CN107888407A - 一种可重构CANopen从站的自动配置方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种可重构CANopen从站的自动配置方法，包括：判断所述可重构CANopen从站的功能板的信息是否已经获取完毕；当所述功能板的信息未获取或未获取完毕，扫描所述功能板，获取所述功能板的信息；根据各所述功能板的信息，为所述功能板分配COB‑ID和设置PDO参数。本发明还提供一种可重构CANopen从站、用于CANopen网络的主站、自动配置装置以及存储介质。

Description

一种可重构CANopen从站的自动配置方法及装置
技术领域
本发明属于数控***技术领域，更具体地，涉及一种混合型可重构CANopen从站的自动配置的实现方法及装置。
背景技术
CANopen是一种架构在控制局域网路(Controller Area Network,简称CAN)上的高层通讯协定，作为统一的应用层已被许多主流总线采用，但遵循CANopen规范的设备功能趋于标准化单一化，无法满足数控***领域的一些需求。例如专利“一种支持多功能模块的总线式PLC单元”(201220701108X)提出的总线单元即是一种集成了各类IO、编码器、脉冲伺服的混合型可重构设备，统一时钟即可简单解决原来复杂的多个从站同步的问题，高集成度的另一优点就是更高的可靠性。
然而，现有CANopen规范对这类混构型设备的支持不足。首先CANopen预留的实时数据通讯能力不足，CANopen规定每个从站设备最多可以有4对通信对象ID(CommunicationObject Identify，简称COB-ID)，即一个从站最多支持4对实时过程数据(Process DataObject，简称PDO)传输，按照每个PDO最多8字节数据计算，每个从站最多提供来回各32字节的数据通讯，但如果专利“一种支持多功能模块的总线式PLC单元”中设备8个插槽全部插4入4出16位(2字节)模拟量IO卡，则需要来回各2*4*8＝64字节的通讯量，很明显预定义的4对PDO无法一次完成64字节数据的传输，虽然专利“用于CANopen网络的控制***”提出了一种优化单个节点的数据传输能力的方法，该专利内容过于简单，只在背景技术[0006]提及了COB-ID的限制，其技术方案只在[0032]处“本发明采用了一种对主站的配置方法，可以根据CANopen网络的实际应用范围灵活更改COB-ID的分配方法和网络内支持最大节点的数量，实现CANopen通信节点的通信数据量和能力的优化”，即不涉及对象字典定义，也未公开COB-ID的分配方法，更没有考虑与现有标准兼容性，因此不具有可实施性；此外其应用领域为较空泛，CANopen在各类控制***的应用数不胜数，在“控制***”范畴内该专利创新性也无法体现。
其次，CANopen配置的自动化程度不足，CANopen规范没有涉及设备的自动配置，对单一化的CANopen从站，由于其完全符合标准因此自动配置难度不大，但对于混合型设备则尚未有自动配置方法。当然手工配置是可能的，但手工配置对现场应用工程师要求非常高，不仅需要理解CANopen总线的工作和配置原理，还要非常小心处理几十至数百条配置报文，一处错误即可造成总线工作错误且极难排查；而且存在修改异常困难，只要应用发生一点变化，比如增加或减少一个IO板配置过程就需要全部修改。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种可重构CANopen从站的自动配置方法，包括：判断所述可重构CANopen从站的功能板的信息是否已经获取完毕；当所述功能板的信息未获取或未获取完毕，扫描所述功能板，获取所述功能板的信息；根据各所述功能板的信息，为所述功能板分配COB-ID和设置PDO参数。
优选地，所获取的所述功能板的信息包括各所述功能板的数量信息和类型信息；根据各所述功能板的数量信息，为每一类型的所述功能板分配COB-ID和设置PDO参数。
优选地，所述功能板包括数字量输入板、数字量输出板、模拟量输入输出板和轴控板。
优选地，所述自动配置方法还包括：当所述可重构CANopen从站所产生的过程数据量超过预定值时，所述可重构CANopen从站抢占其它从站空闲的RPDO和/或TPDO。
优选地，当抢占一个其它从站空闲的RPDO和/或TPDO后仍无法满足所述可重构CANopen从站所产生的过程数据量时，所述可重构CANopen从站抢占两个以上的其它从站空闲的RPDO和/或TPDO。
优选地，所述可重构CANopen从站对所述其它从站的COB-ID按逆序依次进行抢占。
优选地，所述自动配置方法还包括：基于所述可重构CANopen从站的对象字典所定义的过程数据区，为各所述功能板分配对象字典中相应的入口。
另一方面，本发明提供了一种可重构CANopen从站，包括：至少一个处理器，存储所述至少一个处理器可执行的计算机程序的存储器，所述处理器基于所述计算机程序能进行以下操作：
判断所述可重构CANopen从站的功能板的信息是否已经获取完毕；
当所述功能板的信息未获取或未获取完毕，扫描所述功能板，获取所述功能板的信息；
根据各所述功能板的信息，为所述功能板分配COB-ID和设置PDO参数。
本发明的另一方面还提供一种混合型可重构设备的CANopen网络的自动配置方法，包括：判断是否所述CANopen网络中的所有设备已经配置完成；当所述CANopen网络中的所有设备未完成配置，扫描从站号并判断所述从站号是否从站列表中；当所述从站号在所述从站列表中，判断所述从站的类型；当所述从站为标准从站，为所述从站分配主站对象字典中相应的入口；当所述从站为可重构CANopen从站时，将所述主站的对象字典中与所述可重构CANopen从站的设备号对应的轴过程数据区子入口空闲不做分配。
优选地，所述可重构CANopen从站获取所述功能板的信息，并根据各所述功能板的信息，为所述功能板分配COB-ID和设置PDO参数。
优选地，在所述主站对象字典中的过程数据区被进行了分段，所述标准从站和所述可重构CANopen从站按照各自的配置动作分别处理。
