CANopen Feldbusdokumentation

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1 CANopen Feldbusdokumentation 5. Umrichtergeneration GRUNDLAGEN KOMMUNIKATION PARAMETER V /2007 D MA KIA AH Feldbus Applikationen POSI Switch

2 CANopen 5. Umrichtergeneration Inhaltsverzeichnis INHALTSVERZEICHNIS 1. Sicherheitshinweise Hardware Software 3 2. Einführung 4 3. Montage Einbau der CAN 5000 in MDS Einbau der CAN 5000 in FDS Elektrische Installation 7 5. Grundlagen CAN-Bus 9 6. Anwenderschnittstelle der CAN-BUS- 11 Optionsplatine 7. Aufbau der Kommunikation CANopen Pre-defined Connection Set Dynamic Distribution Datenübertragung mit PDO und SDO Prozessdatenübertragung mit PDO-Service Prozessdaten-Abbildung Übertragungsparameter Parameter der PDO-Kanäle Parameterübertragung mit SDO-Service SDO-Kanäle Expedited Transfer Segmented Transfer Fehlercodes für SDO-Services Kommunikationsobjekte NMT, SYNC, NMT SYNC Emergency Error Control Protokolle BOOT-UP Note-Guarding Heartbeat Einfach-Inbetriebnahme Parameterliste Liste der CANopen Objekte Liste der Antriebsparameter Literaturverzeichnis 40

3 5. Umrichtergeneration 1. Sicherheitshinweise 1 SICHERHEITSHINWEISE Dieses Handbuch enthält Hinweise, die zur Vermeidung von Personen- und Sachschäden beachtet werden müssen. Die Hinweise sind nach Gefährdungsgrad abgestuft und werden folgendermaßen dargestellt: ACHTUNG bedeutet, dass ein unerwünschtes Ergebnis oder ein unerwünschter Zustand eintreten kann, falls der entsprechende Hinweis nicht beachtet wird. VORSICHT ohne Warndreieck bedeutet, dass ein Sachschaden eintreten kann, falls die entsprechenden Vorsichtsmaßnamen nicht getroffen werden. VORSICHT mit Warndreieck bedeutet, dass eine leichte Körperverletzung und ein Sachschaden eintreten kann, falls die entsprechenden Vorsichtsmaßnahmen nicht getroffen werden. WARNUNG bedeutet, dass erhebliche Lebensgefahr und erheblicher Sachschaden eintreten kann, falls die entsprechenden Vorsichtsmaßnahmen nicht getroffen werden. GEFAHR bedeutet, dass erhebliche Lebensgefahr und erheblicher Sachschaden eintreten wird, falls die entsprechenden Vorsichtsmaßnahmen nicht getroffen werden. HINWEIS bedeutet eine wichtige Information über das Produkt oder die Hervorhebung eines Dokumentationsteils, auf den besonders aufmerksam gemacht werden soll. AKTION bedeutet die Beschreibung einer Handlung, die für den Umgang mit dem Produkt besonders wichtig ist. 1

4 5. Umrichtergeneration 1. Sicherheitshinweise 1.1 Hardware WARNUNG Lesen Sie vor der Montage und Inbetriebnahme unbedingt diese Montage- und Inbetriebnahmeanleitung, damit es nicht zu vermeidbaren Problemen bei der Inbetriebnahme und/oder dem Betrieb kommt. Beim POSIDRIVE der Baureihen FDS und MDS handelt es sich im Sinne der DIN EN (früher VDE 0160) um ein elektrisches Betriebsmittel der Leistungselektronik (BLE) für die Regelung des Energieflusses in Starkstromanlagen. Sie sind ausschließlich zur Speisung von Servo (MDS)- und Asynchron (FDS, MDS)-Maschinen bestimmt. Die Benutzung, die Montage, der Betrieb und die Wartung ist nur unter Beachtung und Einhaltung der gültigen Vorschriften und/oder gesetzlichen Vorgaben, Regelwerke und dieser technischen Dokumentation zulässig. Dies ist ein Produkt der eingeschränkten Vertriebsklasse nach IEC In einer Wohnumwelt kann dieses Produkt hochfrequente Störungen verursachen, in deren Fall der Anwender aufgefordert werden kann, geeignete Maßnahmen zu ergreifen. Die strikte Einhaltung aller Regeln und Vorschriften ist vom Betreiber sicherzustellen. Die in weiteren Abschnitten (Punkten) aufgeführten Sicherheitshinweise und Angaben sind vom Betreiber einzuhalten. WARNUNG Vorsicht! Hohe Berührungsspannung! Schockgefahr! Lebensgefahr! Bei angelegter Netzspannung darf das Gehäuse unter keinen Umständen geöffnet oder Anschlüsse gelöst werden. Ein Öffnen des Umrichters ist nur im stromlosen Zustand (alle Leistungsstecker abgezogen) frühestens 5 Minuten nach Wegschalten der Netzspannung zum Ein- oder Ausbau von Optionsplatinen zulässig. Die Voraussetzung für eine einwandfreie Funktion des Umrichters ist die fachgerechte Projektierung und Montage des Umrichterantriebes. Transport, Installation, Inbetriebnahme und Bedienung des Gerätes ist nur durch, für diese Tätigkeit qualifiziertes, Fachpersonal zulässig. Achten Sie vor allem auf: Zulässige Schutzklasse: Schutzerdung; Der Betrieb ist nur mit vorschriftsmäßigem Anschluss des Schutzleiters zulässig. Ein direkter Betrieb der Geräte an IT-Netzen ist nicht möglich. Installationsarbeiten dürfen nur im spannungsfreien Zustand erfolgen. Bei Arbeiten am Antrieb die Freigabe sperren und den kompletten Antrieb vom Netz trennen. (Die 5 Sicherheitsregeln beachten). Lassen Sie den Stecker für die ZK-Kopplung auch bei nicht verwendeter ZK-Kopplung aufgesteckt (BG0-BG2: X22)! Entladungszeit der Zwischenkreiskondensatoren > 5 Minuten. Es ist nicht erlaubt, mit Gegenständen jeglicher Art in das Geräteinnere einzudringen. Bei der Montage oder sonstigen Arbeiten im Schaltschrank ist das Gerät gegen herunterfallende Teile (Drahtreste, Litzen, Metallteile, usw. ) zu schützen. Teile mit leitenden Eigenschaften können innerhalb des Umrichters zu einem Kurzschluss oder Geräteausfall führen. Vor der Inbetriebnahme sind zusätzliche Abdeckungen zu entfernen, damit es zu keiner Überhitzung des Gerätes kommen kann. 2 Der Umrichter muss in einem Schaltschrank installiert sein, in dem die maximale Umgebungstemperatur (siehe Technische Daten) nicht überschritten wird. Es dürfen nur Kupferleitungen verwendet werden. Die zu verwendenden Leitungsquerschnitt ergeben sich aus der Tabelle der Norm NEC bei 60 o C oder 75 o C. Für Schäden, die aufgrund einer Nichtbeachtung der Anleitung oder der jeweiligen Vorschriften entstehen, übernimmt die Fa. GmbH + Co. KG keine Haftung.

