Balluff BDG F-NH Series User manual

deutsch Konfigurationsanleitung
english Configuration guide
BDG F_ _ _ _-_ _ _ _-NH/NV…

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deutsch Konfigurationsanleitung
BDG F_ _ _ _-_ _ _ _-NH/NV…

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1
Inhalt
Abkürzungsverzeichnis............................................................................................................................3
1Einleitung..........................................................................................................................................5
1.1 Drehgebertypen .......................................................................................................................5
1.2 Zu diesem Handbuch...............................................................................................................5
1.2.1 Symbolerklärung ..............................................................................................................5
1.3 Leistungsbeschreibung ............................................................................................................6
2Sicherheitshinweise .........................................................................................................................7
2.1 Allgemeines..............................................................................................................................7
2.2 Bestimmungsgemäße Verwendung.........................................................................................7
2.3 Sicheres Arbeiten.....................................................................................................................7
2.4 Entsorgung...............................................................................................................................7
3Gerätebeschreibung.........................................................................................................................8
3.1 Allgemeines Drehgeber-Design...............................................................................................8
3.2 Predefined Connection Settings ..............................................................................................8
3.3 Leuchtdiode und Status-Signalisierung ...................................................................................8
4Schnellstart.....................................................................................................................................11
4.1 CAN-Netzwerk-Integration.....................................................................................................11
4.2 SDO-Befehl zur Einstellung Node-ID.....................................................................................11
4.3 Drehgeber-Inbetriebnahme....................................................................................................12
5Allgemeine CAN-Informationen .....................................................................................................13
5.1 CAN-Physik............................................................................................................................13
5.2 CANopen................................................................................................................................15
5.3 Spezifikationen und Profile.....................................................................................................15
5.3.1 Überblick ........................................................................................................................15
5.3.2 Kommunikationsmechanismen......................................................................................15
5.3.3 Objektverzeichnis...........................................................................................................16
5.4 Netzwerkmanagement (NMT)................................................................................................16
5.5 Heartbeat und Node-Guarding...............................................................................................17
5.6 Emergency-Nachrichten.........................................................................................................18
6Objektverzeichnis...........................................................................................................................19
6.1 Kommunikationsspezifische Objekte .....................................................................................19
6.2 Gerätespezifische Objekte.....................................................................................................22
6.3 Herstellerspezifische Objekte ................................................................................................27
7Objektbeschreibung .......................................................................................................................29
7.1 Netzwerkmanagementbefehle ...............................................................................................29
7.2 Heartbeat-Protokoll ................................................................................................................29
7.3 Emergency-Nachrichten.........................................................................................................30
7.4 Fehler Objekte........................................................................................................................31
7.4.1 Manufacturer status register ..........................................................................................31
7.4.2 Alarms............................................................................................................................32
7.4.3 Warnings........................................................................................................................32
7.5 Elektronisches Nockenschaltwerk (CAM)..............................................................................32
7.5.1 CAM-state-register.........................................................................................................32
7.5.2 CAM-enable-register......................................................................................................33
7.5.3 CAM-polarity-register .....................................................................................................33
7.5.4 CAM-Low-Limit...............................................................................................................33
7.5.5 CAM-High-Limit..............................................................................................................33
7.5.6 CAM-Hysteresis .............................................................................................................33
7.6 Geräte-Profil...........................................................................................................................34
7.7 SYNC .....................................................................................................................................34
7.8 Drehgeber-Bezeichnung........................................................................................................34
7.9 Verhalten bei Auftreten von Fehlern ......................................................................................34
7.10 NMT-Startup-Verhalten..........................................................................................................34
7.11 Bus-Off Auto-Reset................................................................................................................35

