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应用指南

如何使用CM CANopen模块实现S7-1200PLC 同施耐德LXM28A伺服驱动器的通讯

[应用指南]如何使用CM CANopen模块实现S7-1200 PLC同LXM28A伺服驱动器的通讯

目 录

1. 所适用的Anybus产品 4

2. 所需产品 4

3. 方案概述 5

4. Studio 软件配置 6

4.1. 导入设备EDS文件 6

4.2. 配置CANopen网络 7

4.3. 参数预设功能 12

4.4. 计算并生成配置文件 13

4.5. 下载配置 14

5. PLC 配置 15

5.1. 硬件组态 15

5.2. PDO数据读写 18

5.3. 通讯状态诊断 25

5.4. 伺服运动控制例程 27

5.5. SDO读写参数 32

1. 所适用的Anybus产品

2. 所需产品

备注： CM CANopen模块的完整资料及配置软件可以通过以下链接查看并下载：

http://www.ixxat.com/support/file-and-documents-download/demos/cm-canopen-downloads

3. 方案概述

本实验将HMS的CM CANopen模块插入西门子S7-1200 PLC背板中， CM模块作为CANopen 主站与LXM28A通信， 另外CM模块通过PLC背板总线与PLC进行通信，从而实现伺服与PLC的 数据交换，背板总线同时为CM模块供电。为简单起见，实验中只接了一台LXM28A，实际应 用中最多可以挂接16台CANopen设备。

系统连接图

CM 模块CANopen接口

LXM28A伺服CANopen接口

备注：

1. CANopen网络连接：

分别对应连接CM模块和LXM28A伺服的CAN_H 、CAN_L和SHLD引脚，在CM模块CAN_H和CAN_L之间接 入120欧姆电阻，并且在CANopen网络中最后一台设备CAN_H和CAN_L之间接入120欧姆电阻。

2. LXM28A伺服设定：

1) 通过伺服HMI设定CANopen设备地址(P3-05)为3 ，CANopen波特率(P3-01)为500k。

2) 当伺服HMI显示AL013错误码时需要将P2-15 、P2-16 、P2-17参数置0，确保HMI没有错误显示。

4. Studio软件配置

Studio软件用于组态和配置CANopen网络，能够实现网络管理，错误控制和主从站之间 的PDO映射与传输，同时还具有参数预设功能。

在进行CANopen网络通讯配置时，需要所连接CANopen从站设备的EDS文件，该文件由 设备厂商提供。

4.1. 导入设备EDS文件

运行CM CANopen Configuration Studio 2.0 软件，在“Tools”菜单栏下点击“Manage Catalog”选项，在弹出的对话框中选中“Importa device”图标，导入所要连接设备的 EDS 文件 (本实例中导入LXM28A伺服驱动器的EDS文件) 。

备注： 导入后查看左下角 Error List 列表，如果显示 0 Errors，则证明EDS文件导入成功；如果显示有 Errors，则需要根据Error信息对应修改EDS文件重新导入。

4.2. 配置CANopen网络

1. 添加主站 (CM CANopen模块) : ①点击“File”>“New”新建一个工程； ②设定项目的 存储路径、CANopen Manager Device类型以及CANopen主站的Node ID；③点击OK确定。

2. 添加从站(LXM28A伺服驱动器) ：①点击 CiA402-Driver and Motion Control；②左键拖住 “Schneider Electric ”下方的“LXM28DU01M3X”到Slaves下；③在弹出的窗口中输入从 站名称、选择从站Node-ID和Group；④点击“OK”确定。

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3. 网络管理设定：在Network Management Configuration界面下将从站的Bit7勾选项去掉，其 他设置保持默认：

4. 错误控制设定: 在Error Control Configuration界面下可以通过Heartbeat和Node Guarding两种 方式来实现CANopen网络的错误控制，两种方式同时只能使用一种，而且首选Heartbeat。

1) 当从站设备支持Heartbeat功能时，如下图所示可以设定主从站Heartbeat报文的发送 周期和主从站间的监听方式，此时Node Guarding中各项参数均为0。

2) 当连接的从站设备只支持Node Guarding时，如下图所示设置节点保护报文的发送周期 和主从站之间的监听方式 ( 目前CM只支持主从站相互保护的方式)。