本发明还提供一种用于CANopen网络的主站，包括：至少一个处理器，存储所述至少一个处理器可执行的计算机程序的存储器，所述处理器基于所述计算机程序能进行以下操作：判断是否所述CANopen网络中的所有设备已经配置完成；当所述CANopen网络中的所有设备未完成配置，扫描从站号并判断所述从站号是否从站列表中；当所述从站号在所述从站列表中，判断所述从站的类型；当所述从站为标准从站，为所述从站分配主站对象字典中相应的入口；当所述从站为可重构CANopen从站时，将所述主站对象字典中与所述可重构CANopen从站的设备号对应的轴过程数据区子入口空闲不做分配。
本发明还提供一种可重构CANopen从站的自动配置装置，包括：判断模块，用于判断所述可重构CANopen从站的功能板的信息是否已经获取完毕；功能板信息获取模块，当所述功能板的信息未获取或未获取完毕，扫描所述功能板，获取所述功能板的信息；参数配置模块，根据各所述功能板的信息，为所述功能板分配COB-ID和设置PDO参数。
本发明还提供一种混合型可重构设备的CANopen网络的自动配置装置，包括：配置判断模块，用于判断是否所述CANopen网络中的所有设备已经配置完成；从站号判断模块，当所述CANopen网络中的所有设备未完成配置，扫描从站号并判断所述从站号是否从站列表中；类型判断模块，当所述从站号在所述从站列表中，判断所述从站的类型；入口分配模块，当所述从站为标准从站，为所述从站分配主站对象字典中相应的入口，当所述从站为可重构CANopen从站时，将所述主站对象字典中与所述可重构CANopen从站的设备号对应的轴过程数据区子入口空闲不做分配。
本发明还提供一种存储介质，其存储使至少一个处理器能够执行可重构CANopen从站的自动配置程序。
本发明还提供一种存储介质，其存储使至少一个处理器能够执行CANopen网络中主站的自动配置程序。
通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
1、本发明能够解决现有方法中存在的对混合型CANopen从站配置自动化程度不高的技术问题：由于混合型CANopen设备并没有标准来支持，目前也没有自动配置这类设备的方法，需手动去配置，因此本发明提出的一种自动配置方法，可大大减少主站配置工作量，减少***启动后的配置时间，提高效率。
2、本发明能够解决现有方法中存在的单节点实时数据通讯能力不足的技术问题：由于CANopen标准中预定义了PDO总数有限，分配给每个节点的PDO只有4对，对于数据量较大的从站设备无法正常配置使用，因此本发明提出了一种抢占其他多余节点号PDO资源的方式来提高混构型从站的通讯能力。
附图说明
通过下面结合附图说明本发明的优选实施例，将使本发明的上述及其它目标、特征和优点更加清楚，其中：
图1是示出了一CANopen网络架构示意图。
图2是示出了本发明涉及的一混合型可重构CANopen从站实施例的硬件结构示意图。
图3是示出了本发明涉及的一个混合型可重构CANopen从站的自动配置的流程图。
图4是示出了本发明涉及的一个混合型可重构CANopen从站的自动配置实施例流程图。
图5是示出了本发明涉及的可重构CANopen从站的对象字典的结构示例图。
图6是示出了本发明涉及的一个可重构CANopen从站抢占其它从站的空闲PDO实施例流程图。
图7是示出了本发明涉及的一个主站的自动配置流程图。
图8是示出了本发明涉及的一个主站的自动配置实施例流程图。
图9是示出了本发明涉及的主站的对象字典的结构示例图。
图10是示出了本发明涉及的自动配置处理装置的结构示例图。
在本发明的所有附图中，相同或相似的结构均以相同或相似的附图标记标识。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”到另一元件时，它可以直接连接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”可以包括无线连接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
图1是示出了一CANopen网络架构示意图。如图1所示，CANopen网络架构包括主站1、CAN总线2和若干个从站3(301、302、303、……、n)，其中上述主站1和若干个从站3基于CAN总线2进行相互通信。上述主站1可以是具有网络管理(NMT)主机功能的设备，具有服务数据(SDO)客户端功能，负责网络管理、从站参数配置以及从站数据的处理等。上述从站3可以是具有网络管理(NMT)从机功能的设备，具备有服务数据服务器功能，能独立完成特定的功能，例如数据采集、电机控制等等。上述从站3包括可重构CANopen从站、标准从站等。上述可重构CANopen从站3具有对象字典(OD)，可以进行自动配置。上述对象字典用于描述上述可重构CANopen从站3所具有的应用参数和通信参数等。
图2是示出了本发明涉及的一混合型可重构CANopen从站实施例的硬件结构示意图。
如图2所示，上述可重构CANopen从站3包括总线通信板31、若干功能板32和底板33。上述功能板32用于实现上述混合型可重构CANopen从站3的相应功能，可以包括数字量输入板321(例如PNP和NPN型的16路数字量输入卡)、数字量输出板322(例如PNP和NPN型的16路数字量输出卡)、模拟量输入输出板323(例如4路12位模拟量输入输出卡)、轴控板324(例如2路轴控卡)等。其中，上述总线通信板31用于CANopen总线管理、与各功能板32数据交互、PDO自动配置等；上述数字量输入板321用于采集现场的数字量信号；上述数字量输出板322用于给现场设备输出数字量信号；上述模拟量输入输出板323用于将现场由传感器检测而产生的连续的模拟量信号转换成可以接收的数字量，或将所接收到的数字量转换成外部设备可以接收的模拟量；上述轴控板324用于控制电动机轴的运行。
上述CAN总线2进入工作状态后，各站点的过程数据通过PDO(过程数据对象)进行实时传输，PDO定义是总线应用的基础，各功能卡需要将其输入输出数据通过上述CAN总线2传输。对象字典(OD,Objection D)中的条目对应于PDO，为应用对象提供访问接口，数据类型和应用对象的映射是由对象字典中相应的缺省PDO映射结构来确定。每一个PDO在对象字典内都会有其对应的PDO通讯参数，在使用PDO之前，必须要先查询对象字典中PDO通讯参数对象内的COB-ID项目(子入口0x01等)，COB-ID项目内记录了PDO在传输时会使用的COB-ID。