5 5. Umrichtergeneration 1. Sicherheitshinweise Der Motor muss eine integrale Temperaturüberwachung mit Basisisolierung entsprechend EN besitzen, oder es muss ein externer Motorüberlastschutz verwendet werden. Nur für den Gebrauch an Versorgungsstromnetzen geeignet, die höchstens einen maximal symmetrischen Nennkurzschlussstrom von 5000 A bei 480 Volt liefern können. Technische Änderungen, die der Verbesserung der Geräte dienen, vorbehalten. Die vorliegende Dokumentation stellt eine reine Produktbeschreibung dar. Es handelt sich um keine zugesicherten Eigenschaften im Sinne des Gewährleistungsrechts. 1.2 Software Nutzung der Software POSITool Produktpflege Mit dem Softwarepaket POSITool kann die Applikationsauswahl, Anpassung von Parametern und Signalbeobachtung der 5. Umrichtergeneration vorgenommen werden. Mit der Auswahl einer Applikation und der Übertragung dieser Daten an einen Umrichter wird die Funktionalität festgelegt. Das Programm ist Eigentum der GmbH + Co. KG und ist urheberrechtlich geschützt. Das Programm wird für den Anwender lizenziert. Die Überlassung der Software erfolgt ausschließlich in maschinenlesbarer Form. Der Kunde erhält von der GmbH + Co. KG ein nicht ausschließliches Recht zur Nutzung des Programms (Lizenz), wenn es rechtmäßig erworben wurde. Der Kunde ist berechtigt das Programm zu den o.g. Tätigkeiten und Funktionen zu nutzen und Kopien des Programms, einschließlich einer Sicherungskopie zur Unterstützung dieser Nutzung zu erstellen und zu installieren. Die Bedingungen dieser Lizenz gelten für jede Kopie. Der Kunde verpflichtet sich, auf jeder Kopie des Programms den Copyrightvermerk und alle anderen Eigentumsvermerke anzubringen. Der Kunde ist nicht berechtigt, das Programm abweichend von diesen Bestimmungen zu nutzen, zu kopieren, zu ändern oder weiterzugeben / zu übertragen; das Programm umzuwandeln (reverse assemble, reverse compile) oder in anderer Weise zu übersetzen, das Programm in Unterlizenzen zu vergeben, zu vermieten oder zu verleasen. Die Verpflichtung zur Wartung bezieht sich auf die beiden letzten aktuellen, von GmbH + Co. KG erstellten und zum Einsatz freigegeben Programmversionen. GmbH + Co. KG beseitigt Programmängel oder stellt dem Kunden nach Wahl von Fa. GmbH + Co. KG eine neue Programmversion zur Verfügung. Kann der Fehler im Einzelfall nicht sofort behoben werden, so wird GmbH + Co. KG eine Zwischenlösung herbeiführen, die gegebenenfalls die Beachtung besonderer Bedienungsvorschriften durch den Anwender erfordert. Anspruch auf Mängelbeseitigung besteht nur, wenn gemeldete Fehler reproduzierbar sind oder durch maschinell erzeugte Ausgaben aufgezeigt werden können. Mängel müssen in nachvollziehbarer Form unter Angabe der für die Mängelbehebung zweckdienlichen Informationen gemeldet werden. Die Pflicht zur Mängelbeseitigung erlischt für solche Programme, die der Kunde ändert oder in die er sonstwie eingreift, es sei denn, dass der Kunde im Zusammenhang mit der Mängelmeldung nachweist, dass der Eingriff für den Mangel nicht ursächlich ist. GmbH + Co. KG verpflichtet sich, die jeweils gültigen Programmversionen an einem speziell geschützten Ort aufzubewahren (feuersicherer Datensafe, Bankschließfach). 3

