CANopen-basierende Fahrerarbeitsplätze
In eingebetteten Steuerungen werden oft CANopen-Netzwerke verwendet. Dies schließt auch mobile Arbeitsmaschinen ein. Um die Integration von einfachen Bedieneinheiten sowie kompletten Fahrerarbeitsplätzen zu vereinfachen, haben Mitglieder der internationalen Anwender- und Herstellervereinigung CAN in Automation (CiA) eine entsprechende Schnittstelle spezifiziert und veröffentlicht. Die Richtlinie CiA 852 basiert auf dem CANopen-Profile CiA 401.
Das Kommunikationsprotokoll CANopen basiert auf dem international genormten CAN-Netzwerk ISO11898. Es kommt in vielen Maschinen als eingebettetes Netzwerk zur Kommunikation zwischen Steuerung, Aktuatoren und Sensoren zum Einsatz. Dies umfasst einfache Bediengeräte wie Schalter oder Lampen sowie komplexere Bedienerschnittstellen. Um die Systemintegration zu vereinfachen, bieten einige Hersteller komplette Bediensysteme an, die auf einem tief-eingebetteten CANopen-Netzwerk basieren. Üblicherweise werden die Bedienelemente als Ein-/Ausgabegeräte betrachtet und implementieren deshalb das generische Geräteprofil CiA 401. Das Profil spezifiziert digitale und analoge Ein- sowie Ausgänge die in der Regel konfigurierbar sind. Insbesondere analoge Eingänge gilt es bezüglich der Übertragungsbedingungen zu konfigurieren, da ansonsten jede Änderung des Analogwertes das Senden des zugehörigen Prozessdatenobjektes (PDO) zur Folge hätte. PDOs sind spezielle CAN-Datentelegramme, die Sensordaten, Statusmeldungen oder Befehle enthalten. Sie werden ohne Protokolloverhead gesendet, sodass alle acht Nutzdatenbytes einer CAN-Nachricht genutzt werden können. Das Geräteprofil schreibt nicht vor, welche anwendungsbezogene Bedeutung die Ein- beziehungsweise Ausgänge haben; es obliegt also dem Systemintegrator, diese Zuordnung vorzunehmen. Um ihm die Arbeit zu erleichtern, hat der CiA eine Richtlinie für Bedieneinheiten herausgegeben: CiA 852 legt fest, wie die einzelnen Bedienelemente nummeriert sind. Dabei kann ein komplexeres Bedienelement, z.B. ein Tasten- oder LED-Feld, selbst wiederum aus Bedienelementen wie Tasten oder LEDs bestehen. Im Falle von Fahrerarbeitsplätzen für mobile Arbeitsmaschinen sind in den Armlehnen manchmal Joysticks und Fußpedale integriert. Sie werden von einigen Herstellern als komplette Einheiten geliefert und entsprechen oftmals der Richtlinie CiA 852. Diese sagt Systemintegratoren, welcher Eintrag im CANopen-Objektverzeichnis zu welchem Bedienelement gehört. Sie können also für die Steuerung entsprechende Funktionsblöcke programmieren, die sich unabhängig vom Hersteller der Bedienelemente wiederverwenden lassen. Dies bietet sich an, wenn Maschinen in hoher Variantenvielfalt bei geringer Stückzahl hergestellt werden.
Zuordnung für bis zu 16 Joysticks
Zwar legt das Geräteprofil CiA 401 für einen einzelnen Joystick fest, welche analogen und digitalen Eingänge zu verwenden sind. CiA 852 beschreibt hingegen die Zuordnung der Eingänge für bis zu 16 Joysticks. Dabei kann der Joystick auch über einen zusätzliches Daumenrad verfügen. Insgesamt sind acht sogenannte Räder-Eingänge im CANopen-Objektverzeichnis vordefiniert. Zusätzlich legt die Richtlinie die Zuordnung der Eingänge für bis zu 16 Fußpedale fest. Ein Pedal wird dabei als ein analoger Wert betrachtet, der zusätzlich über eine Speicherfunktion mit digitalem Eingang verfügen kann. Die Richtlinie CiA 852 unterstützt Schalter- und Lampen-Felder mit einer Granularität von jeweils 8×8 einzelnen digitalen Ein- beziehungsweise Ausgängen. Insgesamt sind acht solcher Cluster im CANopen-Objektverzeichnis vordefiniert – also insgesamt 512 Schalter. Adäquates gilt für die digitalen Anzeigeelemente. Um auch Displayanzeigen abbilden zu können, sind einige analoge CANopen-Objektverzeichniseinträge als Grafikelemente wie Balken oder Zeiger vordefiniert. Insgesamt sind acht Displays mit jeweils zwölf Grafikelementen vorgesehen.
Individuelle Definition der Prozessdatenobjekte
Die in der Richtlinie spezifizierten PDOs sind werksseitig abgeschaltet und müssen vom Systemintegrator aktiviert werden. Auch die Zuteilung der CAN-Identifier übernehmen Systemintegratoren selbst, da im CANopen-Anwendungsprotokoll immer nur vier Sende- und vier Empfangs-PDOs mit einem CAN-Identifier werkseitig versehen sind, man aber für komplexere Bedienkonsolen und Arbeitsplätze mehr PDOs benötigt. Insbesondere, da die CAN-Identifier die Priorität der Datenübertragung festlegen. Abgesehen von der Zuordnung der Priorität erhalten Systemdesigner die Möglichkeit, den Sende- beziehungsweise Empfangsmodus zu verändern. Werksseitig werden alle PDOs gesendet, wenn sich einer der übertragenen Werte ändert. Auf der Empfangsseite werden alle PDOs sofort ausgewertet und verarbeitet. Wünschen Anwender eine synchrone Übertragung der Daten, so müssen sie dies konfigurieren. Ebenso, falls eine periodische Übertragung gewollt ist. Dies führt allerdings in der Regel zu einer höheren Busauslastung. Falls alle vordefinierten Bedienelemente in einer Bedieneinheit implementiert sind, würde die entsprechende CANopen-Schnittstelle 41 Sende-PDOs und 34 Empfangs-PDOs besitzen. In der Praxis wird dies jedoch kaum vorkommen, so dass nur eine Untermenge realisiert werden muss.
