CN104993583A - 配电自动化设备的通信方法 - Google Patents

Abstract

一种配电自动化设备的通信方法，所述通信方法适于设备之间基于CANOpen协议进行通信，包括：初始化，包括初始化CANOpen节点、初始化接收过程数据对象RPDO、初始化发送过程数据对象TPDO以及初始化同步报文；进入预运行状态；接收从设备发送的启动报文；通过发送NMT报文，以命令从设备进入运行状态；通过发送和/或接收SDO报文，以访问及/或修改从设备的参数；以及发送和/或接收PDO报文，以在所述设备之间进行数据传输。本发明由于采用了CANOpen协议框架模型，解决了网络中不同设备厂商支持CANOpen协议的互连、互通问题；实现了CAN网络中使用标准的、统一的***通讯模式。

Description

配电自动化设备的通信方法

技术领域

本发明属于配电自动化技术领域，涉及配电自动化设备的通信方法。

背景技术

目前电力行业应用比较广泛的CAN(控制器局域网络，Controller AreaNetwork)应用层协议主要是Devicenet协议以及自定义协议。

Devicenet是90年代中期发展起来的一种基于CAN技术的开放型、符合全球工业标准的低成本、高性能的通信网络，最初由美国Rockwell公司开发应用。DeviceNet的主要特点是：短帧传输，每帧的最大数据为8个字节；无破坏性的逐位仲裁技术；网络最多可连接64个节点；数据传输波特率为128kb/s、256kb/s、512kb/s；点对点、多主或主/从通信方式；采用CAN的物理和数据链路层规约。

自定义协议是根据不同的需求开发的协议。优点是灵活，扩展性好。

然而，无论是Devicenet协议还是自定义协议，其开放性、灵活性以及与其他设备之间的互连性能，都存在较大的问题，不利于不同设备厂商之间的互连互通，灵活性欠佳。

发明内容

基于此，有必要针对各设备间不能互连的问题，提供一种配电自动化设备的通信方法。

一种配电自动化设备的通信方法，所述通信方法适于设备之间基于CANOpen协议进行通信，所述通信方法包括：

初始化，包括初始化CANOpen节点、初始化接收过程数据对象RPDO、初始化发送过程数据对象TPDO以及初始化同步报文；

进入预运行状态；

接收从设备发送的启动报文；

通过发送NMT报文，以命令从设备进入运行状态；

通过发送和/或接收SDO报文，以访问及/或修改从设备的参数；以及

发送和/或接收PDO报文，以在所述设备之间进行数据传输。

一种配电自动化设备的通信方法，所述通信方法适于设备之间基于CANOpen协议进行通信，所述通信方法包括：

初始化，包括初始化CANOpen节点、初始化接收过程数据对象RPDO、初始化发送过程数据对象TPDO以及初始化同步报文；

进入预运行状态；

发送boot_up报文，以通知主设备已经启动；

自主设备接收NMT报文；

根据所接收的NMT报文进入所指令的运行状态；以及

发送和/或接收PDO报文，以在所述设备之间进行数据传输。

本发明由于采用了CANOpen协议框架模型，解决了网络中不同设备厂商支持CANOpen协议的互连、互通问题；实现了CAN网络中使用标准的、统一的***通讯模式。

附图说明

图1为设备上层应用基于CANOpen通信协议的通信模型；

图2为基于CANOpen通信协议的设备模型；

图3为CANOpen标识符在CAN帧中的位置示意；

图4为本发明一种实施方式的配电自动化设备的通信方法的流程图；

图5是本发明一种实施方式的通信方法中的CANOpen协议栈初始化；

图6为根据本发明一种实施方式的通信方法的CANOpen协议栈；

图7为根据发明的一种实施方式的通信方法，通信设备实现通过固定的索引/子索引对对象字典中的对象列表条目访问；

图8所示的是根据本发明一种实施方式的通信方法中，本地对象字典的访问流程；

图9所示的是NMT主设备控制网络节点启动初始化的流程；

图10所示的是NMT从设备的初始化流程；

图11为本发明一种实施方式的配电自动化设备的通信方法的流程。

具体实施方式

如图1所示，其为设备上层应用基于CANOpen通信协议的通信模型。其中，在主设备100上定义了CAN网络层102、CAN数据链路层104以及CANOpen应用层106，在从设备200上相应地定义了CAN网络层202、CAN数据链路层204以及CANOpen应用层206。根据本发明的实施方式，主设备可以是CPU板，而从设备可以是SP板。

