足球比赛等项目。

除了在体育赛事中使用,CANopen规范还在制造控制、建筑控制和车载电子设备中进行了测试。1997年5月,总部位于德国埃尔兰根的CAN in Automation (CiA)国际用户和制造商组织已经发布了用于摄像机联网的CANopen设备配置文件。2.0版本于2002年7月出版,目前正在修订中。

设备配置文件定义了过程数据、配置参数和诊断信息。部分过程数据是控制字和状态字。控制字用于控制特定于驱动器的状态机。

驱动器将当前状态传输回应用程序。这样,应用程序控制器就可以随时了解状态的任何变化。虽然状态机定义(实际上是一个“状态机”)可能看起来令人生畏,但已定义的状态是确保同步电机无故障运行不可或缺的。

驱动器的CANopen配置文件描述了伺服控制器,以及步进电机控制器和变频器。为了适应不同的控制模式,设备剖面定义了多种模式:剖面定位模式、插补定位模式、剖面速度模式、剖面扭矩模式、速度模式和寻的模式。设备可以在运行时切换控制模式。

CANopen协议体系结构是分层的,因此可以在其他总线系统和网络上实现驱动器的设备配置文件。唯一需要做的就是实现CANopen对象字典。特定于通信的对象因所使用的总线系统或网络而异。在CANopen中,流程数据在单个can帧(流程数据对象或PDO服务)中传输而不需要确认。确认配置参数,并可选择在can消息对(服务数据对象或SDO,服务)中分段发送。紧急消息是未经确认的单个CAN消息。更详细的诊断数据通过SDO服务传输。

当使用其他总线系统(如IEEE 1394 Firewire)或其他网络(如EtherCAT或Ethernet-Powerlink)时,相应的联盟必须定义通信服务的映射。过程数据和配置参数与总线系统和网络无关。驱动器的CANopen设备概要文件指定了许多配置参数。

CANopen设备配置文件的新版本将于今年秋季发布。这个版本不仅适用于CANopen网络,也适用于基于以太网和火线的网络。驱动器的设备配置文件已经是赢家之一。不同网络和总线系统之间的透明度将得到增强,对于CANopen网络,缺省pdos将更好地适应不同的驱动系统。体操运动员和他们的教练将在不知道摄像机与CANopen联网的情况下,研究记录下来的慢动作。他们也不知道摄像头是怎么配置的。Camera Tracking Co.是一家总部位于英国的专门从事该技术的公司,该公司的系统集成商非常欣赏在标准化通信系统的帮助下可能实现的简单和容易的功能扩展。

Holger Zeltwanger, zeltwanger@can-cia.org,德国埃尔兰根CAN in Automation公司董事总经理。

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