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5. 添加PDO传输参数： 在Application objects界面下展开从站节点的对象列表，根据实际应用 勾选需要通过PDO传输的参数对象。

6. 在Process Image界面下看到所有勾选的参数对象，当存在多个从站时，需要对各个从站的 传输参数进行分组：①点击“Addnew group”图标； ②以小写的英文字母分别命名创建 的Group；③选中同一Node-ID下的所有对象；④在Group下拉列表中选择分配给该Node-ID 的组名； ⑤点击“Assign group to selected objects”图标完成分组。

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7. 配置PDO映射参数属性：

①点击左侧Slaves下的从站节点，对应PDO Parameters窗口会在右侧呈现；②右键选中 TPDO和RPDO下的对象，选择Remove Object ，将所有TPDO和RPDO下的对象清空；

③清空后的RPDO和TPDO如图所示， 右键点击相应的PDO，选择AddObject；④在弹出的窗 口中添加Process Image界面中显示的参数对象，将这些对象分别添加到不同的PDO中。

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提示： 常规的CANopen从站提供4个RPDO和4个TPDO，用于传输实时数据。每个PDO能够 传输的最大数据长度为8bytes ，根据实际需要传输的数据长度选择使用的PDO个数。

本实例中使用RPDO1和RPDO2接收数据， TPDO1和TPDO2发送数据。 参考以上步骤TPDO和 RPDO的映射参数分配如下图所示：

8. 配置PDO通信参数：①点击需要设定的PDO；②勾选Enabled前的选项栏，表示使能PDO；

③设定CAN-ID (参考PDO默认COB-ID分配表) ；④ 选择PDO的传输类型，默认为Event Driven (Profile Specific) ； ⑤对于使用的PDO ，勾选Lock PDO前的选项栏进行锁定。 参考以上步骤本实例中RPDO1和TPDO1的通信参数配置如图所示：

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PDO默认CAN-ID分配表

4.3. 参数预设功能

该功能主要应用于对一些不需要实时传输而且一旦设定后无需改变的对象进行预设，在 网络初始化过程中 (主从站上电或重启)由主站写入从站，从而减少网络运行中实时传输的 数据量，减轻网络的通讯负载。

设定步骤： ①在左侧Slaves下选中对应的节点； ②点击右下角 Device Parameters Node-ID 图标展开节点的对象列表；③在需要进行设定的对象的 Value 栏中写入数值。

(本实例预设Profile Acceleration 、Profile Deceleration 、Quickly Stop Deceleration 等对象)

利用CAN网络监测工具可以看到上电初始化过程中CM模块自动将预设值写入LXM28A伺 服驱动器对应参数中。

4.4. 计算并生成配置文件

在计算配置前建议用户在同一路径下进行文件的另存备份：①点击“计算配置”图标； ② 确认左下方Error List中显示Calculation Succeeded ，而且Process Image界面下所有参数对象 的背景色变为白色(如果计算失败请参考下图中文字说明进行相应操作) ；③点击“生成配 置”图标生成配置文件。

计算完成后在Process Image界面下可以显示从站对象参数在CM模块内存区中的地址分 配，图中的Address和Size两项决定了TIA软件中对CM进行硬件组态时的输入输出数据大小：

CANopen 输入数据大小(bytes)=最后一个IN参数对应的Address(十进制) + size(bit)/8

CANopen 输入数据大小(bytes)=最后一个OUT参数对应的Address(十进制) + size(bit)/8

本实例中 CANopen输入数据大小：0x0000000C(12) + 32/8=16 bytes;

CANopen输出数据大小：0x00000008(8) + 32/8=12 bytes

4.5. 下载配置

提示：对于新的CM模块， 在Studio软件中进行下载配置之前需要先在TIA软件中进行CM 模块的硬件组态 (参考5.1部分硬件组态的说明)。

具体的下载步骤如下： ①点击菜单栏中的“下载”图标；②在弹出的对话框中选择下载 接口(CMCANopen USB)和下载文件(CMCDC格式)；③点击Download进行下载；④ 成功 下载后会弹出“Download successfully finished”对话框，点击“确定”完成下载。