根据各层网络的定义，在CAN网络层102、202上传输的为高低电平；在CAN数据链路层104、204上传输的为ID和数据；在CANOpen应用层106、206上传输的是以下几类通信对象：

1.过程数据对象PDO(Process Data Object)：用来传输实时数据，大小一般为1-8字节)。

2.服务数据对象SDO(Service Data Object)：主要用来访问设备的对象字典。

SDO对象数据的字节定义如表1所示：

表1 SDO对象数据字节定义

字节0	字节1-2	字节3	字节4-7
				SDO命令字	对象索引	对象子索引	数据值

3.网络管理对象NMT(Network Management Object)：主要包括NMT对象(主设备用来传输控制命令)和心跳报文(从设备点向主设备发送本节点状态)。

NMT对象数据的字节定义如下表2所示：

表2 NMT对象数据字节定义

标识符	字节0	字节1
			0x000	命令字	从节点ID

心跳报文的数据字节定义如下表3所示：

表3 心跳报文数据字节定义

标识符

字节0

0x700+节点ID

从节点状态

4.预定义报文或者特殊功能对象：包括同步对象(SYNC Object)、紧急事件对象(Emergency Object)和时间标记对象(Time Stamp Object)等。

如图2所示，其为基于CANOpen通信协议的设备模型。该设备300包括通信部分302，用于传输以上所述的几类通信对象，如PDO对象、SDO对象、NMT对象、特殊功能对象等。设备300还包括对象字典304，其包括数据类型、通信对象、应用对象等。设备300的应用部分306用来表示应用程序和设备描述。

CANOpen协议中一个重要的部分是对象字典(Object Dictionary，OD)，对象字典是一组有序的对象，每个对象通过16位的索引来寻址。对于数组和结构类型的对象，可以使用8位的子索引来访问其内部成员，对象字典的索引分配如表4所示。

表4 CANOpen对象字典

索引	对象
		0000	保留
0001-001F	静态数据对象(标准数据类型)
		0020-003F	复杂数据对象(类、结构体等)
0040-005F	制造商定义的复杂数据类型
		…

结合图3所示，其为CANOpen标识符在CAN帧中的位置示意。CAN报文由7个不同的位域组成，而CANopen就是规定了其中的仲裁域(11位标识符)和数据域(8字节数据)的使用方法，以及11位标识符和8字节数据在CAN帧中的位置。CAN网络中各个从设备节点的ID用节点ID(6-0位)表示，最多可以有127个从设备节点。不同通讯对象对8字节数据的使用及各字节代表的意义各不相同。

如图4所示，其为本发明一种实施方式的配电自动化设备的通信方法的流程图。该通信方法是基于CANOpen协议模型+状态机设计模式进行的。根据本发明的实施方式，CANOpen设备在工作时有4种状态：初始化、预运行、运行、停止状态。该通信方法包括：

步骤402，上电后，设备进入初始化状态，初始化设备。

步骤404，CANOpen协议初始化：初始化CANOpen相关参数。

步骤406，初始化成功后，从设备发送一个启动报文给主设备进入预运行状态。

步骤408，主设备一直在检测从设备的状态，在发现从设备进入预运行状态后，主设备发送一个启动远程设备节点报文，使得从设备进入运行状态；从设备收到主设备指令后，进入运行状态。

步骤410，在运行状态，主设备可以互相通信，主设备定时向从设备发送心跳报文。

步骤412，主设备可以通过SDO报文访问或修改从设备相关参数。

步骤414，主设备可以通过PDO报文发送实时数据。

步骤416，从设备定时发送心跳报文；主从设备处理或发送PDO报文。

如图5所示，其表示的是本发明一种实施方式的通信方法中的CANOpen协议栈初始化。通常地，协议栈初始化包括：

模块502：初始化CANOpen节点；

模块504：初始化接收过程数据对象RPDO、初始化发送过程数据对象TPDO；

模块506：初始化同步报文等。

结合图6所示，根据本发明一种实施方式的通信方法的CANOpen协议栈可以用于：

(1)模块602：处理接收到的报文：缓存报文；包括：

模块604：如是从设备，且收到的报文为NMT报文，判断执行相应的指令进入相应的状态，并生成准备发送的SDO报文；如是主设备，获取从设备信息；

模块606：如是SDO报文，读取或发送对应的数据对象字典；

模块608：如是PDO报文，保存实时数据。

其中模块606处理SDO报文包括：获取报文命令信息以及索引子索引；判断命令信息，根据索引、子索引寻找对象字典中对应的对象，对象读写属性满足，如读指令，则获取对象信息，发送响应SDO报文，如写，则修改对应对象信息；若找到对象的读写属性不符合SDO指令要求，则中止报文，并通知从设备；如是RPDO、TPDO、错误寄存器、心跳时间，则根据指令对RPDO、TPDO进行相应的读或写；如不是读写指令，则中止报文。