例如，16位数字量输入卡每个通讯周期可采集16位即2字节的数据，一个PDO共8个字节，因此1个RPDO(接收PDO)即可处理4块数字量输入卡的全部数据；16位数字量输出卡每个通讯周期可输出16位即2字节的数据，因此1个TPDO(发送PDO)也可处理4块数字量输出卡的全部数据；4路12位模拟量输入输出卡每个通讯周期采集4*16位即8字节的数据、以及输出4*16位即8字节的数据，因此需要一个TPDO和一个RPDO；2路轴控卡每个通讯周期同样采集4*16位即8字节的数据、以及输出4*16位即8字节的数据，因此也需要一个TPDO和一个RPDO。因此，根据每种功能卡所需数据量的不同，所需PDO数如表1所示。
表1：不同功能板卡所需PDO数目
为了减小简单网络的组态工作量，本发明中的CANopen网络定义了缺省标识符(COB-ID)分配表。这些缺省标识符在预操作状态下可用，通过动态分配可以修改缺省值。COB-ID包含一个4位的功能码(区分通讯对象，如SDO发送:1011；SDO接收：1100)和一个7位的节点ID(Node-ID)。
通常而言，CANopen标准支持1个主节点(主站1)和最多127个从节点(从站3)。每个从站具有4个接收PDO(RPDO)和4个发送PDO(TPDO)，因此相应地分配有2*4个COB-ID，每个COB-ID本质上对应一个过程数据对象(PDO)。在上述CAN总线2进入工作状态后，CANopen设备之间通过以COB-ID为标识的过程数据对象进行实时数据传输。
如果可重构CANopen从站3插满数字量输入板321/输出板322、模拟量输入输出板323或轴控板324，则产生的过程数据量超过了2*4个PDO，但如果上述CAN总线2上没有127个从站，则其他从站的PDO及COB-ID也被浪费了，因此本发明提出可以占用这些其它从站的PDO及COB-ID给当前从站使用，具体分配方法如表2所示。
表2：PDO&COB-ID分配一览表
上述表格2的分配方法的本质是一个可重构CANopen从站3占据了两个节点的PDO及COB-ID。例如，如图1所示，可重构CANopen从站301的节点ID为3(3#设备)，标准分配的4个TPDO的COB-ID分别为：0x183、0x283、0x383、0x483，通过占用空闲的TPDO后得到新的8个COB-ID，分别为：0x183、0x283、0x383、0x483、0x4C3、0x3C3、0x2C3、0x1C3。假设0x1C3＝0x180+64+3，则相当于抢占了ID为67的其它从节点(67#设备)(例如从站302)的0x180的COB-ID。这样可重构CANopen从站301可以支持8对PDO接收和发送，扩充了可重构CANopen从站301通讯能力满足了可重构CANopen从站301的通讯需求。而且，通过表格2的分配方法，上述CAN总线2上除了不能使用ID为67的从站302以外，其他从站303、……、n设备不受任何影响，并且总线性能也不会有任何损失。
在上述例示中，上述可重构CANopen从站301的8个COB-ID可以不按大小顺序而是按照自己分得、抢占而得的顺序进行分配，而且对其它从站(例如从站302，假设为67#设备)的COB-ID按逆序依次进行抢占。因此，如果上述可重构CANopen从站301(例如I#节点)的过程数据量不超过4对PDO(分别为4个TPDO和4个RPDO)，则不必抢占其它从节点(例如64+I#)的COB-ID；如果上述可重构CANopen从站301的过程数据量超过4对PDO，而上述可重构CANopen从站301与所抢占的其它从站(例如64+I#)设备占用的过程数据量总数不超过8对PDO(分别为8个TPDO和8个RPDO)，仍然可以使用所抢占的其它从站；只有两者的PDO之和超过8对时，所抢占的其它从站302的使用才会受到影响。
在本发明中，通过上述可重构CANopen从站301抢占其他多余从节点的COB-ID资源的方式提高了可重构CANopen从站301的通讯能力，也优化了单个的从站的数据传输能力。而且，本发明涉及的装置本来就是以提高集成度和可靠性为目标的混构型从站，集成度的增高必然带来所需从站数的减少而产生多余的节点号。本发明最大程度地与CANopen规范相吻合，对标准设备无需任何修改，对应用开发影响微乎其微。
图3是示出了本发明涉及的一个混合型可重构CANopen从站的自动配置的流程图。上述可重构CANopen从站301具有可以进行自动配置任务的处理器。优选地，该处理器可以位于总线通信板31上。如图3所示，上述可重构CANopen从站301开始配置程序后，首先判断上述可重构CANopen从站301的上述功能板32信息是否已经获取完毕(步骤S1)。若上述可重构CANopen从站301的上述功能板32信息已经获取完毕(步骤S1：是)，则进入步骤S4；若上述可重构CANopen从站301的上述功能板32信息未获取或没有获取完毕(步骤S1：否)，则扫描各功能板32，获取各功能板32信息(步骤S2)。在步骤S2中，依次扫描各功能板32，识别各功能板32的数量，以及上述可重构CANopen从站301的内部总线插槽上每个插槽***的功能板32的类型。然后，进入步骤S3。
在步骤S3中，根据各功能板32的信息(例如数量)，为每一类型的功能板32分配COB-ID和设置默认PDO参数。例如，配置规则可以参见表1所示，对于数字量输入板/数字量输出板，如果其数量大于4则需要2个PDO来传输，即数字量输入板数量大于4块则需要2个RPDO，数字量输出板数量大于4块则需要2个TPDO。
判断是否还存在其余的功能板32(步骤S4)。若存在其余的功能板32(步骤S4：是)，回到步骤S3，根据其余的功能板32的数量，为每一类型的其余的功能板32分配COB-ID和设置默认PDO参数；若不存在其余的功能板32(步骤S4：否)，自动配置过程结束。
从站根据其板卡构成按照一定规则进行自动配置，可大大减少主站配置工作量，减少***启动后的配置时间，提高效率。