备注： 1. 如果配置未能成功下载，请对应本文档FAQ部分的下载错误提示进行处理。

2. 成功下载并对CM模块重新上电， 正常通讯时RUN灯常绿， ERR灯不亮。

5. PLC配置

HMS旗下IXXAT品牌的官网上提供了CM模块的HSP硬件支持包和SDO功能库文件，可以通过以 下链接下载：http://www.ixxat.com/support/file-and-documents-download/demos/cm-canopen-downloads

5.1. 硬件组态

1. 添加控制器CPU：①在TIA Portal V13软件中新建一个项目，进入 “项目视图”； ②双击 “添加新设备”选项；③在控制器列表中选则使用的PLC型号与版本；④点击 “确定”。

2. 设定IP：双击以太网口，在“以太网地址”属性中添加新子网，输入IP地址和子网掩码：

3. 添加CM模块的硬件支持包： ①点击“选项”> “支持包”； ② 选择 “从文件系统添 加”，浏览计算机找到CM 模块的HSP文件并打开； ③勾选添加的HSP文件； ④ 点击“安 装” ；⑤ 在弹出的对话框中点击“继续”，成功完成安装后点击“完成”。

4. 添加CM模块： HSP硬件支持包安装完成以后， 可以在 “目录”下的“通信模块”分组中 找到CM模块，将其拖拽到CPU左侧的通信模块槽中：

5. 配置CM模块参数： 双击CANopen接口，在“Module parameters”属性中编辑节点号、操作 模式、波特率、 CANopen输入输出数据大小(输入输出数据大小的设定可以参考23页) 。

5.2. PDO数据读写

1. 创建用于进行PDO数据读写的FC功能块： ①在“程序块”中添加FC100功能块并命名为 “PDO读写”； ② 在“扩展指令”下展开“分布式IO”找到RDREC和WRREC指令； ③分别 将RDREC和WRREC指令拖入程序段1和程序段2中。

备注： 1. CM 模块的硬件标识符和CANopen输入/输出数据大小可以在设备组态中点击CM模块查看。

2. 有关功能块状态和错误信息的具体说明请参考CM用户手册相关描述。

2. 创建PDO读写指令块变量：打开“PLC变量”下的“默认变量表”，分别添加PDO读写指 令块需要用到的参数变量:

3. PDO读取数据指令块的参数具体分配如下图所示：

1) 读取的数据存放于M区中起始地址为100，长度为100Bytes (需大于或者等于MLEN) 的地址区间。MLEN表明了该区间的有效数据长度，即CANopen输入数据大小。

2) 可以创建DB数据块 (例如DB3)， RECORD定义为P#DB3.DBX100.0 BYTE 100 ，读取的数 据存入DB3块中起始地址100，长度100Bytes 的地址区间。 注意DB块属性中的 “优化 的块访问”不要勾选。

4. PDO写入数据指令块的参数具体分配如下图所示:

1) 写入的数据来源于M区中起始地址为200，长度为100Bytes (需大于或者等于LEN)的 地址区间。LEN表明了该区间中的有效数据长度，即CANopen输出数据大小。

2) 可以创建DB数据块 (例如DB3)， RECORD定义为P#DB3.DBX200.0 BYTE 100 ，写入的数 据来源于DB3块中起始地址200，长度100Bytes 的地址区间。注意DB块属性中的“优 化的块访问”不要勾选。

5. 根据以上配置可以确认PDO传输参数的地址映射如下表所示：

伺服参数对应地址映射表

6. 数据转换： 由于CANopen和PLC分别使用的不同的数据格式，所以需要将PDO传输的原始 数据转换为可以直接进行读取和设定的用户数据：

1) 创建用户数据块：创建全局数据块DB100，并在DB100中分别添加需要对伺服进行读 取的反馈参数和需要对伺服进行写入的设定参数。

2) 创建PDO读取数据转换功能块FC101：①在“程序块”中添加FC101功能块并命名为 “PDO读_Swap”； ② 利用Swap指令和Move指令将PDO读取的数据转换为用户数据。

