摘要：針對工業現場分布式總線網絡的在線監控問題，提出將具有可視化編程環境的虛擬儀器軟件與現場總線高層通信協議CANopen相結合，開發出具有智能化、高效化的同步實時監控界面。在分析CANopen協議標識符的基礎上，使用虛擬儀器對CANopen數據報文進行打包與解析，并使用VISA接口通過自行設計的RS 232-CAN協議轉換器完成數據收發，最終完成監控面板的開發，為現場總線與虛擬儀器技術相融合的發展趨勢起到了一定推動作用。

　　關鍵詞：CANopen協議；虛擬儀器；現場總線；VISA接口

　　虛擬儀器是電子測量技術與計算機技術深層次結合的產物，通過軟、硬件的結合來實現傳統儀器的各種功能，大大突破了傳統儀器在數據處理、顯示、傳送、存儲等方面的限制，使用戶可以方便地對儀器進行維護、擴展和升級。用戶通過友好的圖形界面來操作虛擬儀器的面板就如同操作真實儀器一樣方便。CAN協議只定義了物理層和數據鏈路層，本身并不完整，有些復雜的應用問題需要一個更高層次的協議——應用層協議來實現。CANopen協議就是將CAN網絡中通信數據的組建和傳輸進行標準化，并給用戶很大的自由度，允許用戶隨時添加自己所需要的新功能。

　　本文將虛擬儀器技術應用于CANopen協議開發，有利于實現分布式工業現場的實時監控、數據采集，改善現場總線網絡通信系統的運行效率，提高實時性和信息處理能力。

　　1 CANopen協議概述

　　CANopen協議是由CiA協會針對CAN協議的不完整性而定義出來的一個更高層次的協議——應用層協議。不同CANopen設備間的通信都是通過交換通信對象完成的。

　　1．1 通信對象

　　通過CAN網絡傳輸的CANopen通信對象可以通過服務和協議來描述。分類為：實時數據通過過程數據對象（PDO）協議傳輸；服務數據對象（SDO）協議用來對對象字典進行讀寫操作；特殊功能對象協議提供了特定應用，網絡同步，時間戳和緊急報文傳輸；網絡管理（NMT）協議提供了網絡初始化，錯誤控制和設備狀態控制服務；層設置服務（LSS）協議用來配置CAN總線通信參數和設備參數。

　　1．2 CANopen預定義連接集

　　為了減少簡單網絡的組態工作量，CANopen定義了強制性的缺省標識符（CAN-ID）分配表。這些標識符在預操作狀態下可用，通過動態分配還可修改他們。CANopen設備必須向它所支持的通信對象提供相應的標識符。缺省ID分配表是基于11位的CAN-ID，包含一個4位的功能碼（Function Code）部分和一個7位的節點ID（Node-ID）部分。

　　Node-ID由系統集成商定義，范圍是1～127（0不允許使用）。預定義的連接集定義了4個接收PDO（Receive-PDO），4個發送PDO（Transmit-PDO），1個SDO（占用2個CAN-ID），1個緊急對象和1個節點錯誤控制ID。也支持不需確認的NMT-Module-Control服務，SYNC和Time Stamp對象的廣播。標識符的默認值如表1，表2所示。

　　2 CANopen監控面板工控現場應用框架

　　采用虛擬儀器軟件LabVIEW進行CANopen協議監控面板的開發，完成CANopen數據的接收與發送，實現分布式工控現場總線網絡的數據監測。LabVIEW是NI公司開發的虛擬儀器應用程序編程環境，是一種圖形化編程語言，特別適合開發測控應用軟件，其具有所有通用編程環境的標準，如數據結構、循環結構和事件處理。其內置各種專業工具軟件包可滿足工程應用開發。應用示意見圖1，通過RS 232-CAN協議轉換器實時監測現場總線上各節點的數據，完成控制任務。