图4是示出了本发明涉及的一个混合型可重构CANopen从站的自动配置实施例流程图。如图4所示，上述可重构CANopen从站301开始配置程序后，首先判断上述可重构CANopen从站301的上述功能板32信息是否已经获取完毕(Boardnum_all＝＝8)(步骤S101)。若上述可重构CANopen从站301的上述功能板32信息未获取或未获取完毕(步骤S101：否)，读取上述功能板32的类型(步骤S102)。判断所读取的上述功能板32是否为数字量输入卡(DI)(步骤S103)。如果所读取的上述功能板32是数字量输入卡(步骤S103：是)，添加数字量输入卡信息(Boardnum_DI++)(步骤S104)。如果所读取的上述功能板32不是数字量输入卡(步骤S103：否)，则判断所读取的上述功能板32是否为数字量输出卡(DO)(步骤S105)。如果所读取的上述功能板32是数字量输出卡(步骤S105：是)，添加数字量输出卡信息(Boardnum_DO++)(步骤S106)。如果所读取的上述功能板32不是数字量输出卡(步骤S105：否)，则判断所读取的上述功能板32是否为模拟量输入输出卡(AIO)(步骤S107)。如果所读取的上述功能板32是模拟量输入输出卡(步骤S107：是)，添加模拟量输入输出卡信息(Boardnum_AIO++)(步骤S108)。如果所读取的上述功能板32不是模拟量输入输出卡(步骤S107：否)，则判断所读取的上述功能板32为轴控卡(AXIS)(步骤S109)，添加轴控卡信息(Boardnum_AXIS++)(步骤S110)。汇总上述功能板32信息(Boardnum_all++)(步骤S111)，并返回步骤S101。
上述可重构CANopen从站301的上述功能板32信息已经获取完毕(步骤S101：是)，则判断上述功能板32中是否有数字量输入卡/数字量输出卡(Boardnum_DI/Boardnum_DO)(步骤S112)。若上述功能板32中没有数字量输入卡/数字量输出卡(步骤S112：否)，则进入步骤S117。
若上述功能板32中有数字量输入卡/数字量输出卡(步骤S112：是)，则判断数字量输入卡/数字量输出卡的数量是否大于4(步骤S113)。
若数字量输入卡/数字量输出卡的数量大于4(步骤S113：是)，则配置第1个TPDO和第2个TPDO(TPDOnum+＝2)(步骤S114)，然后配置第1个RPDO和第2个RPDO(RPDOnum+＝2)(步骤S115)。数字量输入卡/数字量输出卡配置完毕后，进入步骤S117。若数字量输入卡的数量大于4，则配置第1个RPDO和第2个RPDO，以及若数字量输出卡的数量大于4，则配置第1个TPDO和第2个TPDO。
若数字量输入卡/数字量输出卡的数量不大于4(步骤S113：否)，则配置第1个TPDO(TPDOnum++)和第1个RPDO(RPDOnum++)(步骤S116)，然后进入步骤S117。
在步骤S117中，判断上述功能板32中是否有模拟量输入输出卡(Boardnum_AIO)。若上述功能板32有模拟量输入输出卡(S117：是)，则配置第TPDOnum+1个TPDO(步骤S118)和配置第RPDOnum+1个RPDO(步骤S119)。
然后，将上述功能板32信息中的模拟量输入输出卡的量减1(Boardnum_AIO--)(步骤S120)，返回步骤S117。
若上述功能板32有模拟量输入输出卡(S117：否)，判断上述功能板32中是否有轴控卡(Boardnum_AXIS)(步骤S121)。若上述功能板32有轴控卡(S121：是)，则配置第TPDOnum+1个TPDO(步骤S122)和配置第RPDOnum+1个RPDO(步骤S123)。然后，将上述功能板32信息中的轴控卡的量减1(Boardnum_AXIS--)(步骤S124)，返回步骤S121。若上述功能板32无轴控卡(S121：否)，自动配置过程结束。
上述TPDOnum+1和/或RPDOnum+1是指在***原先使用量的基础上加1个TPDO和/或RPDO。
在上述实施例中，数字量输入卡、数字量输出卡、模拟量输入输出卡和轴控卡的配置顺序可以根据需要进行调整，此处的顺序安排仅作为示例需要。
上述可重构CANopen从站301根据其板卡构成按照一定规则进行自动配置，可大大减少主站1配置工作量，减少***启动后的配置时间，提高效率。
图5是示出了本发明涉及的可重构CANopen从站的对象字典的结构示例图。可重构CANopen从站的对象字典中的条目对应于PDO，为应用对象提供访问接口，数据类型和应用对象的映射是由可重构CANopen从站的对象字典中相应的缺省PDO映射结构来确定。基于现场总线标准应用层CANopen的总线型***，就是使用对象字典设计上述***主从站数据结构，利用CANopen定义上述***主从站间的过程数据通讯模型。上述***的主站为执行插补运算的IPC，从站可以为伺服驱动器和IO单元等设备，主从站之间的过程数据通讯由CANopen的PDO报文实现。
以数控***领域的混合型可重构总线单元为例，其中数字量IO和模拟量IO采用了标准设备子协议区，使用的6100\6300\6401\6411等入口与标准DS401兼容，分别对应读写16位数字量、读写16位模拟量等(例如华中数控HIO1000IO板卡以16位为单位，可根据设备实际情况修改)，而对于数控***领域的伺服轴和编码器反馈，则采用了制造商指定的子协议区，按照每个设备共16个伺服轴进行设计(例如华中数控HIO1000插满轴卡共支持16个轴，可根据设备实际情况修改)，每个轴采用U16类型的数据结构来保存脉冲数(也可改为U32类型)。
如图5所示，4010(插值数据，Interpolation data)和4013(当前位置，Currentposition)入口定义了伺服轴的过程数据区(AXP)，其中4010定义了***下发的指令位置，4013定义了伺服轴的实际位置；6100(读布尔输入，Read Bool Inputs)和6300(写布尔输出，Write BoolOutputs)入口定义了数字量的过程数据区(DP)；6401(读模拟输入，ReadAnalogue Inputs)和6411(写模拟输出，Write Analogue Outputs)入口定义了模拟量的过程数据区(AP)。
上述可重构CANopen从站301可以基于其对象字典中所定义的过程数据区，为各功能板32分配相应的对象字典的入口。例如，为数字量输入板321分配6100中相应的入口，为数字量输出板322分配6300中相应的入口，为模拟量输入输出板323分配6401和6411中相应的入口，为轴控板324分配4010和4013中相应的入口。