3) 创建PDO写入数据转换功能块FC102：①在“程序块”中添加FC102功能块并命名为 “PDO写_Swap”； ② 利用Swap指令和Move指令将用户数据转换为PDO写入的数据。

4) 在PDO读写功能块中调用FC101和FC102: 打开FC100功能块，在程序段1 (RDREC)和 程序段2 (WRREC)之间插入新的程序段，在新的程序段中分别调用FC101和FC102如 图所示：

7. 在OB1中调用PDO读写功能块FC100，保存配置并进行编译下载：

8. 创建监控表： ①在“监控与强制表”中添加新的监控表；②添加PDO读取数据指令块的对 应变量和用户数据块中的伺服状态参数；③添加PDO写入数据指令块的对应变量和用户数 据块中的伺服控制参数。

9. 在线进行监控： ①点击 “监控”图标进入在线状态；②将R_Req的修改值置为TRUE；③点 击“立即修改”图标将修改值写入对应变量； ④ 伺服状态参数的对应数据已经被成功读 取，查看伺服通讯手册可知状态字16#4231代表伺服处于“Readyto Switch On”状态。

10. 绝对位置运动控制测试：① 将W_Req修改值置为TRUE；② 分别对伺服控制参数进行赋 值；③依次向控制字中写入0x0006>0x0007>0x000F>0x001F，每次赋值后点击 “立即修 改”图标；④ 电机转动一段时间后停止，此时读取实际位置数据与目标位置数据一致。

5.3. 通讯状态诊断

和PDO读取数据的方式一致， CM模块采用“RDREC”指令来实现对CANopen网络和节点 状态的通讯诊断。

1. 在“用户数据”DB100中创建用于分配给RDREC指令(通讯诊断)的参数变量：

2. 在OB1组织块的程序段2中直接调用RDREC指令， 分配参数如图所示。保存配置并重新进行 编译下载。

备注： 通讯诊断RERDC指令的参数INDEX固定为0x0099 ，MLEN固定为0x84，其他参数的具体定义和 PDO读数据REREC指令一致。

3. 创建新的监控表并添加通讯诊断的相关变量：

4. 在线监控： ①点击 “监控”图标进入在线状态； ②将DIAG_REQ修改值置TRUE，点击“立 即修改”图标将修改值写入对应变量； ③此时可以看到节点地址1 (CM模块)和节点地址 3 (LXM28A)的状态值为05，表明通讯正常。

备注： 具体诊断信息说明请参考CM用户手册P50-P51说明。

5.4. 伺服运动控制例程

该部分以位置模式下的 “绝对位置，立刻更新”控制方式为例，编写对伺服进行运动控 制的简单例程，供用户在实际编程应用中作参考。

1. 创建功能块FB110并进行变量声明：①在“程序块”中添加FB110 功能块并命名为“位置 模式控制”；② 在“变量声明表”中添加以下变量：

2. 在程序段1中编写程序用于控制伺服上电后自动进入“运行使能”状态：

3. 在程序段2中编写程序用于自动触发“绝对位置，立即更新”方式下的位移指令：

4. 在OB1组织块的程序段3中编写程序用于控制PLC自动使能PDO读写和网络诊断：

5. 在OB1组织块的程序段4中调用FB110并赋予实参如图所示：

6. 在OB1组织块的程序段5中编写程序用于控制伺服上电后自动回零：

7. 在OB1组织块的程序段6中编写程序用于控制伺服自动进行连续的正反转位移指令：

8. 点击“保存项目”并重新进行编译和下载。下载完成后对PLC和伺服重新上电， 此时可以 看到电机缓慢转动一段时间后停止，此时通过PLC监控表或者伺服HMI可以看到实际位置 显示为0：

9. 在监控表中添加“自动运行控制”和“目标到达”变量，向“自动运行控制”中写入修 改值TRUE，此时可以看到电机先以较慢的速度正向移动到8000000位置(第一段位移指 令)，然后以较快速度正向移动到15000000位置(第二段位移指令)，最后以较慢的速 度反向移动到6000000位置(第三段位移指令)，此时 “目标到达”为TRUE。

