CANopen в автоматизации зданий: Словарь объектов, PDO, SDO и профиль HVAC CiA 419

Словарь объектов CANopen

Каждое устройство CANopen имеет словарь объектов (OD) — структурированную таблицу всех параметров и технологических значений, поддерживаемых устройством. Каждая запись адресуется 16-битным индексом (0x0000–0xFFFF) и 8-битным субиндексом (0x00–0xFF). Производитель предоставляет OD в файле электронного описания данных (EDS) — текстовом файле в формате INI, который загружают инструменты конфигурирования, чтобы узнать, какие объекты поддерживает устройство.

PDO — объекты данных процесса

PDO — это механизм обмена данными в реальном времени в CANopen: высокоскоростные CAN-кадры с низкими накладными расходами, передающие до 8 байт данных процесса без дополнительного протокольного заголовка, кроме самого CAN-кадра. Transmit PDO (TPDO) отправляет данные от устройства в сеть; Receive PDO (RPDO) принимает данные, записанные мастером или другим устройством.

Отображение PDO определяет, какие записи словаря объектов упаковываются в PDO. Например, TPDO1 чиллера может упаковывать температуру подаваемой воды (0x6010:01, 16 бит), температуру обратной воды (0x6010:02, 16 бит), статус работы компрессора (0x6020:01, 8 бит) и статус аварии (0x6030:01, 8 бит) — всего 6 байт в одном CAN-кадре, передаваемом каждую секунду.

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 — объекты сервисных данных

SDO используются для конфигурации и доступа к параметрам — чтения или записи любой записи словаря объектов с подтверждённым рукопожатием. В отличие от PDO (отправил и забыл), SDO-передачи гарантируют доставку и возвращают прочитанное значение или подтверждение записи. Доступ через SDO медленный (несколько CAN-кадров на одно чтение/запись) и используется при вводе в эксплуатацию, а не для циклических данных процесса.

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 — автомат состояний управления сетью

Мастер NMT (обычно шлюз CANopen или ПЛК) управляет рабочим состоянием всех узлов сети. После включения питания узлы автоматически переходят в состояние Pre-Operational — PDO неактивны, но доступен SDO для конфигурации. Мастер NMT отправляет широковещательную команду для перевода всех узлов в Operational, активируя обмен PDO.

Профили устройств CiA 417 для лифтов и CiA 419 для систем HVAC

Профили устройств CiA стандартизируют структуру словаря объектов для конкретных типов оборудования, обеспечивая совместимость между устройствами разных производителей. Два профиля напрямую относятся к автоматизации зданий: CiA 417 для лифтовых систем и CiA 419 для систем HVAC.

CANopen шлюзы к BACnet, Modbus и KNX

Большинство систем автоматизации зданий (KNX, BACnet, Modbus) не могут напрямую работать с CANopen — протокольный шлюз обеспечивает перевод между полевыми шинами. Широко используются три семейства шлюзов.