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2
7.12 Customer Data.......................................................................................................................35
7.13 Temperatur.............................................................................................................................35
7.14 Konfigurationsabgleich...........................................................................................................35
8Inbetriebnahme ..............................................................................................................................36
8.1 Mechanischer und elektrischer Anschluss.............................................................................36
8.2 Einstellungen per LSS vornehmen ........................................................................................37
8.2.1 Allgemeine Einstellungen...............................................................................................37
8.2.2 LSS-Konfigurationsmodus mit „Switch Mode Global“ ....................................................37
8.2.3 LSS-Konfigurationsmodus mit „Switch Mode Selective“................................................38
8.2.4 Beenden des LSS-Konfigurationsmodus.......................................................................38
8.2.5 Baudrate einstellen ........................................................................................................39
8.2.6 Node-ID des Drehgebers einstellen...............................................................................39
8.3 Einstellungen per SDO vornehmen .......................................................................................40
8.3.1 Objekte einrichten und lesen..........................................................................................40
8.3.2 Große Objekte (>4 Byte) einrichten und lesen ..............................................................41
8.3.3 Baudrate einstellen ........................................................................................................49
8.3.4 Node-ID des Drehgebers einstellen...............................................................................49
8.3.5 NMT-Master Basisbefehle..............................................................................................50
8.4 Heartbeateinstellungen..........................................................................................................51
8.5 PDO-Konfiguration.................................................................................................................52
8.5.1 PDO-Parametrierung .....................................................................................................52
8.5.2 PDO in Synchronmodus setzen.....................................................................................53
8.5.3 PDO in Asynchronmodus setzen ...................................................................................53
8.5.4 Variables PDO-Mapping ................................................................................................54
8.6 Auflösung und Drehsinn ändern ............................................................................................56
8.7 Wellen-Position setzen...........................................................................................................57
8.8 Positionswert filtern................................................................................................................58
8.9 Speed-Integration und Skalierung ändern.............................................................................58
8.10 Frequency-Limit .....................................................................................................................58
8.11 CAM-Konfiguration.................................................................................................................58
8.12 Einstellungen in das EEPROM speichern..............................................................................60
8.12.1 Netzausfallsicheres Speichern von Parametern............................................................60
8.12.2 Parameter zurücksetzen auf Werkseinstellungen..........................................................61
9Fehler-Diagnose.............................................................................................................................62
9.1 Gebereinstellungen................................................................................................................62

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3
Abkürzungsverzeichnis
autom.
automatisch
bzw.
beziehungsweise
ca.
circa
CAN
Controller Area Network
CAN-ID
Hauptteil des Arbitrierungsfeldes eines CAN-Datenframes
CAM
Nocken „Simulation“- Vorsprung an einer Welle oder Scheibe, der bei Drehung
einen meist kraftschlüssig mit dem Nocken verbundenen Maschinenteil eine Auf-
und Abwärtsbewegung erteilt, hier über Software nachgebildet.
co
Constant: Parameter ist nur lesbar, ändert sich nicht
COB-ID
Communication Object Identifier, objektspezifische Bedeutung enthält die CAN-ID
CRC
Zyklische Redundanzprüfung
d.h.
das heißt
DLC
Data Length Code
DS
Draft Standard; Normenentwurf
DSP
Draft Standard Proposal; Normentwurf-Vorschlag
dyn
dynamisch; veränderliche Information in Abhängigkeit von Drehgebereigenschaft
EDS file
Standardisierte Datei, die die Funktionalität eines CANopen Geräts beschreibt
Drehgeber
Kurzform; steht hier als Synonym für Absolutwertdrehimpulsgeber
etc.
et cetera, und so weiter
evtl.
eventuell
Fa.
Firma
GND
Ground, Masse
i*
Platzhalter für Informationen, die vom individuellen Drehgeber abhängen
Idx
Sub-Index
LED
Light Emitting Diode
LSB
Least Significant Bit/Byte; niederwertigstes Bit/Byte