图6是示出了本发明涉及的一个可重构CANopen从站抢占其它从站的空闲PDO实施例流程图。如图6所示，获取当前的上述可重构CANopen从站301的过程数据量(步骤S201)。上述可重构CANopen从站301的自动配置装置600(参见图10)基于上述可重构CANopen从站301所插的数字量输入板321/输出板322、模拟量输入输出板323或轴控板324等，获取上述可重构CANopen从站301所产生的过程数据量。判断上述可重构CANopen从站301所产生的过程数据量是否超过预定值(步骤S202)。例如，每个从站3具有4个RPDO和4个TPDO，因此相应地分配有2*4个COB-ID，每个COB-ID本质上对应一个过程数据对象(PDO)，如果可重构CANopen从站3插满数字量输入/输出板、模拟量输入输出板或轴控板等，则产生的过程数据量有可能会超过了2*4个PDO(预定值)。
若上述可重构CANopen从站301所产生的过程数据量未超过预定值(步骤S202：否)，结束抢占操作。若上述从站301所产生的过程数据量超过预定值(步骤S202：是)，判断其它从站(例如可以为从站302至从站n中的任何一个)是否存在空闲的RPDO和/或TPDO(步骤S203)。
若该其它从站存在空闲的RPDO和/或TPDO(步骤S203：是)，则抢占该其它从站空闲的RPDO和/或TPDO(步骤S204)。如上述表格2的分配方法所示，一个可重构CANopen从站301可以占据了两个从站的PDO及COB-ID。例如，当前可重构CANopen从站301标准分配4个TPDO的COB-ID，通过占用空闲的TPDO后得到新的8个COB-ID。这样当前从站301可以支持8对PDO(4个TPDO和4个RPDO)接收和发送，扩充了当前从站301通讯能力。
判断抢占该其它从站的空闲的RPDO和/或TPDO后是否满足当前可重构CANopen从站301的过程数据量(步骤S205)。例如，每一个从站的标准被分配4个TPDO和4个RPDO，通过占用空闲的TPDO和/或RPDO后，当前从站301与所抢占的其它从站占用PDO总数不超过8对(分别为8个TPDO和8个RPDO)，如果有两者的PDO之和超过8对时，所抢占的其它从站的使用会受到影响。
若通过抢占该其它从站的空闲的RPDO和/或TPDO后仍未满足当前从站301的过程数据量(步骤S205：否)，重新返回步骤S203，再次判断剩余的其它从站中是否存在空闲的RPDO和/或TPDO。如剩余的其它从站中存在空闲的RPDO和/或TPDO，继续进行步骤S204进行空闲RPDO和/或TPDO的抢占。若通过抢占该其它从站的空闲的RPDO和/或TPDO后满足当前从站301的过程数据量(步骤S205：是)，则结束抢占操作。
若该其它从站不存在空闲的RPDO和/或TPDO(步骤S203：否)，则结束抢占操作。
图7是示出了本发明涉及的一个主站的自动配置流程图。基于现场总线应用层的软PLC编程***在***组态时，需要综合***中主站1的对象字典及每个从站的设备号、对象字典、类型、硬件构成等信息，计算得到整个总线的过程数据通讯模型，组态工具将该模型形式化后添加到主站1的对象字典的入口(例如0x1F22DCF)，主站软件编译成主站运行时***被下载到主站设备上。上述主站运行时***上电启动时将根据该入口对总线各个从站设备做过程数据的初始化，完成整个***的过程数据通讯模型的建立，各设备进入工作状态后，***即可基于过程数据进行实时通讯。
总线型***即可按照上述组态、编译、下载、启动、初始化到最后工作状态的过程，也可忽略例如组态、编译等步骤根据***参数按照相同原理进行配置。
如图7所示，主站1运行时***上电启动，根据主站1的对象字典的入口对总线各个从站3做过程数据的初始化(步骤S301)。判断是否CANopen网络中所有设备已经配置完成(步骤302)。
若判断没有对所有设备完成配置(步骤S302：否)，扫描从站号(步骤S303)并判断从站号是否在SlaveIDs(从站列表)中(步骤S304)。若从站号不在SlaveIDs中(步骤S304：否)，判断所有的从站号是否扫描完毕(步骤S305)；若所有的从站号扫描完毕(步骤S305：是)，则结束自动配置。若并没有对所有的从站号扫描完毕(步骤S305：否)，则返回步骤S303扫描下一个从站号。
若从站号在SlaveIDs中(步骤S304：是)，判断从站3设备类型是否为标准设备(例如标准DS402设备)(步骤S306)。
若从站3设备类型是标准设备(步骤S306：是)，分配主站对象字典中相应入口(步骤S307)。然后，回到步骤303扫描下一个从站号。
若从站3设备类型为可重构CANopen从站301(步骤S306：否)，将主站对象字典中与该可重构CANopen从站301相对应的入口空闲(步骤S308)，该可重构CANopen从站301基于其自身的对象字典进行自动配置(步骤S309)。然后，回到步骤303扫描下一个从站号。
图8是示出了本发明涉及的一个主站的自动配置实施例流程图。如图8所示，主站1运行时***上电启动，根据主站1的对象字典的入口对总线各个从站3做过程数据的初始化(步骤S601)。例如，初始化后设备号NodeID:＝2，分配的混构型轴设备的过程数据区入口索引号HA:＝11，混构型设备列表索引HID:＝1，数字量功能板设备(例如数字量输入/输出卡)和模拟量功能板设备(模拟量输入输出卡)的过程数据区入口索引号Didx:＝Aidx:＝0。判断是否CANopen网络中所有设备已经配置完成(步骤S602)。
