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德国赫优讯netTAP100网关在广州新电视塔摩天轮控制系统中的应用


摘要:本文以广州新电视塔摩天轮控制系统为例,控制系统使用了芬兰EPEC公司的3G+ CANopen控制器、芬兰VACON变频器、施耐德伺服驱动器LXM05A,形成一个主要的CANopen网络。同时还存在一个PROFIBUS-DP网络,包含在CANopen网络中。不同网络的数据通讯则采用了德国赫优讯netTAP100协议转换网关进行交互,实现了两种通讯网络的融合。
关键词:netTAP100  CANopen  PROFIBUS-DP  联网
Abstract: This article takes the case of sky wheel control system of the Guangzhou new TV tower. In this system, 3G+ CANopen controller of EPEC Oy, frequency converter of VACON and servo drivers of Schneider forms the CANopen network. And a PROFIBUS-DP network is contained in the CANopen network. The data between different networks is transferred via netTAP 100 gateway of Hilscher, which realized the integration of the two communication network.
Key words: netTAP100  CANopen  PROFIBUS-DP  device networking
1引言
   广州新电视塔摩天轮位于458米高空,是目前世界最高摩天轮,临边而置的16个观光球舱联动回转,游客能够从各个角度观赏广州市容。整个系统主要由观光球舱、轨道系统、登舱平台、控制系统等构成。
与一般竖立的摩天轮不同,广州新电视塔摩天轮的16个水晶观光球舱,不是悬挂在轨道上,而是沿着倾斜的轨道运转。由于椭圆轨道平面与水平面成15°,为使略微倾斜的球舱在运转过程中保持平稳,球舱安装了调平机构,让球舱水平度实时调整;16个球舱之间通过柔性索连接成环,在动力车的推动下作同步运转。游客的登舱平台将分设上、下客区,边缘将设置可随球舱移动的1.2米高安全移门,以确保游客游览的有序和安全。
图1为摩天轮效果图。


图1 摩天轮效果图

2 控制系统组成
   各个观光球舱、移动门及主控室均采用EPEC 3G+ CANopen控制器,动力球舱驱动采用VACON系列高防护等级变频器,移动门驱动系统采用施耐德通用型 AC 伺服驱动装置LXM05A,整个控制系统主要形成一个CANopen网络。
   在控制系统中同时还存在一个PROFIBUS-DP网络,对于整个CANopen网络,这个网络起着衔接作用,进行数据的传输。因为观光舱始终是运动状态,现场使用无线方式的通讯效果不佳,因此采用滑触线的连接,使用西门子PRB通讯单元,保证了通讯的质量和可靠性。
   CANopen网络与PROFIBUS网络的交互则采用了赫优讯netTAP100协议转换网关。网关在CANopen网络中始终作为从站,在PROFIBUS-DP网络中其中一个网关作为主站,其余均作为从站,实现数据的互相交换。
基于赫优讯netX技术,所有netTAP100网关均为同一个硬件,而作为PROFIBUS主站的网络仅需下载一个主站授权,即可完成CANopen从站到PROFIBUS主站的转换。
3 德国赫优讯netTAP100网关系列简介
   德国赫优讯公司的netTAP100网关系列充分使用了赫优讯netX网络控制器灵活性的特点,提供了一种经济、有效的联网通讯解决方案,可支持各种现场总线(PROFIBUS、CANopen、DeviceNet、CC-Link)、各种实时以太网(PROFINET、Ethernet/IP、Modbus TCP、EtherCAT、Powerlink、SERCOS III)及各种串口通讯协议(ASCII、Modbus RTU、netSCRIPT自定义串口协议)间的协议转换,目前提供的转换方案已达上百种。
   NT100-DP-CO网关实现的是PROFIBUS-DP主/从站到CANopen主/从站间的转换,通过下载不同的协议堆栈(Firmware),就能够实现用户所需要的转换功能。
4 调试系统构成
通讯系统结构如图2所示。


图2 通讯系统结构

   调试时使用电脑软件CANKing配合Kvaser CAN仿真器,代替EPEC CANopen控制器,来仿真CANopen节点,Kvaser CAN仿真器如图4所示。PROFIBUS通讯速率为187.5kBit/s,CANopen通讯速率为250 kBit/s。
5赫优讯NT100-DP-CO网关的配置
   当NT 100第一次通过USB电缆与计算机相连并且上电后,计算机会自动检测到该硬件,并提示安装硬件驱动,该驱动保存在产品光盘的Driver\Windows目录下。
   使用SYCON.net软件对NT100-DP-CO网关进行配置,软件中的硬件组态如图3所示。因为是调试阶段,PROFIBUS网络中仅包含两个站点。

图3 调试系统硬件组态
   首先需要设置网关实现的协议转换,并下载对应的固件(Firmware),从而网关实现PROFIBUS主站/从站和 CANopen从站的协议转换。确定好协议转换后,再设置网关作为CANopen从站的通讯参数,主要包括CAN ID及CAN通讯的波特率;设置网关作为PROFIBUS主站的通讯参数,主要包括主站的站地址、PROFIBUS网络波特率及相关的时间参数;设置网关作为PROFIBUS从站的通讯参数,主要包括从站的站地址及输入输出模块的字节数。
6通讯测试
   测试中使用两台CAN仿真器,使用CANopen通讯电缆分别与一个NT100相连。两个NT100分别作为PROFIBUS主站和PROFIBUS从站,使用一根PROFIBUS通讯电缆相连。通讯时,当一台仿真器发送数据后,经过两个网关的转换,另一台仿真器应该能接收到这些数据。
   CAN仿真器首先需要发送NMT Module Control报文至NT100网关,其中COB-ID为0,两个字节数据分别为1和0,从而启动所有CAN网络上的所有NMT从设备。
   CAN ID为5的NT100网关,第一个发送PDO的COB-ID为185,第一个接收PDO的COB-ID为205。因此,CAN仿真器发送COB-ID为205,8个字节的数据至NT100网关。
   CAN ID为2的NT100网关,进行类似操作,第一个发送PDO的COB-ID为182,第一个接收PDO的COB-ID为202,系统的数据通讯见图4所示。


图4 PDO发送与接收

7 小结
   本文使用netTAP100网关系列中的NT100-DP-CO,使用其提供的PROFIBUS-DP协议与CANopen协议之间的转换功能,从而实现了整个控制系统的数据传输。希望能通过本文的简单介绍,帮助用户实现各种设备联网的需求。如有各种设备联网需求,也可以致电德国赫优讯上海分公司。
参考文献
[1] 赫优讯NT100网关硬件操作手册:《netTAP NT 100 - Gateway Devices UM 07 EN.pdf》
[2] 赫优讯NT100网关软件配置手册:《netGateway_DTM_en.pdf》
[3] CANopen通讯协议介绍:《CANopen - high-level protocol for CAN-bus.pdf》
[4] Kvaser CAN仿真器操作手册:《kvaser_leaf_userguide.pdf》
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