6 CANopen - 5. Umrichtergeneration 2. Einführung 2 EINFÜHRUNG Zweck des Handbuchs Dieses Handbuch informiert Sie über die Anbindung der 5. Umrichtergeneration an das Feldbussystem CANopen. Dazu werden Ihnen die Struktur von CANopen und die prinzipiellen Vorgehensweisen erläutert. Das Handbuch soll: Sie mit dem Basiswissen über die CANopen-Kommunikation vertraut machen. Sie beim Entwurf einer Anwendung und der Projektierung der Kommunikation unterstützen. Leserkreis Zielgruppe dieses Handbuchs sind Anwender, die mit der Steuerung von Antriebssystemen vertraut sind und über Grundkenntnisse von CANopen verfügen. Weitere Handbücher Für weitere Informationen berücksichtigen Sie bitte folgende Handbücher: Montageanleitung (Impr.-Nr ) für die Montage der Gerätefamilie MDS und die Montageanleitung (Impr.-Nr ) für die Montage der Gerätefamilie FDS. Kurz-Inbetriebnahmeanleitung (Impr.-Nr ) für einen schnellen Einstieg in den Betrieb der 5. Umrichtergeneration. Applikationshandbuch (Impr.-Nr ) für eine Beschreibung der Applikationen, die Ihnen von zur Verfügung gestellt werden. Programmierhandbuch (Impr.-Nr ) für eine detaillierte Beschreibung des Systems und der Option der freien, graphischen Programmierung. Weitere Unterstützung Bei Fragen zur Nutzung von Geräten der 5. Umrichtergeneration und ihrer CAN-Bus-Anbindung, die Ihnen nicht durch dieses Handbuch beantwortet werden, unterstützen wir Sie gerne unter der Telefonnummer Um Ihnen den Einstieg in die Anwendung unserer Software zu erleichtern, bieten wir entsprechende Kurse an. Wenden Sie sich bitte an unser Trainingscenter unter folgender Anschrift: GmbH+Co. KG Trainingscenter Kieselbronner Straße Pforzheim 4

7 CANopen 5. Umrichtergeneration 3. Montage 3 MONTAGE Um einen Umrichter der 5. Umrichtergeneration in ein CAN-Bussystem zu integrieren, muss das Feldbusmodul CANopen DS-301 (CAN5000) eingebaut sein. Es empfiehlt sich die Optionskarte mit dem Umrichter zu bestellen. In diesem Fall wird sie von vor Auslieferung montiert. 3.1 Einbau der CAN5000 in MDS 5000 Beschreibung Um die Optionsplatine CAN5000 in den Umrichter MDS 5000 einzubauen, folgen Sie der Anleitung: Stellen Sie sicher, dass das Gerät spannungsfrei ist. Lösen Sie das Blindblech, in dem Sie die beiden Schrauben entfernen. Entfernen Sie im Blech den vorgestanzten Bereich (A) des SUB-D-Steckers. Montieren Sie das Blech an der Platine mit den beiliegenden UNC-Bolzen (B). Schieben Sie die Feldbusplatine (C) mit der goldkontaktierten Klemmfläche (D) in den schwarzen Klemmblock innerhalb des Umrichters. VORSICHT Vermeiden Sie jede Berührung der Goldkontaktfläche mit den Fingern (Verschmutzungs-/Korrosionsgefahr). Überprüfen Sie den korrekten Sitz der Platine. Befestigen Sie das Abdeckblech mit den beiden Schrauben (E). B E C A D Abbildung 3-1 Montage der Optionsplatine CAN5000 in MDS

8 CANopen 5. Umrichtergeneration 3. Montage 3.2 Einbau der CAN 5000 in FDS 5000 Beschreibung Um die Optionsplatine CAN5000 in den Umrichter FDS 5000 einzubauen, folgen Sie der Anleitung: Stellen Sie sicher, dass das Gerät spannungsfrei ist. Lösen Sie das Blindblech, in dem Sie die beiden Schrauben entfernen. Entfernen Sie im Blech den vorgestanzten Bereich (A) des SUB-D-Steckers. Montieren Sie das Blech an der Platine mit den beiliegenden UNC-Bolzen (B). Schieben Sie die Feldbusplatine (C) mit der goldkontaktierten Klemmfläche (D) in den schwarzen Klemmblock innerhalb des Umrichters. VORSICHT Vermeiden Sie jede Berührung der Goldkontaktfläche mit den Fingern (Verschmutzungs-/Korrosionsgefahr). Überprüfen Sie den korrekten Sitz der Platine. Befestigen Sie das Abdeckblech mit den beiden Schrauben (E). B E A C D Abbildung 3-2 Montage der Optionsplatine CAN5000 in FDS

9 CANopen 5. Umrichtergeneration 4. Elektrische Installation 4 ELEKTRISCHE INSTALLATION Aufbau Zum Aufbau eines CAN-Busses werden alle Teilnehmer (Nodes) über die Leitungen CAN_Low und CAN_High miteinander verbunden. So hat jedes Gerät, das nicht am Ende des Busses liegt, ein ankommendes und ein abgehendes Buskabel. An das Gerät am Ende des CAN-Busses, an das nur ein Buskabel angeschlossen ist, muss anstelle des zweiten Buskabels ein Abschlusswiderstand von 124 Ohm zwischen CAN_Low und CAN_High zugeschaltet werden. Node 1 Node 2 Node n 124 Ohm CAN_H (dominant high) CAN_L (dominant low) Abbildung 4-1Aufbau eines CAN-Bus-Systems 124 Ohm Einstellungen Alle Teilnehmer am CAN-Bus müssen auf dieselbe Übertragungsgeschwindigkeit eingestellt werden. Das geschieht mit dem Parameter A82 CAN-Baudrate. Die maximale Leitungslänge ist von der verwendeten Baudrate abhängig. Die folgende Tabelle zeigt die maximal zulässigen Längen über die gesamte Ausdehnung des Busses. A82 CAN-Baudrate 0:10 kbit/s 5000 m 1:20 kbit/s 2500 m 2:50 kbit/s 1000 m 3:100 kbit/s 800 m 4:125 kbit/s 500 m 5:250 kbit/s 250 m 6:500 kbit/s 100 m 7:800 kbit/s < 30 m! 8:1000 kbit/s < 10 m! Maximale Länge Nur mit Sonderbuskabel mit <= 60 nf/ km Kabelspezifikationen Es wird ein geschirmtes Kabel speziell für die CAN-Bus-Kommunikation (nach ISO 11898) empfohlen, denn nur ein geeignetes Feldbuskabel bietet die notwendigen technischen Voraussetzungen wie z.b. Wellenwiderstand und eine genügend kleine Kabelkapazität (ca. 60 nf/km) für einen fehlerfreien Betrieb besonders bei hohen Baudraten. Schirmung Der Einsatz geeigneter T-Stecker z.b. mit Schraubklemmen ermöglicht den einfachen Anschluss der einzelnen Adern des Buskabels. Die Abschirmung des Buskabels wird unter die Zugentlastung des Steckers montiert. Über das Steckergehäuse und den Sub- D-Stecker ist somit die Abschirmung korrekt mit dem Umrichter verbunden. Abschlusswiderstand Durch den in der Optionsplatine eingebauten Abschlusswiderstand ist die Realisierung des Busabschlusses sehr einfach. Durch Betätigen des Schiebeschalters in Richtung On (Gerätevorderseite) am letzten Gerät wird der Busabschluss aktiviert. 7