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4
LSS
Layer Setting Services
MSB
Most Significant Bit/Byte; höchstwertigstes Bit/Byte
MT
Mutliturn
n.n.
nicht nötig
NMT
Network-Management
Node-ID
Teil der CAN-ID; ID des Drehgebers im CAN-Netzwerk
OSI
Open Systems Interconnection (Schichtenmodell)
PDO
Process Data Object. Kommunikations-Objekt zum Austausch von Prozessdaten
res.
reserviert
ro
Read Only: Parameter ist nur lesbar, kann sich aber verändern
RTR
Remote Transmission Request; Datenanforderungsnachricht
rw
Read/Write: Parameter kann gelesen und geschrieben werden
S.
Seitenverweis oder auch „siehe Seite“
SDO
Service Data Object; Kommunikations-Objekt zum Zugriff auf das
Objektverzeichnis
ST
Singleturn
SYNC
Synchronisations-Nachricht
uvm.
und vieles mehr
vgl.
vergleiche
wo
Write Only: Parameter kann nur geschrieben werden
xxb
Zeichen dafür, dass Voranstehende Zahl (xx) eine Binärzahl ist
xxd
Zeichen dafür, dass Voranstehende Zahl (xx) eine Dezimalzahl ist
xxh
Zeichen dafür, dass Voranstehende Zahl (xx) eine Hexadezimalzahl ist
z.B.
zum Beispiel

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5
1Einleitung
1.1 Drehgebertypen
Dieses Originalhandbuch gilt für alle BDG Fxxxx-xxxx-NH/NV…
Die CANopen Vendor-ID von Balluff ist: 0100 00E8h
Der Product Code von Balluff ist: 100h
Die Revision Number und die Serial Number sind für jeden einzelnen Drehgeber unterschiedlich. Sie sind von
dem Drehgeber-Etikett ablesbar.
1.2 Zu diesem Handbuch
Dieses technische Handbuch beschreibt die Konfigurations- und Montagemöglichkeiten der Balluff Drehgeber mit
CANopen Profil.
Das Handbuch muss auf jeden Fall vor der Inbetriebnahme gelesen werden. Vor Verwendung sollte geprüft
werden, ob eine aktuellere Version dieses Handbuchs verfügbar ist. Achten Sie beim Lesen besonders auf die
Sicherheitshinweise am Anfang des Dokuments und den mit Warnsymbolen gekennzeichneten Textblöcken
innerhalb der Handbuchabschnitte.
Punkt 4 Schnellstart zeigt eine Variante der Konfiguration des Drehgebers mit grundlegenden Einstellungen für
minimale Funktionalität. Für eine optimale Nutzung des Gerätes werden aber alle Informationen der
nachfolgenden Kapitel benötigt und sollten unbedingt gelesen werden. Zu Beginn des Handbuches werden
spezifische Abkürzungen und Fachwörter erklärt.
Dieses Handbuch richtet sich an Personen mit technischen Kenntnissen im Umgang mit Sensoren, CANopen
Schnittstellen und Automatisierungselementen.
Sollten Sie keine Erfahrung mit dieser Thematik haben, nehmen Sie zunächst die Hilfe von erfahrenen Personen
in Anspruch!
Bewahren Sie die mit unserem Produkt gelieferten Informationen gut auf, so dass Sie sich, wenn nötig, weiter
oder zu einem späteren Zeitpunkt erneut informieren können.
1.2.1 Symbolerklärung
•Das INFO-Symbol steht neben einem Abschnitt, der besonders informativ oder
wichtig für das weitere Verfahren mit dem Gerät ist.
•Das WICHTIG-Symbol steht neben einer Textstelle, in der ein Verfahren zum
Lösen eines bestimmten Problems beschrieben wird.
•Das WARN-Symbol steht neben einer Textstelle, die besonders zu beachten ist,
um den ordnungsgemäßen Einsatz zu gewährleisten und vor Gefahren zu
schützen.

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6
1.3 Leistungsbeschreibung
Der Drehgeber ist ein Sensor zur Erfassung von Winkelpositionen und Umdrehungen. Die Messdaten und daraus
abgeleitete Größen werden vom Drehgeber aufbereitet und als elektrische Ausgangssignale für die nachfolgende
Peripherie bereitgestellt.
Die Schnittstelle, über die der Drehgeber kommuniziert, folgt der CAN- bzw. CANopen-Spezifikation. Der
Drehgeber ist CAN 2.0A und CAN 2.0B fähig. Er erfüllt das Drehgeberprofil CiA 406 und ist für die industrielle
Anwendung bestimmt.
Zur einfachen Konfiguration des Drehgebers können Sie die EDS (Electronic Data Sheet) Dateien nutzen, welche
unter www.balluff.com auf der Produktseite unter Downloads freigegeben sind.