(2)模块610：定时或超时发送TPDO报文；

(3)模块612：定时发送心跳报文。

根据本发明的通信方法，一种实施方式中的通信设备是一种基于CANOpen协议的配电自动化终端设备，CANOpen网络中有一个主节点、多个从节点，主节点为CPU板，从节点为SP板。

从设备节点具备NMT从机功能；传输实时数据PDO功能；SDO服务器功能；节点保护、心跳、产生紧急报文功能；拥有一个描述从站所有通信参数和应用参数的数据对象字典；

主设备节点具备NMT主机功能；NMT网络管理功能；处理PDO报文、监控PDO报文功能；SDO报文的处理、发送功能；紧急报文发送功能；拥有描述主节点信息的数据字典。

对象字典是描述本地设备和网络行为的所有参数信息。用户可通过访问CANOpen设备的对象字典，获得该设备中的通信对象，以及用于该设备的对象(设备、应用或接口子协议)。如图7所示，根据发明的一种实施方式的通信方法中，通信设备实现通过固定的索引/子索引对对象字典中的对象列表条目访问。

图8所示的是根据本发明一种实施方式的通信方法中，本地对象字典的访问流程。根据该访问方法流程，各个从设备只能与主设备进行通信，从设备之间不能进行通信。因此从设备只有自己本地的对象字典，主设备与从设备进行通信，因此其不仅具有自己本地的对象字典外，而且还集合了从设备的对象字典。从设备只可访问自己的对象字典，主设备不仅能够访问自己的对象字典，而且通过SDO服务数据对象的通信机制访问从设备的对象字典。该方法包括：

步骤802，通过SDO索引、子索引查找对应的对象字典；

步骤804，判断是否存在该对象字典；

步骤806，若步骤804判断确定存在该对象字典，则判断数据字典条目的访问属性与操作方式是否一致；

步骤808，若步骤806中判断字典条目的访问属性与操作方式一致，则执行读取或写入操作；

步骤810，返回操作的结果；

步骤812，若步骤804判断不存在该对象字典，或者步骤806中判断字典条目的访问属性与操作方式不一致，则操作失败，并执行步骤810，返回操作失败的结果。

图9所示的是NMT主设备控制网络节点启动初始化的流程。

步骤902，上电启动。

步骤904，NMT主机状态机自动启动。

步骤906，进入预运行状态。

具体地，主设备进入预运行状态可以根据图4中所示的通信方法的实施方式和图6中所示的协议栈来进行。

步骤908，判断是否所有从设备均已启动，若未全部启动，则继续进行判断。

步骤910，若步骤908中确定所有从设备均已启动，则主设备进入运行状态。

具体地，主设备进入运行状态可以根据图4中所示的通信方法的实施方式和图6中的协议栈来进行。

步骤912，主设备发送NMT指令，使所有从设备都进入运行状态。

步骤914，主设备进入工作状态。

图10所示的是NMT从设备的初始化流程。

步骤1002，上电启动。

步骤1004，发送boot_up报文，告知NMT主设备已启动。

步骤1006，进入预操作状态。

具体地，从设备进入预运行状态可以根据图4中所示的通信方法的实施方式来进行。

步骤1008，判断是否接收到NMT主设备发送的NMT指令，若未接收到，则继续判断是否接收到。

步骤1010，根据所接收到的NMT指令进入相应的状态。

具体地，NMT指令指示从设备进入相应状态的过程可以由图4中的实施方式来进行。

如图11所示，其为本发明一种实施方式的配电自动化设备的通信方法的流程。

步骤1102，主设备初始化。

步骤1104，主设备进入预运行状态。

步骤1106，从设备初始化。

步骤1108，从设备向主设备发送启动报文。

步骤1110，主设备判断是否收到从设备发送的启动报文。

步骤1112，若收到启动报文，则主设备向从设备发送SDO报文，配置从设备的对象字典。

步骤1114，从设备向主设备发送SDO报文，将对象字典上传给主设备。

步骤1116，主设备向从设备发送NMT报文，命令从设备进入运行状态。

步骤1118，从设备接收到主设备发送的NMT报文，进入运行状态。

步骤1120，在运行状态下，从设备向主设备发送PDO报文，主设备接收从设备发送的PDO报文。

步骤1122，主设备、从设备相应地处理或发送PDO报文。

在本实施方式中，主设备、从设备均可发送、接收PDO报文。

步骤1124，在运行状态下，从设备向主设备发送心跳报文。

具体地，心跳报文的发送可以如图6所示的协议栈中，由从设备定时向主设备发送。

步骤1126，主设备根据从设备所发送的心跳报文，监测从设备的心跳。

根据本发明的配电自动化设备的通信方法，从设备节点初始化结束后向主节点发送的启动Boot-up报文，随后主从设备节点进入预运行状态。当从设备节点进入预运行状态后，主节点通过发送NMT模块控制报文，控制从节点进入运行状态，这时从节点便可把实时数据发送到主节点。