10 CANopen 5. Umrichtergeneration 4. Elektrische Installation In der folgenden Tabelle ist die Belegung des Sub-D-Steckers zum Anschluss eines CAN-Bus-Systems an den Umrichter dargestellt. Das Bild zeigt die Oberseite des Umrichters mit einer eingebauten Platine CAN5000. Angezeigt wird auch der Schiebeschalter zur Aktivierung des Abschlusswiderstands. PIN Signal / Funktion Beschreibung Beschaltung 1 nc Nicht belegt 2 CAN-low CAN-Low Leitung MDS 5000 off on 3 GND Signal Ground nc Nicht belegt Interner Abschlusswiderstand: 120 Ω (zuschaltbar) nc Nicht belegt 6 CAN-low CAN-Low Leitung Intern mit PIN 2 verbunden FDS 5000 on off 7 CAN-high CAN-High Leitung 8 nc Nicht belegt 9 CAN-high CAN-High Leitung Intern mit PIN 7 verbunden Baudrate und Busadresse zur Bildung der COB-ID werden über die Software eingestellt und im Paramodul nichtflüchtig gespeichert. 8

11 CANopen 5. Umrichtergeneration 5. Grundlagen CAN Bus 5 GRUNDLAGEN CAN BUS Das serielle Bussystem Controller Area Network (CAN) ist ein serielles Multi-Master- Kommunikationsprotokoll. Es wurde ursprünglich für die Vernetzung im Automobil entwickelt. Wegen der sehr guten Eigenschaften bezüglich Geschwindigkeit, Flexibilität und Robustheit wird es auch in industriellen Applikationen immer häufiger eingesetzt. Das eigentliche CAN-Protokoll entspricht dem Data Link Layer (Schicht 2) des ISO/OSI- Referenzmodells. Auf dieser Ebene können einfache oder herstellerspezifische CAN- Netze aufgebaut werden. Die Nachteile der Schicht-2-Lösung liegen im Fehlen eines standardisierten Netzwerk-Managements und in der Aufteilungsweise der Nachrichten- Identifier auf alle Teilnehmer des CAN-Netzes. CANopen Von der Anwender- und Herstellervereinigung CAN in Automation (CIA) wurden die höheren Kommunikationsschichten CAN Application Layer (CAL) und darauf aufbauend CANopen als offene Standards definiert; diese haben sich als Industriestandard etabliert. Hier sind Dienste und Protokolle für Netzwerkinitialisierung, -überwachung und -konfiguration und für Prozessdaten- und Parameter-Kommunikation definiert. Antriebstechnik bietet für die Umrichter der 5. Umrichtergeneration die Möglichkeit zur Ankopplung an den CAN-Bus über das CANopen-Profil CiA/DS-301 und alle darunterliegenden CiA-Spezifikationen (siehe Literaturverzeichnis). Der Umrichter stellt einen logischen CANopen-Slave dar, der von einem logischen CANopen-Master (Steuerung, SPS) gesteuert und parametriert wird. Für die Inbetriebnahme eines CAN-BUS Systems sind die Handbücher und Inbetriebnahmeanleitungen aller beteiligten Komponenten (CANopen-Master/Steuerung, weitere Slaves,..) zu beachten. Werden zusätzliche Informationen zum CAN-BUS oder CANopen-Profil benötigt, so kann über die Organisation CiA unter auf umfassende Literatur zugegriffen bzw. diese bezogen werden. NMT State Maschine Alle nach dem CANopen Standard arbeitenden Slaves verfügen über den selben Mechanismus, nach dem die CAN-Schnittstelle beim Netzzuschalten initialisiert und über Kommandos gesteuert werden kann. Dieser Mechanismus wird in der Network Management Zustandsmaschine dargestellt (siehe Abbildung 5-1). Ausführliche Erläuterungen befinden sich in Kapitel 8.1. Power on (1) Reset Application (7) (2a) Reset Communication (2b) (6) Initialising (2c) Pre-Operational (4b) (4a) (5a) (3a) (3b) Stopped Operational (5b) Abbildung 5-1 Network Management Zustandsmaschine In den folgenden Tabellen werden die Zustände und die möglichen Zustandsänderungen beschrieben. Der aktuelle Zustand wird durch die grüne LED an der Optionsplatine angezeigt (s. Kapitel 5). 9