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2Sicherheitshinweise
2.1 Allgemeines
•Zur Inbetriebnahme des Drehgebers sind die Montageanleitungen, das Handbuch
und das Datenblatt unbedingt zu beachten.
•Eine Nichtbeachtung der Sicherheitshinweise kann zu Fehlfunktionen, Sach- und
Personenschaden führen!
•Die Betriebsanleitung des Maschinenherstellers ist zu beachten.
2.2 Bestimmungsgemäße Verwendung
Drehgeber sind Komponenten zum Einbau in Maschinen. Vor der Inbetriebnahme (Betrieb in
bestimmungsgemäßer Weise) muss festgestellt sein, dass die Maschine als Ganzes der EMV- und
Maschinenrichtlinie entspricht.
Der Drehgeber ist ein Sensor zur Erfassung von Winkelpositionen und Umdrehungen und ist nur in diesem Sinne
zu verwenden! Drehgeber von Balluff werden für den industriellen Einsatz im nicht sicherheitsrelevanten Bereich
gefertigt und vertrieben.
•Der Drehgeber darf nicht außerhalb der spezifizierten Grenzparameter betrieben
werden (siehe zugehöriges Datenblatt).
2.3 Sicheres Arbeiten
Der Einbau und die Montage des Drehgebers darf ausschließlich durch eine Elektrofachkraft vorgenommen
werden. Zur Errichtung von elektrotechnischen Anlagen sind die nationalen und internationalen Vorschriften
unbedingt zu befolgen.
Bei einer nicht fachgerechten Inbetriebnahme des Drehgebers, kann es zu Fehlfunktionen oder zum Ausfall
kommen.
•Vor der Inbetriebnahme sind alle elektrischen Verbindungen zu prüfen.
•Durch geeignete Sicherheitsmaßnahmen muss sichergestellt werden, dass bei
Ausfall oder Fehlfunktion keine Personen zu Schaden kommen und es zu keiner
Beschädigung der Anlage oder von Betriebseinrichtungen führt.
2.4 Entsorgung
Geräte die nicht mehr benötigt werden, oder defekt sind, müssen vom Nutzer unter Beachtung der
länderspezifischen Gesetze fachgerecht entsorgt werden. Dabei ist zu berücksichtigen, dass es sich um
Elektronik-Sonderabfall handelt und eine Entsorgung über den normalen Hausmüll nicht zulässig ist.
Es besteht keine Rücknahmeverpflichtung seitens des Herstellers. Bei Fragen zur ordnungsgemäßen Entsorgung
wenden sie sich an einen Entsorgungs-Fachbetrieb in Ihrer Nähe.

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3Gerätebeschreibung
3.1 Allgemeines Drehgeber-Design
Es gibt die Drehgeber in verschiedenen mechanischen Varianten. Maßgeblich sind hier Baugröße und Form.
Baugrößen gliedern sich in die „Standard“-Größen 36 mm und 58 mm Durchmesser am Flansch, als Bauformen
sind Endwellen- sowie Wellen-Typen erhältlich.
Die Welle bzw. Endwelle wird mit dem sich drehenden Teil verbunden, dessen Winkelposition oder Drehzahl
gemessen werden soll. Kabel- oder Steckerabgänge bilden die Schnittstelle zum Anschluss an das CAN-
Netzwerk. Die Status-LED im Deckel signalisiert verschiedene Zustände des Drehgebers während des Einsatzes
und unterstützt die Konfiguration des Drehgebers oder die Fehlersuche im Feldbus. Die Flanschbohrungen bzw.
die mitgelieferten Federbleche dienen der Befestigung an der Maschine bzw. an der Anwendung.
3.2 Predefined Connection Settings
Services
COB-ID
NMT
000h
SYNC
080h
EMCY
080h + Node-ID
PDO1(tx)
180h + Node-ID
PDO2(tx)
280h + Node-ID
PDO3(tx)
380h + Node-ID
SDO(rx)
600h + Node-ID
SDO(rx)
580h + Node-ID
Tabelle 3.1: CAN-Identifier
Die Drehgeber werden standardmäßig mit der Node-ID 127 und Baudrate Auto-Detection ausgeliefert.
3.3 Leuchtdiode und Status-Signalisierung
Definition der LED Signalfarben:
= rot leuchtende LED = Information über „Physical Layer“
= grün leuchtende LED = Information über den „NMT-Status“
= LED aus
→= wird wie erster Zyklus fortgesetzt
LED-Signalisierung [ms]:
grünes
Leuchten
Drehgeber
ist im
Operational-
Status
0
500
1000
1500
2000
2500