若判断没有对所有设备完成配置(步骤S602：否)，扫描从站号(从节点号)并判断从站号是否在SlaveIDs(从站列表)中(步骤S603)。若从站号不在SlaveIDs中(步骤S603：否)，进入步骤S617；若从站号在SlaveIDs中(步骤S603：是)，判断从站3上设备的类型(步骤S604)。例如，判断伺服轴类型值是否为2。若从站为标准设备(例如标准DS402设备)(步骤S604：是)(例如Axis_Types[NodeID-1]＝＝2)，为此从站分配主站1上相应对象字典入口(步骤S605)，然后进入步骤S617。例如，将伺服轴控的过程数据区的设备号(AXP[NodeID-1])分配给该标准DS402设备。若从站不是标准设备(例如标准DS402设备)(步骤S604：否)，则判断从站为混合型从站(可重构CANopen从站)(步骤S606)。若从站不是混合型从站(步骤S606：否)，进入步骤S617。若从站为混合型从站(步骤S606：是)(例如Axis_Types[NodeID-1]＝＝1)，主站1将其对象字典中与该混合型从站相对应的子入口空闲，并由该混合型从站获取数字量输入/输出卡的信息(Dn:＝HIO_Composition[HID]&0xFF000000)(步骤S607)。例如，Dn为数字量输入/输出卡的个数。该混合型从站基于其中的对象字典为数字量输入/输出卡分配的COB-ID和设置PDO参数(数字量过程数据区DP的Didx…Didx+Dn)(步骤S608)。该混合型从站获取模拟量输入输出卡的信息(An:＝HIO_Composition[HID]&0x00FF0000)(步骤S609)。例如，An为模拟量输入输出卡的个数。该混合型从站基于其中的对象字典为模拟量输入输出卡分配的COB-ID和设置PDO参数(模拟量过程数据区AP的Aidx…Aidx+Dn)(步骤S610)。将上述过程数据区入口索引号递增(Didx:＝Didx+Dn；Aidx:＝Aidx+An)(步骤S611)。
该混合型从站获取轴控卡的信息(Dn:＝HIO_Composition[HID]&0xFF000000)(步骤S612)。例如，Axn为伺服轴控卡的个数。判断是否存在轴控卡(步骤S613)。若不存在轴控卡(步骤S613：否)，进入步骤S616。若存在轴控卡(步骤S613：是)，为轴控卡分配的COB-ID和设置PDO参数(轴控过程数据区的HA…HA+Axn)(步骤S614)。将对象字典入口索引号递增(HA:＝HA+Axn)(步骤S615)，然后进入步骤S616。
在步骤S616中，混构型设备列表索引号加1(HID:＝HID+1)，然后进入步骤S617。
在步骤S617中，扫描下一个从站号(NodeID:＝NodeID+1),回到步骤S602。
若在步骤S602中判断对所有设备完成配置(步骤S602：是)，过程数据自动配置结束(步骤S618)。
图9是示出了本发明涉及的主站的对象字典的结构示例图。主站的对象字典中的条目对应于PDO，为应用对象提供访问接口，数据类型和应用对象的映射是由主站的对象字典中相应的缺省PDO映射结构来确定。
在***中对象字典可以支持的最大轴数和IO点数所需的过程数据容量不能超过CANopen定义的512个PDO，因此上述***的主站1对象字典过程数据区容量是有限的。考虑到总线上既有标准设备(标准从站3)又有混构型总线单元(可重构CANopen从站3)，为简化配置需要在主站1中对这两类从站3进行分区。
图9是以9个标准从站3和若干个可重构CANopen从站3(例如，总轴数小于16、总IO点小于32*16个、总模拟量小于32路，均可扩充)为例的主站对象字典。
如图9所示，主站1的对象字典过程数据包括轴过程数据区(AXP)、数字量过程数据区(DP)和模拟量过程数据区(AP)共三个区，其均使用设备商指定的子协议区，其中在轴过程数据区分成左右两个分段，左边是与标准从站3进行通讯的数据区，而右段则分配给可重构CANopen从站3进行通讯的数据区。此外，主站1的对象字典还具有用于描述从站3设备信息的数据区(CFG)。
CFG数据区的“Axis Type”定义了从站类型，对***预先支持的从站类型可以自动配置，例如标准DS402设备(从站)(例如标准CANopen DS402伺服轴)类型为2，而混构型从站(例如可重构CANopen从站)规定类型为1。关于从站类型(设备类型)需注意以下几点：
1.设备号从2开始。定义1#设备作为***主站IPC，从站从2#开始，这样数据区的子入口号＝设备号-1；
2.并非必须分段。如果***中没有混构型从站(或有但过程数据量不超过4对PDO且无轴卡)，则该***与普通CANopen总线的配置方法一致；
3.如果***中有混构型从站，则分段可简化配置。此时前9项可对应具体的标准从站设备，需要配置；后16项按照规则自动分配给混构型从站，不需配置。
如果***中只有标准从站而无混构型从站，则这CFG区的“AxisType”对应的25个入口可全部分配给标准从站；如果从站是标准DS402设备(DS402伺服)则其设备号对应的子入口即用于该标准DS402设备的过程数据区，如果从站是标准DS401设备或混构型从站的IO设备，则设备号对应的过程数据区子入口空闲不做分配。
可重构CANopen从站3不插轴卡就是标准DS401设备(标准DS401从站)，因此可将两种设备类型统一。在CFG数据区，在实现上，标准DS401设备和可重构CANopen从站都可以使用一个名为“HIO Composition”的数组描述其内部构成。该HIO Composition数组每项为U16类型，每4位一段共4段，前3段分别表示数字量占用的U16数、模拟量占用的U16数和轴数，最后一段未用。例如0x01040200表示HIO1000上***了1对数字量IO卡，一块模拟量IO卡和1个轴卡，而一个16位IO加2路模拟量的标准DS401设备HIOComposition为0x01020000。这个数组即可以扫描从设备上读到(需从站支持)，也可在组态时手工输入。
如果***中有插轴卡的混构型从站，则其设备号不能选择CFG区的“Axis Type”对应的11-26之间自入口(这些设备号会分配给混构型从站的轴卡)，例如第一个混构型从站(例如可重构CANopen从站301)的设备号为2，则相应的轴过程数据区子入口01将空闲不会分配，如果该设备上插有1块轴卡共两个伺服轴，则这两个轴分配设备号11和12，占用相应子入口(0x0A和0x0B)的轴过程数据区。按设备号排序的第二个混构型从站，也会将设备号对应的过程数据区空闲，如果也插有轴卡，也会按照顺序在混构段分配设备号并占用过程数据区(例如插了2块轴卡则4个轴分配为13-16设备号),直到所有设备已分配或过程数据区已满，配置结束。
如上所述，混构型从站中的伺服轴与标准DS402伺服轴的配置动作差别明显。标准DS402从站的设备号与其占用的过程数据区一一对应，而混构型的设备号对应的子入口空闲不用，它占用的过程数据区根据其***的轴卡自动分配。