12 CANopen 5. Umrichtergeneration 5. Grundlagen CAN Bus Zustandstabelle: Zustand Beschreibung grüne LED Reset Application Umrichterkonfiguration startet, gespeicherte Werte werden geladen. Aus Reset Communication Kommunikationsparameter werden auf Startwerte gesetzt. Aus Initialising CAN-Bus Anschaltung wird initialisiert. Aus Pre-Operational Umrichter ist bereit für Parametrierung zur Vorbereitung des eigentlichen Betriebes. Blinken Operational CAN-Bus Anschaltung ist in Betrieb mit allen Diensten. Ein Stopped Nahezu alle Kommunikationsaktivitäten sind gestoppt. Einzel-Flash Parameter im CANopen-System der 5. Umrichtergeneration Parameter im CANopen-System verfügen über zwei Adressen. Sie können als CANopen- oder mit der -Adresse angegeben werden. Beide greifen auf denselben Parameter zurück! In den folgenden Kapiteln sind in Parametertabellen beide Adressen angegeben. 10

13 CANopen 5. Umrichtergeneration 6. Anwenderschnittstelle der CAN-Bus-Optionsplatine 6 ANWENDERSCHNITTSTELLE DER CAN-BUS-OPTIONSPLATINE LED Der Zustand der Buskommunikation kann an der Optionsplatine abgefragt werden. Die Optionsplatine CAN5000 ist mit einer grünen und einer roten Leuchtdiode (LED) ausgestattet. Die LED s zeigen kommunikationsspezifische Zustände gemäß der CiA DR an. Dies ermöglicht eine leichte und schnelle Diagnose des CAN-Zustandes am Gerät. ROT GRÜN Abbildung 6-1 Platzierung der LED grüne LED aus (Optionsplatine nicht erkannt) 200 ms 1000 ms blinken einfach Flash (Preoperational) (Stopped) ein (Operational) rote LED aus (ok) einfach Flash (Warning Level) 200 ms 1000 ms doppelt Flash dreifach Flash (Node Guard Event) (Sync-Error) ein (Bus Off) Abbildung 6-2 Rückmeldesignale der LED 11

14 CANopen 5. Umrichtergeneration 6. Anwenderschnittstelle der CAN-Bus-Optionsplatine Tabelle für die rote LED: LED-Zustand Bedeutung Maßnahme Aus Kein Fehler, keine Warnung Keine, alles OK Einfacher Flash Min. einer der Fehlerzähler (Transmit oder Receive) im CAN-Controller hat bis zum Warnungslevel inkrementiert. Busverkabelung und CAN-Bus Bittiming aller Teilnehmer prüfen. Die Warnung setzt sich selbstständig zurück, wenn nur Teilnehmer mit identisch eingestelltem Timing kommunizieren. Doppelter Flash Node-Guarding Ereignis aufgetreten. Heartbeat-Ereignis ist passiert (noch nicht implementiert). Dreifacher Flash Sync-Error Eine Sync-Message ist nicht innerhalb der eingestellten Timeout-Zeit in Objekt 1006 empfangen worden. Timeout-Zeit korrekt einstellen oder zuverlässiges Senden des Sync im Sync-Master kontrollieren. Ein Bus-Off vom CAN-Controller festgestellt. Das Gerät nimmt an der CAN-Kommunikation nicht mehr teil. CAN-Baudrate und Busverkabelung kontrollieren und Ausund Wiedereinschalten. 12

15 CANopen 5. Umrichtergeneration 7. Aufbau der Kommunikation CANopen 7 AUFBAU DER KOMMUNIKATION CANOPEN NMT SYNC TIME STAMP EMERGENCY PDO SDO ERROR CONTROL Telegramme auf dem CAN-Bus bestehen aus 0 bis 8 Byte Nutzdaten, die in einen Telegrammrahmen eingefasst sind. Der genaue Aufbau des CAN-Telegramms ist für die Anwendung nicht wichtig. Dies wird von intelligenten CAN-Controllern übernommen. (Detailinformationen können von der Internetseite des Vereins CAN in Automation bezogen werden.) In einem CANopen DS301-System werden mehrere Telegrammdienste unterschieden: NMT SYNC TIME STAMP EMERGENCY PDO SDO ERROR CONTROL NMT, SYNC und TIME STAMP gehören zu den Broadcast-Objekten, die vom Master an alle Slaves gleichzeitig gesendet werden. EMERGENCY, PDO, SDO und ERROR CON- TROL sind Peer-to-Peer-Objekte, die vom Master an einen Slave oder umgekehrt geschickt werden. NMT- Telegramme beeinflussen die Zustandsmaschinen der CANopen-Slaves (s. Kapitel 4 NMT State Machine2). Die Befehle, die im NMT-Telegramm versendet werden, stellen für die Slaves eine Möglichkeit dar ihren Zustand zu wechseln. Das SYNC-Objekt schafft eine in der Regel zeitliche Rasterung. Bezogen auf das SYNC- Objekt können Telegramme empfangen oder gesendet werden. Das TIME-STAMP-Objekt liefert einen genauen Zeitstempel. Diese Funktion wird von den Geräten der 5. Umrichtergeneration zurzeit nicht unterstützt. Emergency-Telegramme werden durch einen geräteinternen Fehler ausgelöst. Sie werden einmal bei Auftreten und einmal bei Verschwinden des Fehlers versendet. Das eingetretene Ereignis wird im Telegramm angegeben. Ein PDO-Telegramm liefert Prozessdaten. Dabei wird bei Empfänger und Sender definiert, von welchen Parametern Inhalte geschickt werden. Im eigentlichen Telegramm werden nur die Daten dieser Parameter gesendet. Für jeden Umrichter können bis zu vier PDO-Kanäle in Sende- und Empfangsrichtung eingerichtet werden. Mit einem SDO-Telegramm werden direkt Parameter angesprochen und abgefragt. Für jeden Umrichter existieren in Empfangs- und Senderichtung vier Kanäle. Durch ERROR-CONTROL-Objekten wird das CAN-Netz überwacht. Dazu gehören BOOT-UP, NODE- und LIFE-GUARDING-Telegramme. In welchem NMT-Zustand welche Objekte aktiv sind, zeigt folgende Tabelle der Kommunikationsdienste. Kommunikationsdienst Reset App, Reset Com. Initialising Pre-Operational Operational Stopped PDO - - Aktiv - SDO - Aktiv Aktiv - SYNC - Aktiv Aktiv - Emergency - Aktiv Aktiv - Boot-Up Aktiv Network Management (NMT, Heartbeat) - Aktiv Aktiv Aktiv 13