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9
grünes
Blinken
Drehgeber
ist im Pre-
Operational-
Status
0
500
1000
1500
2000
2500












grünes
Aufblitzen
Drehgeber
ist im
Stopped-
Status
0
500
1000
1500
2000
2500




rotes
Leuchten
NICHT
Betriebs-
bereit /
Bus-off
0
500
1000
1500
2000
2500

rotes
Aufblitzen
Warnung, im
Bus sind
Error-frames
versendet
worden
0
500
1000
1500
2000
2500




rotes
Doppel-
blitzen
Error,
überwachter
Heartbeat-
Producer
sendet nicht
korrekt
0
500
1000
1500
2000
2500








→
Zyklus

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10
rotes
Dreier-
blitzen
Drehgeber
ist im Bus-
passive-
mode
0
500
1000
1500
2000
2500








→
Zyklus
rot-grün
Flackern
Baudrate-
Auto-
Detection im
Gange oder
LSS-Konfig-
Modus
gestartet
0
500
1000
1500
2000
2500

























Abbildung 3.1: LED Signale

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11
4Schnellstart
•Der Drehgeber signalisiert jede Statusänderung mit seinem LED-Blinkverhalten.
Siehe Kapitel 3.3 Leuchtdiode und Status-Signalisierung.
4.1 CAN-Netzwerk-Integration
Balluff Drehgeber werden mit der Node-ID (Objekt 2101h Sub-Index: 00h) Wert: 127d ausgeliefert.
Damit der Drehgeber im CAN-Netzwerk arbeiten kann, muss die Baudrate eingestellt werden. Normalerweise
geschieht dies mittels LSS (CiA DSP-305) oder über SDO-Befehle.
Bei den Drehgebern wird die verwendete Baudrate im Bus jedoch automatisch erkannt (Objekt 2100h Sub-Index:
00h Wert: 09h - Baudrate-Auto-Detection), so dass keine Baudratenkonfiguration nötig ist. Um die im Bus
verwendete Baudrate zu erkennen, bleibt der Drehgeber passiv und prüft Nachrichten auf dem Bus von anderen
Teilnehmern, bis er deren Baudrate erkannt und selbst angenommen hat.
Da die Default Node-ID des Drehgebers evtl. in ihrem Netzwerk bereits vergeben sein könnte, raten wir Ihnen im
Zweifelsfall, den Drehgeber nicht direkt in Ihre Anwendung zu implementieren, sondern zuerst 1:1 mit einem
Master für die Konfiguration (z. B. Laptop mit passender Hard- und Software, voreingestellt auf die Sollbaudrate
des CAN-Bus) zu verbinden und den Drehgeber über SDO oder LSS anzusprechen.
4.2 SDO-Befehl zur Einstellung Node-ID
Nachdem der Drehgeber mit dem CAN-Bus bzw. mit dem Master (z. B. Laptop s.o.) verbunden wurde, beginnt
die LED mit „rot-grün Flackern“ (siehe Kapitel 3.3).
Schicken Sie als erstes eine SYNC-Nachricht:
080h
8
00h
00h
00h
00h
00h
00h
00h
00h
CAN-ID
DLC
Command
Byte0
Byte1
Byte2
Byte3
Byte4
Byte5
Byte6
Tabelle 4.1: SYNC-Nachricht
Durch die SYNC-Nachricht erkennt der Drehgeber die benutzte Baudrate und nimmt diese an. Die LED beginnt
nun mit grünem Blinken (siehe Kapitel 3.3).
Zum Setzen der Node-ID des Drehgebers muss das Objekt 2101h im Sub-Index 00h angepasst werden. (Dies ist
nur im Pre-Operational-Status möglich!) Dazu ist ein einfacher SDO-Schreibbefehl mit einem Datenwert der
gewünschten Node-ID (in hex) nötig.
600h+ID
8
2Fh
01h
21h
00h
Node-ID
00h
00h
00h
CAN-ID
DLC
Command
Object L
Object H
Sub-Index
Byte0
Byte1
Byte2
Byte3
Tabelle 4.2: SDO-Schreibbefehl zum Setzen der Node-ID