如果***中既有标准从站又有混构型从站，由于主站OD对数据区进行了分段，可以按照各自的配置动作分别处理而不会冲突。混构型从站不能选择会被分配给混构段轴卡的设备号并空闲了一个子入口，根据***轴卡的数量占用混构段轴数据区，标准从站也不能选择会被分配给混构段轴卡的设备号，占用(DS402)或空闲(DS401)相应的子入口。
当然上述分段分配方法是以总数不超过16个轴的混构型从站及小于9个的标准从站为例进行描述的，应用开发者可对该主站结构进行扩展增加新的入口，这些新增的入口即可以按照类似方法以分段方式进行分配，也可不做修改的分配给标准从站设备使用。
在AXP区，4010-4015入口定义了伺服轴的过程数据区，简称轴过程数据区，其中前3项(Interpolation data records low(插值数据记录低)、Interpolation data recordshigh(插值数据记录高)、controlwords(控制字))定义的是***下发的指令位置及控制字，后3项(PositionActual Low(实际位置高)、Position Actual High(实际位置低)、Statuswords(状态字))定义的是伺服轴的实际位置与状态字。指令位置和实际位置采用2个U16共32位以与标准DS402伺服兼容(混构型设备上的脉冲伺服轴为U16类型，只需低16位即可)。
在DP区，4120(HIO Input Bool)定义了DP区的数字量输入的子入口和4121(HIOInput Bool)定义了DP区的数字量输出的子入口。在AP区，4122(HIO Inputs Integers)定义了AP区的模拟量输入的子入口和4123(HIO Outputs Integers)定义了AP区的模拟量输出的子入口。
本发明所提供的自动配置方法并非简单的人为约定。首先CANopen标准内容看似CiA的主观定义(例如报文长度、对象字典大小等)，但事实上每个细则都是巧妙和实用的，与工业现场实际需求和现有技术水平相匹配的，所有遵循该标准的工业设备构成的工业现场应定义为客观存在，而CANopen与***需求不符之处也属客观问题。
本申请提出的地址分段方法，是在对现有标准做尽量小的修改的条件下，尽可能简化配置以实现配置过程自动化。在实践中用尽可能简单的方案来满足千差万别的应用需求并不简单，本申请提出的地址分段配置方法正是总线型***的关键技术。
对于数字量和模拟量的过程数据，由于混构型从站使用了与DS401标准兼容的子协议区入口，因此在主站看来这两类设备无任何区别。这样主站DIO和AIO数据区不需分段，所有设备统一分配因此子入口与设备号也无对应关系，如果过程数据小于4对PDO也不会存在站号占用，对总线无任何影响。
本发明还提供至少一个具有非易失性或易失性存储器形式的计算机存储介质，例如电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、闪存和硬盘驱动，存储有计算机可执行指令。计算机可执行指令在被处理器执行时使得CANopen网络架构中的可重构CANopen从站和主站执行例如之前结合图3、4、6、7描述的过程的动作。
图10是示出了本发明涉及的自动配置处理装置的结构示例图。如图10所示，自动配置处理装置600包括用于通信交互的通信接口610、可用于存储相关数据和/或应用程序的存储器630以及可进行自动配置处理的处理器620。
处理器620可以是单个CPU(中央处理器)，但是也可以包括两个或更多个处理器。例如，处理器可以包括通用微处理器；指令集处理器和/或相关芯片集和/或专用微处理器(例如，专用集成电路(ASIC))。存储器630可以包括用于高速缓存目的的板载存储器。例如，计算机存储介质可以是闪存、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)或EEPROM。
本技术领域技术人员可以理解，本发明包括涉及用于执行本发明中所述操作中的一项或多项的设备。这些设备可以为所需的目的而专门设计和制造，或者也可以包括通用计算机中的已知设备。这些设备具有存储在其内的计算机程序，这些计算机程序选择性地激活或重构。这样的计算机程序可以被存储在设备(例如，计算机)可读介质中或者存储在适于存储电子指令并分别耦联到总线的任何类型的介质中，所述计算机可读介质包括但不限于任何类型的盘(包括软盘、硬盘、光盘、CD-ROM、和磁光盘)、ROM(Read-Only Memory，只读存储器)、RAM(Random Access Memory，随即存储器)、EPROM(Erasable ProgrammableRead-Only Memory，可擦写可编程只读存储器)、EEPROM(Electrically ErasableProgrammable Read-Only Memory，电可擦可编程只读存储器)、闪存、磁性卡片或光线卡片。也就是，可读介质包括由设备(例如，计算机)以能够读的形式存储或传输信息的任何介质。
本技术领域技术人员可以理解，可以用计算机程序指令来实现这些结构图和/或框图和/或流图中的每个框以及这些结构图和/或框图和/或流图中的框的组合。本技术领域技术人员可以理解，可以将这些计算机程序指令提供给通用计算机、专业计算机或其他可编程数据处理方法的处理器来实现，从而通过计算机或其他可编程数据处理方法的处理器来执行本发明所公开的结构图和/或框图和/或流图的框或多个框中指定的方案。
本技术领域技术人员可以理解，在本发明中，上述处理器可以设置在可重构CANopen从站和/或主站中。例如，上述处理器可以设置于可重构CANopen从站301的总线通信板31上。
本技术领域技术人员可以理解，本发明可以用于数控***，也可以应用于其它CANopen网络***。
本技术领域技术人员可以理解，本发明中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案可以被交替、更改、组合或删除。进一步地，具有本发明中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的其他步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。进一步地，现有技术中的具有与本发明中公开的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。