16 CANopen 5. Umrichtergeneration 7. Aufbau der Kommunikation CANopen Identifier Um zwischen den verschiedenen Objekten und den Teilnehmern am Bus zu unterscheiden, erhält jedes Telegramm einen eindeutigen Identifier. Der Identifier wird bei CANopen COB-ID genannt. Neben der Unterscheidung zwischen Kommunikationsdiensten und Teilnehmern legt die COB-ID die Priorität eines Telegramms fest. Für die Vergabe der COB-ID existieren zwei Mechanismen: 1. Pre-defined Connection Set : Beim Kauf eines Neugerätes sind die Kommunikationsparameter nach dem Prinzip des Pre-defined Connection Set eingestellt. Dies ermöglicht eine einfache Inbetriebnahme eines normalen CAN-Netzes mit einem NMT-Master und bis zu 127 NMT-Slaves (Umrichter und weitere Geräte). Werden die SDO-Kanäle 2, 3 und 4 aktiviert, können bis zu 31 NMT-Slaves angeschlossen werden. Für die meisten Anwendungen empfiehlt sich diese Methode! 2. Dynamic Distribution : Das Prinzip der Dynamic-Distribution bietet vielfältige Möglichkeiten für die Optimierung eines komplizierten CAN-Netzes mit unterschiedlichen Teilnehmern und Aufgaben. 7.1 Pre-defined Connection Set Eine COB-ID besteht aus 11 Bit. Der Aufbau ist in nebenstehendem Bild erläutert. Die Bits 7-10 legen den Function-Code und die Bits 0-6 die Node-ID fest. Für jede Art von Functioncode Node-ID CAN-Nachricht ist ein Function-Code definiert. Bei den Peer-to-Peer-Objekten wird zum Function-Code die Node-ID (A83 Busadresse) addiert. Daraus ergibt sich die COB-ID für jede einzelne Nachricht eines jeden Teilnehmers auf dem CAN-Bus. Merke: COB-ID = Function-Code + Node-ID In den folgenden Tabellen werden die COB-IDs der verschiedenen Kommunikationsobjekte nach dem Pre-definded Connection Set beschrieben. Dazu wird zum Objekt der Function-Code, die resultierende COB-ID, den Kommunikationsparameter und die Priorität der Nachricht genannt. Tabelle der Broadcast-Objekte Objekt Function code Resultierende COB-ID Index der zugeordneten (binär) Hexadezimal / dezimal Kommunikationsparameter Priorität NMT hex 0 - höchste SYNC hex TIME STAMP hex HINWEIS Das TIME-STAMP-Objekt ist bei Geräten der 5. Umrichtergeneration nicht verfügbar! Tabelle der Peer-to-Peer-Objekte (hier ist die Node-ID des betreffenden Slaves wichtig. Sie muss zwischen 1 und 31, bei deaktivierten SDO-Kanälen 2, 3, 4 bis 127 liegen.) Objekt Resultierende COB-ID Functioncode (binär) Formel Hexadezimal dezimal EMERGENCY hex + Node-ID 81 hex FF hex Index der Kommunikationsparameter CANopen Umrichter 1014 hex, A hex PDO1 (tx) hex + Node-ID 181 hex 1FF hex hex A229.0 PDO1 (rx) hex + Node-ID 201 hex 27F hex hex A221.0 PDO2 (tx) hex + Node-ID 281 hex 2FF hex hex A230.0 PDO2 (rx) hex + Node-ID 301 hex 37F hex hex A222.0 PDO3 (tx) hex + Node-ID 381 hex 3FF hex hex A231.0 PDO3 (rx) hex + Node-ID 401 hex 47F hex hex A223.0 PDO4 (tx) hex + Node-ID 401 hex 47F hex hex A232.0 PDO4 (rx) hex + Node-ID 501 hex 5FF hex hex A224.0 SDO1 (tx) hex + Node-ID 581 hex 59F hex hex - SDO1 (rx) hex + Node-ID 601 hex 61F hex hex - Priorität hoch 14