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12
Beispiele für eine Node-ID des Drehgebers können sein:
Node-ID (d)
Node-ID (h)
1
01h
2
02h
…
…
4
04h
…
…
127
7Fh
Tabelle 4.3: Node-ID in dezimaler und hexadezimaler Form
Das Senden des SDO-Schreibbefehls stellt die Node-ID des Drehgebers ein. Eine Änderung der Node-ID des
Drehgebers über SDO wird erst nach dem manuellen Reset des Drehgebers (Spannungs-Reset oder NMT-
Reset) wirksam. Das Schreiben in Objekt 2101h bewirkt ein automatisches Speichern im EEPROM. Somit ist kein
manuelles Speichern nötig. Das Einstellen der Node-ID des Drehgebers mit LSS wird in Kapitel 8 Inbetriebnahme
beschrieben.
•Das Ändern der Node-ID bewirkt ein automatisches Anpassen der PDO und
EMCY COB-IDs. Nach dem ersten manuellen Speichern werden diese auf ihrem
derzeitigen Wert eingefroren und nicht mehr automatisch angepasst. Durch das
Ausführen des „Restore Defaults“ Befehls wird die automatische Anpassung
wieder aktiviert.
4.3 Drehgeber-Inbetriebnahme
Implementieren Sie den Drehgeber in Ihrer Anwendung. Bitte beachten Sie dabei die dem Drehgeber
beiliegenden Montage- und Sicherheitshinweise. Weitere Informationen dazu finden Sie auch im Kapitel 8
Inbetriebnahme.
Wenn der Drehgeber in der Anwendung vollständig integriert und am Feldbus angeschlossen ist, können Sie ihn
mit dem „Start-All-Nodes-Befehl“ (vgl. 7.1 Netzwerkmanagementbefehle) starten.
Der Drehgeber ist nun betriebsbereit (LED leuchtet grün) und wird Daten mittels verschiedener Prozess-Daten-
Objekte (PDO) senden. Die Default-Einstellungen des Drehgebers sehen vor, dass das PDO1 gesendet wird,
sobald sich der Messwert des Drehgebers ändert. Übertragen wird der Positionswert (Objekt 6004h) im Format
Unsigned32. PDO2 wird standardmäßig mit dem gleichen Wert auf eine SYNC-Nachricht antworten. Das
Heartbeat-Protokoll ist standardmäßig ausgeschaltet, so dass kein Heartbeat ausgesendet wird. Damit ist eine
anwendungstaugliche Grundkonfiguration des Drehgebers erreicht. Er ist nun betriebsbereit.