提示： “目标到达”为TRUE后再次向“自动运行控制”中写入修 改值TRUE，电机会再次 自动执行以上三段位移指令。

5.5. SDO读写参数

对一些不支持PDO传输的参数，需要通过SDO的方式进行读取和设定。CM模块的官网上 提供了SDO功能所需的库文件，用户需要在TIA软件中打开该库文件然后进行调用。

本文档的4.3部分介绍了Studio软件的参数预设功能， 预设的参数会在CM上电对从站进 行初始化配置的阶段自动通过SDO方式写入从站。用户在需要使用SDO写入功能时可以优先 考虑通过参数预设功能实现。

1. 在“选项”菜单栏下全局库中点击“打开库”，浏览计算机找到SDO库文件并打开： 提示：需要对官网下载的SDO库文件进行解压并且存储路径不能太长。

2. 对于TIA V12 以上版本打开后会有升级提示，点击“是”进行升级：

3. 升级完成后展开“全局库”中的CM CANopen Function Blocks V12库文件，分别将ReadSDO 和WriteSDO拖入OB1组织块的程序段7中。

4. 创建ReadSDO的存储数据块DB6：①在 “程序块”中添加全局数据块DB6并命名“ReadSDO Data”； ②在DB6中添加ReadSDO功能块所需的变量参数； ③右键点击DB6数据块选择 “属性”，在弹出的对话框中去掉“优化的块访问”前的勾选。

5. 按照同样的步骤创建WriteSDO的存储数据块DB7，并命名为“WriteSDO Data”：

6. 对ReadSDO和WriteSDO功能块分配参数并编写控制程序如下图所示：

7. 保存项目并重新进行编译下载，在监控表中添加ReadSDO和WriteSDO功能块的变量，以参 数Home Offset (索引607C，子索引00，数据长度4个字节)为例，对ReadSDO和WriteSDO的 相关变量进行赋值。

8. 在线进行读写测试： ①点击 “监控”图标进入在线状态； ②将WS_REQ修改值置TRUE，点 击“立即修改”图标向Home Offset参数写入数据； ③ 将RS_REQ 修改值置TRUE，点击 “立即修改”图标读取Home Offset参数数据；④此时可以看到ReadSDO功能块读取的数据 和WriteSDO功能块写入的数据一致，表明SDO读写数据成功。

FAQ

问题1--下载配置后如何判断CANopen网络的通讯状态：

方法1: 通过模块LED指示灯判断通讯状态 RUN灯常绿， ERR灯不亮： 通讯正常。 RUN灯绿闪， ERR灯常红： CAN_L和CAN_H短接，总线关闭。 RUN灯绿闪， ERR灯红闪(单次)：接线错误 or 没有加终端电阻 or 波特率不一致。 RUN灯绿闪， ERR灯红闪(两次)： Studio配置和实际设备不匹配。 RUN灯不亮， ERR灯不亮： CM未组态 or CM组态和Studio软件中设定不一致。

方法2：通过在博途V13中调用网络诊断功能块来监控网络和节点的运行状态。

方法3: 通过CAN报文监测工具接入网络，根据报文判断当前通讯状态。

问题2--Studio配置文件在其他电脑上打不开：

错误提示：

错误原因： Studio配置文件无法单独打开， 需要与同名的XPR后缀的文件夹一起使用。

处理办法： 将配置文件存储路径下的其他同名文件和配置文件一起复制到其他电脑上。

问题3--利用Studio软件无法正常下载配置：

1) 错误提示：

错误原因：在进行PDO映射设定时未将使用的PDO勾选或者在计算配置时有参数未能成功 映射。

处理方法：检查PDO的设定项，确认所有使用的PDO被勾选，同时所有参数在计算配置时 成功映射。

2) 错误提示：

错误原因： CM模块未在PLC中进行组态。

处理方法：在TIA软件中对CM模块进行组态并编译下载。

3) 错误提示：

错误原因： CPU处于运行模式或者CM模块当前处于繁忙状态。

处理方法：对PLC重新上电，并重新插拔USB配置线。

4) 错误提示：

错误原因： USB下载接口未正确配置。

处理方法： 重新插拔USB线缆， 点击Download Interface选项右侧的Configure按钮，在 Interface Configuration界面中选择HMS Industrial Networks ，然后点击确定。