17 CANopen 5. Umrichtergeneration 7. Aufbau der Kommunikation CANopen Resultierende COB-ID Index der Kommunikationsparameter Functioncode Objekt (binär) Formel Hexadezimal dezimal CANopen Umrichter SDO2 (tx) A0 hex + Node-ID 5A1 hex 5BF hex hex A218.1 SDO2 (rx) hex + Node-ID 621 hex 63F hex hex A218.0 SDO3 (tx) C0 hex + Node-ID 5C1 hex 5DF hex hex A219.1 Priorität SDO3 (rx) hex + Node-ID 641 hex 65F hex hex A219.0 SDO4 (tx) E0 hex + Node-ID 5E1 hex 5FF hex hex A220.1 SDO4 (rx) hex + Node-ID 661 hex 67F hex hex A220.0 ERROR CONTROL hex + Node-ID 701 hex 77F hex hex, 1017 hex - niedrig Das Pre-defined Connection Set ist dann aktiv, wenn in den Kommunikationsparametern der Wert des Function Code eingetragen ist. Dann wird automatisch zum Function Code die zugehörige Node-ID addiert. Erklärung der Abkürzungen: 1-4 Dieses Kürzel kennzeichnet den Kanal. Geräte der 5. Umrichtergeneration können gleichzeitig vier PDO und vier SDO unabhängig übertragen. (rx) Diese Kennzeichnung gibt die Objekte an, die der Umrichter vom NMT-Master empfängt. (tx) Diese Kennzeichnung gibt die Objekte an, die der Umrichter (NMT-Slave) an den Master sendet. SDO2, -3, -4 Werden bei anderen einfachen Geräten nicht angeboten. Diese zusätzlichen Kanäle können zur Erhöhung der Teilnehmeranzahl am Bus deaktiviert werden. 7.2 Dynamic Distribution Dynamic distribution In besonderen Anwendungsfällen kann es notwendig sein, die oben beschriebene Zuordnung zwischen COB-ID und den Objekten zu ändern. Möglich ist die Änderung bei folgenden Objekten: SYNC EMERGENCY PDO1, 2, 3 und 4 in beide Senderichtungen SDO2, 3 und 4 in beide Senderichtungen Die Einführung des Dynamic-Distribution-Prinzip geschieht durch Ändern der zugeordneten Kommunikationsparameter. Steht in diesen Parametern nicht der Standardwert (Functioncode aus obiger Tabelle), wird die Addition der Node-ID für die Bildung der resultierenden COB-ID nicht ausgeführt. Der Mechanismus des Predefined Connection Sets ist für die betreffende Nachricht ausgeschaltet. Vorgang Der NMT-Master überschreibt die ID, wenn sich der Umrichter (NMT-Slave) im Zustand Pre-Operational befindet. Werden Parameter geändert und anschließend die Funktionalität aktiviert (PDO s werden durch NMT-Start aktiviert und SDO s werden z.b. durch NMT-Reset-Communication neu aktiviert), gelten die neuen COB-ID s. Sollen diese Änderungen auch nach dem Ausschalten der Versorgungsspannung wirksam bleiben, muss die Aktion Werte speichern ausgelöst werden (über -Parameter A00.0 oder über CANopen Objekt 1010 Store parameters ). Beim nächsten Geräteanlauf prüft der Umrichter, ob die Werte in den zugeordneten Kommunikationsparametern auf den Standardwerten stehen (Functioncode in den Bits 7-10). Ist dies der Fall, wird nach dem Standardprinzip Pre-Defined Connection Set der Wert der Node-ID ( Parameter A83 Busadresse) hinzuaddiert. Werden keine Standardwerte festgestellt, gilt das Dynamic-Distribution-Prinzip. 15

18 CANopen 5. Umrichtergeneration 7. Aufbau der Kommunikation CANopen Beispiel 1 Sie möchten den zweiten SDO-Kanal aktivieren und schließen weniger als 64 NMT- Slaves am CAN-Bus an: Nach dem ersten Hochlauf des Umrichters mit der Busadresse 1 ist nur der SDO-Kanal 1 aktiv, SDO1 (rx) hat COB-ID 601 hex und SDO1 (tx) hat COB-ID 581 hex. Ändern Sie über den SDO-Service den Kommunikationsparameter mit Index/Subindex 1201/1 2 nd Server SDO Parameter / COB-ID Client->Server auf den Wert hex, und den Parameter 1201/2 2 nd Server SDO Parameter / COB-ID Server-> auf den Wert C1 hex. Mit einem Wechsel in die NMT-Zustände Reset-Communication oder Stop und anschließendem Wechsel zu Zustand Preoperational sind sowohl Receive- als auch Transmit-Richtung des SDO-Kanals aktiviert. Gleichzeitig werden die COB-ID s auf 641 hex für rx und 5C1 hex für tx festgelegt. Durch Werte speichern ist dieser SDO-Kanal sofort nach dem nächsten Einschalten aktiv. Diese Identifier würden standardmäßig von einem anderen Teilnehmer mit der Node-ID 65 (41 hex ) für SDO Kanal 1 benutzt werden. Dies muss verhindert werden, indem kein Teilnehmer eine Node-ID von 65 oder größer erhält. Beispiel 2 Sie möchten den PDO (tx) Objekten der drei PDO-Kanläle von Teilnehmer 1 eine höhere Priorität geben als den PDO-Objekten anderer Teilnehmer. Nehmen Sie dazu folgende Parametereinstellungen vor: Parameter 1800/1 hex 1st transmit PDO parameter / COB-ID den Identifier von PDO1 (tx) auf den Wert F0 hex einstellen und Parameter 1801/1 hex 1st transmit PDO parameter / COB-ID den Identifier von PDO2 (tx) auf den Wert F1 hex einstellen und Parameter 1802/1 hex 1st transmit PDO parameter / COB-ID den Identifier von PDO3 (tx) auf den Wert F2 hex einstellen. Damit die COB-ID s nicht mit EMERGENCY-Signalen anderer Teilnehmern kollidieren, darf kein Teilnehmer mit der Node-ID 112, 113 oder 114 mit dem Pre-Defined Connection Set arbeiten. Beispiel 3 Jede empfangene CAN-Nachricht belastet den Teilnehmer mit zusätzlicher Rechenleistung. Falls ein System in einem CAN-Netz häufig die Broadcast-Nachricht SYNC sendet und einige Teilnehmer diese nicht benötigen, kann bei den Teilnehmern der Empfang und die Verarbeitung ausgeschaltet werden: Stellen Sie den Kommunikationsparameter 1005 hex COB-ID SYNC auf einen Wert ein, der ungleich allen im Netzwerk verwendeten Identifiern ist. Hier bietet sich der Wert 7FF hex an, da dieser bei CANopen nicht verwendet wird. 16