应当理解的是，在该实施方式中，步骤1102、1106的初始化、步骤1120、1122中PDO报文的发送和处理，可以同时进行，而不必按照其在本实施方式中为方便描述而标记的标号大小先后排列进行。

根据不同的实现方式，本发明各实施方式中的所示的各步骤之间可以依据指令的先后进行叠加。因而，本发明的通信方法并不必然应当包括各描述的实施方式中各步骤所指示的操作。

本发明由于采用了CANOpen协议框架模型，解决了网络中不同设备厂商支持CANOpen协议的互连、互通问题；实现了CAN网络中使用标准的、统一的***通讯模式；增强了上层软件的网络节点管理功能；最大限度的发挥了CAN的硬件优势；有因为采用了状态机设计模型，提高了软件后续维护的灵活性。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种配电自动化设备的通信方法，其特征在于，所述通信方法适于设备之间基于CANOpen协议进行通信，所述通信方法包括：

初始化，包括初始化CANOpen节点、初始化接收过程数据对象RPDO、初始化发送过程数据对象TPDO以及初始化同步报文；

进入预运行状态；

接收从设备发送的启动报文；

通过发送NMT报文，以命令从设备进入运行状态；

通过发送和/或接收SDO报文，以访问及/或修改从设备的参数；以及

发送和/或接收PDO报文，以在所述设备之间进行数据传输。

2.根据权利要求1所述的通信方法，其特征在于，进一步包括：

向从设备发送SDO报文，配置从设备的对象字典；

接收从设备的SDO报文，所述接收的SDO报文用于将所述从设备的对象字典上传给主设备。

3.根据权利要求2所述的通信方法，其特征在于，进一步包括：

通过SDO索引、子索引查找对应的对象词典；

判断是否存在该对象词典；

若存在该对象词典，则判断数据字典条目的访问属性与操作方式是否一致；

若访问属性与操作方法一致，则执行读取或写入操作，以配置对象字典。

4.根据权利要求1所述的通信方法，其特征在于，进一步包括：发送和/或接收SDO报文包括：

获取报文命令信息以及索引子索引；

判断命令信息，根据索引、子索引寻找对象字典中对应的对象；

当所述报文命令为读指令时，获取对象信息，发送响应SDO报文；

当所述报文命令为写指令时，修改对应对象信息；

当找到对象的读写属性不符合SDO指令要求时，中止报文，并通知从设备。

5.根据权利要求1所述的通信方法，其特征在于，进一步包括：定时发送和/或接收心跳报文，以监测从设备的心跳。

6.根据权利要求1所述的通信方法，其特征在于，进一步包括：

判断从设备是否均已启动；

其中，当所有从设备都已启动时，主设备进入运行状态。

7.一种配电自动化设备的通信方法，其特征在于，所述通信方法适于设备之间基于CANOpen协议进行通信，所述通信方法包括：

初始化，包括初始化CANOpen节点、初始化接收过程数据对象RPDO、初始化发送过程数据对象TPDO以及初始化同步报文；

进入预运行状态；

发送boot_up报文，以通知主设备已经启动；

自主设备接收NMT报文；

根据所接收的NMT报文进入所指令的运行状态；以及

发送和/或接收PDO报文，以在所述设备之间进行数据传输。

8.根据权利要求7所述的通信方法，其特征在于，进一步包括：

从主设备接收SDO报文，以配置从设备的对象字典；

向主设备发送SDO报文，所述发送的SDO报文用于将所述从设备的对象字典上传给主设备。

9.根据权利要求7所述的通信方法，其特征在于，进一步包括：

通过SDO索引、子索引查找对应的对象词典；

判断是否存在该对象词典；

若存在该对象词典，则判断数据字典条目的访问属性与操作方式是否一致；

若访问属性与操作方法一致，则执行读取或写入操作，以配置对象字典。

10.根据权利要求7所述的通信方法，其特征在于，进一步包括：定时发送和/或接收心跳报文，以监测从设备的心跳。