CANopen nell'automazione degli edifici: Dizionario oggetti, PDO, SDO e profilo HVAC CiA 419

Dizionario oggetti CANopen

Ogni dispositivo CANopen ha un dizionario degli oggetti (OD) — una tabella strutturata di tutti i parametri e valori di processo supportati dal dispositivo. Ogni voce è indirizzata da un indice a 16 bit (0x0000–0xFFFF) e un sotto-indice a 8 bit (0x00–0xFF). Il produttore fornisce l'OD in un file Electronic Data Sheet (EDS) — un file di testo in formato INI che gli strumenti di configurazione caricano per conoscere quali oggetti il dispositivo supporta.

PDO — Oggetti dati di processo

I PDO sono il meccanismo di scambio dati in tempo reale in CANopen — frame CAN veloci e a basso overhead che trasportano fino a 8 byte di dati di processo senza overhead di protocollo oltre al frame CAN stesso. Un PDO di trasmissione (TPDO) invia dati da un dispositivo alla rete; un PDO di ricezione (RPDO) accetta dati scritti da un master o da un altro dispositivo.

Il mapping PDO definisce quali voci del dizionario degli oggetti vengono impacchettate in un PDO. Ad esempio, un TPDO1 del chiller potrebbe impacchettare la temperatura di mandata (0x6010:01, 16 bit), la temperatura di ritorno (0x6010:02, 16 bit), lo stato di funzionamento del compressore (0x6020:01, 8 bit) e lo stato di allarme (0x6030:01, 8 bit) — per un totale di 6 byte in un singolo frame CAN trasmesso ogni 1 secondo.

Transmission type (object 0x1800:02 for TPDO1):

  Type 0:   Acyclic, synchronous — PDO sent after SYNC only if data changed
  Type 1–240: Cyclic, synchronous — PDO sent every N SYNC messages
              Example: type 10 = send PDO every 10th SYNC telegram
  Type 254: Event-driven, manufacturer-specific — sent on internal event
  Type 255: Event-driven, profile-specific — sent when data changes
            (most common for building automation — avoids fixed polling)

TPDO1 event timer (object 0x1800:05):
  Value in ms — maximum time between PDO transmissions even if no change
  Example: 5000 ms = resend TPDO1 every 5 seconds regardless
  Use 0 to disable the timer (rely on event trigger only)

Inhibit time (object 0x1800:03):
  Minimum time between two TPDO1 transmissions in 100µs steps
  Example: 1000 = 100ms minimum between sends — prevent bus flooding

SDO — Service Data Objects

Gli SDO sono utilizzati per la configurazione e l'accesso ai parametri — lettura o scrittura di qualsiasi voce del dizionario degli oggetti tramite un handshake confermato e riconosciuto. A differenza dei PDO (spara e dimentica), i trasferimenti SDO garantiscono la consegna e restituiscono il valore letto o una conferma della scrittura. L'accesso SDO è lento (più frame CAN per lettura/scrittura) e viene utilizzato durante la messa in servizio, non per dati di processo ciclici.

SDO Read (Initiate Upload) — read object 0x6010:01 (supply water temp)
  COB-ID: 0x600 + node ID  (example: node 3 → 0x603)
  DLC: 8
  Data: 40 10 60 01 00 00 00 00
        |  |     |
        |  |     Sub-index: 0x01
        |  Index low byte: 0x10
        Command specifier: 0x40 (Initiate Upload Request)

SDO Response from device:
  COB-ID: 0x580 + node ID  (example: node 3 → 0x583)
  Data: 4B 10 60 01 E8 03 00 00
        |           |
        |           Value: 0x03E8 = 1000 → ÷10 = 100.0°C? No → check EDS
        Command: 0x4B = 4-byte, expedited (2 meaningful bytes)

SDO Write — set temperature setpoint object 0x6011:01 to 45°C (0x01C2 = 450 × 0.1°C)
  COB-ID: 0x600 + node ID
  DLC: 8
  Data: 2B 11 60 01 C2 01 00 00
        |  |     |  |
        |  |     Sub-index: 0x01
        |  Index: 0x6011
        Command: 0x2B (Write 2 bytes, expedited)

NMT — macchina a stati di gestione della rete

Il master NMT (tipicamente il gateway CANopen o il PLC) controlla lo stato operativo di tutti i nodi sulla rete. Dopo l'accensione, i nodi entrano automaticamente nello stato Pre-Operational — i PDO sono inattivi ma l'accesso SDO per la configurazione è disponibile. Il master NMT invia un comando broadcast per portare tutti i nodi allo stato Operational, attivando lo scambio di PDO.

Profili dispositivo CiA 417 per ascensori e CiA 419 per HVAC

I profili dispositivo CiA standardizzano la struttura del dizionario degli oggetti per specifici tipi di apparecchiature, garantendo l'interoperabilità tra dispositivi di diversi produttori. Due profili sono direttamente rilevanti per l'automazione degli edifici: CiA 417 per i sistemi ascensori e CiA 419 per i sistemi HVAC.

Gateway CANopen verso BACnet, Modbus e KNX

La maggior parte dei sistemi di automazione degli edifici (KNX, BACnet, Modbus) non può parlare nativamente CANopen — un gateway di protocollo funge da ponte tra i mondi dei bus di campo. Tre famiglie di gateway sono ampiamente utilizzate.