19 CANopen 5. Umrichtergeneration 8. Datenübertragung mit PDO und SDO 8 DATENÜBERTRAGUNG MIT PDO UND SDO SDO Da der Nutzdatenaustausch die wesentliche Aufgabe eines CAN-System darstellt, wird mit der Beschreibung der Kommunikationsdienste PDO und SDO begonnen. Die Objekte NMT, SYNC, EMERGENCY und ERROR CONTROL werden in Kapitel 8 besprochen. In dem Parameterkanal können durch den SDO-Service (SDO = Service Data Object) alle Parameter des Umrichters gelesen bzw. verändert werden. Innerhalb eines SDO- Telegramms wird der gewünschte Parameter (Kommunikationsobjekt) durch Index und Subindex adressiert. 5. Umrichtergeneration mit Optionsplatine CAN 5000 Vorrat aller Kommunikationsobjekte SDO(tx) SDO(rx) Parameterkanal Parameter, Aktionen Anzeigen (Istwerte) Steuerbefehle Sollwerte Abbildung 8-1 Kommunikation über SDO-Kanal PDO Ein PDO-Telegramm dient der Übertragung von Daten, die zur Steuerung und Beobachtung des laufenden Prozesses dienen und bei denen eine kurze Übertragungszeit gefordert ist. Im Telegramm werden keine Objekte adressiert, sondern direkt die Inhalte von zuvor ausgewählten Parametern gesendet. PDO(rx) 5. Umrichtergeneration mit Optionsplatine CAN 5000 Parameterkanal Vorrat aller mappbaren Kommunikationsobjekte Mit PDO gekennzeichnete Parameter PDO(tx) 8.1 Prozessdatenübertragung mit PDO-Service Abbildung 8-2Kommunikation über PDO-Kanal Prozessdaten werden durch PDO-Telegramme übertragen. Jeder PDO-Kanal besitzt aus Sicht des Umrichters eine Empfangsrichtung (rx) und eine Senderichtung (tx). Es ist möglich, gleichzeitig bis zu vier unabhängige PDO-Kanäle zu betreiben. So kann z.b. bei der Verwendung des Achsumschalters POSISwitch AX 5000 je ein Kanal für eine Achse eingesetzt werden. Dies ermöglicht den Betrieb von vier mechanischen Achsen nacheinander an einem Umrichter. Durch die Zuordnung eines PDO-Kanals zu einer Achse ist ein einfaches und logisches Handling möglich Prozessdaten-Abbildung PDO- Mapping Mit der Prozessdatenabbildung wird festgelegt, welche Parameter (Kommunikationsobjekte) über den Prozessdatenkanal (PDO-Service) übertragen werden. Geräte der 5. Umrichtergeneration unterstützen eine flexible Abbildung der Kommunikationsobjekte auf die PDO-Kanäle. Dieser Mechanismus wird PDO-Mapping genannt. Für jeden PDO-Kanal existiert für jede Senderichtung ein Parameter mit sechs Subelementen. In die Subelemente werden die Adressen der Parameter eingetragen, deren Inhalte über den PDO-Kanal übertragen werden. Je nach Zahl und Größe der eingetragenen Objekte erwartet der Umrichter eine entsprechende Anzahl von Bytes im PDO-Telegramm. Werden mehr Bytes empfangen, werden die überschüssigen Daten ignoriert; kommen weniger Bytes an, bleiben die nicht vollständig beschriebenen Zielobjekte unverändert. 17

20 CANopen 5. Umrichtergeneration 8. Datenübertragung mit PDO und SDO Einstellung über CANopen mit SDO- Telegramm Das Mapping kann über zwei Methoden eingestellt werden: In einem CANopen-System mit einem SDO-Telegramm In der Parameterliste der Software POSITool Bei beiden Mechanismen wird der Mapping-Parameter bzw. eines seiner Subelemente adressiert. Im SDO-Telegramm wird er mit der CANopen-, in POSITool mit der -Adresse angesprochen. Ein Subelement des Mappings-Parameters ist vier Byte lang. Es wird durch das SDO- Telegramm mit Index, Subindex und optional der Bitlänge des abzubildenden Parameters beschrieben. Die Bitlänge des gemappten Parameters muss beim Senden zum Umrichter nicht angegeben werden; sie wird beim Lesen aus dem Umrichter geliefert. Als Beispiel ist untenstehend die Auswahl des Parameters 2808 / 0 (Parameter E08 n- Motor mit 16 Bit Datenbreite) dargestellt, wie es in einem SDO-Telegramm übertragen wird. Soll der Parameter an erster Stelle auf den 1.PDO (rx)-kanal gemappt werden, muss das Telegramm an den Parameter mit Index 1600 und Subindex 1 adressiert werden. LSB MSW 1. Byte 2. Byte 3. Byte 4. Byte Länge Subindex LSB MSB In Bit Index Länge Subindex Index 10 hex 00 hex 08 hex 28 hex über POSITool In der Software POSITool wird das Mapping in der Parameterliste eingestellt. Dazu muss in der Parameterliste des Globalbereichs der zum jeweiligen Kanal gehörige Parameter aufgerufen werden (im Bild: A225). In den Parameterelementen 0 bis 5 werden die Koordinaten der Parameter eingetragen, die auf das 1. PDO (rx)-telegramm abgebildet werden sollen. Im untenstehenden Bild ist der Parameter A180 der erste gemappte Parameter. Abbildung 8-3 Mapping in der Parameterliste (POSITool) Werden Parameter aus einer Achse gemappt, muss das Präfix angegeben werden: 2.B11 (Motornennleistung, Parameter der zweiten Achse) Die Gesamtlänge der gemappten Parameter darf 8 Byte nicht überschreiten! Die Mapping-Parameter der Kanäle und ihre Subelemente werden in Kapitel angegeben. Liste der auf Prozessdaten abbildbaren Parameter Das PDO-Mapping kann nicht bei allen Parametern angewandt werden. Die abbildbaren Parameter werden in der Parameterliste bei den Feldbushinweisen durch das Kürzel PDO gekennzeichnet. HINWEIS Die Gesamtlänge der gemappten Parameter darf 8 Byte nicht überschreiten. Stellen Sie sicher, dass die Gesamtlänge maximal 8 Byte beträgt. 18