以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (21)

1.一种可重构CANopen从站的自动配置方法，包括：
判断所述可重构CANopen从站的功能板的信息是否已经获取完毕；
当所述功能板的信息未获取或未获取完毕，扫描所述功能板，获取所述功能板的信息；
根据各所述功能板的信息，为所述功能板分配COB-ID和设置PDO参数。
2.根据权利要求1所述的自动配置方法，其特征在于：
所获取的所述功能板的信息包括各所述功能板的数量信息和类型信息；
根据各所述功能板的数量信息，为每一类型的所述功能板分配COB-ID和设置PDO参数。
3.根据权利要求1所述的自动配置方法，其特征在于：所述功能板包括数字量输入板、数字量输出板、模拟量输入输出板和轴控板。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的自动配置方法，还包括：当所述可重构CANopen从站所产生的过程数据量超过预定值时，所述可重构CANopen从站抢占其它从站空闲的RPDO和/或TPDO。
5.根据权利要求4所述的自动配置方法，其特征在于：当抢占一个其它从站空闲的RPDO和/或TPDO后仍无法满足所述可重构CANopen从站所产生的过程数据量时，所述可重构CANopen从站抢占两个以上的其它从站空闲的RPDO和/或TPDO。
6.根据权利要求4所述的自动配置方法，其特征在于：所述可重构CANopen从站对所述其它从站的COB-ID按逆序依次进行抢占。
7.根据权利要求1至3任意一项所述的自动配置方法，还包括：基于所述可重构CANopen从站的对象字典所定义的过程数据区，为各所述功能板分配对象字典中相应的入口。
8.一种可重构CANopen从站，包括：
至少一个处理器，所述处理器能进行以下操作：
判断所述可重构CANopen从站的功能板的信息是否已经获取完毕；
当所述功能板的信息未获取或未获取完毕，扫描所述功能板，获取所述功能板的信息；
根据各所述功能板的信息，为所述功能板分配COB-ID和设置PDO参数。
9.根据权利要求8所述的可重构CANopen从站，其特征在于：
所获取的所述功能板的信息包括各所述功能板的数量信息和类型信息；
所述处理器能够根据各所述功能板的数量信息，为每一类型的所述功能板分配COB-ID和设置PDO参数。
10.根据权利要求8所述的可重构CANopen从站，其特征在于：所述功能板包括数字量输入板、数字量输出板、模拟量输入输出板和轴控板。
11.根据权利要求8至10任意一项所述的可重构CANopen从站，其特征在于，当所述可重构CANopen从站所产生的过程数据量超过预定值时，所述可重构CANopen从站抢占其它从站空闲的RPDO和/或TPDO。
12.根据权利要求8所述的可重构CANopen从站，其特征在于：当抢占一个其它从站空闲的RPDO和/或TPDO后仍无法满足所述可重构CANopen从站所产生的过程数据量时，所述可重构CANopen从站抢占两个以上的其它从站空闲的RPDO和/或TPDO。
13.根据权利要求8至10任意一项所述的可重构CANopen从站，其特征在于：所述可重构CANopen从站还包括存储器，所述存储器存储有对象字典，所述处理器基于所述对象字典所定义的过程数据区，为各所述功能板分配对象字典中相应的入口。
14.一种混合型可重构设备的CANopen网络的自动配置方法，包括：
判断是否所述CANopen网络中的所有设备已经配置完成；
当所述CANopen网络中的所有设备未完成配置，扫描从站号并判断所述从站号是否从站列表中；
当所述从站号在所述从站列表中，判断所述从站的类型；
当所述从站为标准从站，为所述从站分配主站对象字典中相应的入口；
当所述从站为可重构CANopen从站时，将所述主站对象字典中与所述可重构CANopen从站的设备号对应的轴过程数据区子入口空闲不做分配。
15.根据权利要求14所述的自动配置方法，其特征在于：
所述可重构CANopen从站获取所述功能板的信息，并根据各所述功能板的信息，为所述功能板分配COB-ID和设置PDO参数。
16.根据权利要求14或15所述的自动配置方法，其特征在于：在所述主站对象字典中的过程数据区被进行了分段，所述标准从站和所述可重构CANopen从站按照各自的配置动作分别处理。
17.一种用于CANopen网络的主站，包括：
至少一个处理器，所述处理器能进行以下操作：
判断是否所述CANopen网络中的所有设备已经配置完成；
当所述CANopen网络中的所有设备未完成配置，扫描从站号并判断所述从站号是否从站列表中；
当所述从站号在所述从站列表中，判断所述从站的类型；
当所述从站为标准从站，为所述从站分配主站对象字典中相应的入口；
当所述从站为可重构CANopen从站时，将所述主站对象字典中与所述可重构CANopen从站的设备号对应的轴过程数据区子入口空闲不做分配。
18.一种可重构CANopen从站的自动配置装置，包括：
判断模块，用于判断所述可重构CANopen从站的功能板的信息是否已经获取完毕；
功能板信息获取模块，当所述功能板的信息未获取或未获取完毕，扫描所述功能板，获取所述功能板的信息；
参数配置模块，根据各所述功能板的信息，为所述功能板分配COB-ID和设置PDO参数。
19.一种混合型可重构设备的CANopen网络的自动配置装置，包括：
配置判断模块，用于判断是否所述CANopen网络中的所有设备已经配置完成；
从站号判断模块，当所述CANopen网络中的所有设备未完成配置，扫描从站号并判断所述从站号是否从站列表中；
类型判断模块，当所述从站号在所述从站列表中，判断所述从站的类型；
入口分配模块，当所述从站为标准从站，为所述从站分配主站对象字典中相应的入口，当所述从站为可重构CANopen从站时，将所述主站对象字典中与所述可重构CANopen从站的设备号对应的轴过程数据区子入口空闲不做分配。
20.一种存储介质，其存储使至少一个处理器能够执行如权利要求1-7的程序。
21.一种存储介质，其存储使至少一个处理器能够执行如权利要求14-15的程序。
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