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5Allgemeine CAN-Informationen
5.1 CAN-Physik
CAN ist ein Feldbus. Der CAN-Bus funktioniert nach dem CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access / Collision
Avoidance) Verfahren. Das bedeutet, dass Nachrichten-Kollisionen auf dem Bus beim Buszugriff durch die sog.
Bit-Arbitrierung vermieden werden. Die Daten bzw. Bits werden in NRZ-L (Non Return To Zero - Low) codiert.
Zur Datensicherung werden eine zyklische Redundanzprüfung und andere Sicherheitsvorkehrungen verwendet.
Die Synchronisierung der Busteilnehmer wird über ein sog. „Bit-stuffing“ gewährleistet. CAN ist ein Multimaster-
System. Das bedeutet, dass alle Busteilnehmer gleichberechtigt über den Bus verbunden sind und die
Kommunikation nicht von einem einzelnen Master gesteuert werden muss.
Der CAN-Bus mit Kupferleitung-Ausführung arbeitet auf Basis von Differenzsignalen. Die Differenzsignale werden
normalerweise über zwei Leitungen übertragen: CANHIGH, CANLOW. Der Pegel CANHIGH ist komplementär zu
CANLOW. Gleichtaktstörungen werden so optimal unterdrückt.
Die Übertragung der Daten erfolgt so, dass ein Bit, je nach Zustand, entweder dominant oder rezessiv auf den
Bus wirkt. Ein dominantes (0) überschreibt dabei ein rezessives Bit (1).
Das CAN-Netzwerk an sich basiert auf der Linienstruktur. Diese kann durch Stichleitungen erweitert werden.
Stichleitungen sind jedoch nur in eingeschränktem Umfang zulässig (bis zu einer maximalen Länge von 0,5 m).
Es müssen immer zwei Abschlusswiderstände von je 120 Ohm (zwischen CANHIGH und CANLOW) an dem
jeweiligen Ende verwendet werden. Andere Positionen oder Widerstandsgrößen sind nicht zulässig.
Die oben angesprochene Arbitrierung wird zur Ordnung des Buszugriffes auf Basis der CAN-Identifier der zu
sendenden Nachrichten genutzt. Jeder Teilnehmer überwacht ständig den Bus. Senden zwei Teilnehmer
gleichzeitig, so setzt sich der Teilnehmer durch, der den „stärkeren“ Identifier hat. Der andere Teilnehmer erkennt,
wenn sich ein anderer „stärkerer“ Identifier durchgesetzt hat, und stoppt das Senden eigener Informationen, bis
es auf dem Bus wieder „still“ ist (siehe Abbildung 5.1). Technisch gesehen überlagert das erste dominante Bit
(=stärkere Bit) das entsprechend rezessive des anderen. Verwenden beide Teilnehmer einen gleichen CAN-
Identifier, wird ein Error ausgegeben sobald eine Kollision innerhalb des restlichen Nachrichtenteils entsteht.
Grundsätzlich darf ein CAN-Identifier nur von maximal einem Teilnehmer verwendet werden!
Abbildung 5.1: Beispiel einer Arbitrierung
Durch Nutzen der Arbitrierung stellt sich eine Hierarchie der Nachrichten untereinander ein. Die Nachricht mit
dem niedrigsten Identifier hat höchste Priorität und wird immer Buszugriff erhalten. Für die Übertragung von
zeitkritischen Nachrichten muss also ein CAN-Identifier hoher Priorität (mit niedrigem Wert) vergeben werden.
Der Sendezeitpunkt kann aber selbst bei Nachrichten hoher Priorität nicht genau vorher bestimmt werden, da
gerade in Übertragung befindliche Nachrichten nicht unterbrochen werden (nichtdeterministisches Verhalten.

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Um eine Arbitrierung zu ermöglichen, müssen alle Teilnehmer zeitsynchronisiert senden. Bei Nachrichten mit
vielen gleichen Bits hintereinander kann diese Synchronisation verloren gehen. Um dies zu verhindern wird das
sog. „Bitstuffing“ eingesetzt. Hier wird nach fünf gleichen Bits ein komplementäres Bit hinzugefügt (ohne, dass es
in der Nachricht vorkommt). Durch die entstehenden Flanken können sich so alle Teilnehmer am Bus
resynchronisieren (siehe Abbildung 5.2).
Abbildung 5.2: Bitstuffing
Ein CAN-Netzwerk kann Baudraten bis zu 1 MBit/s übertragen. Alle Teilnehmer müssen die Bits einer Nachricht
gleichzeitig verarbeiten können. Dadurch ist die maximale Kabellänge abhängig von der Baudrate. Es gibt hierzu
eine allgemeine Zuordnung der empfohlenen Baudraten und der entsprechenden maximalen Kabellänge.
Baudraten
Kabellänge
10 kBit/s
6,7 km
20 kBit/s
3,3 km
50 kBit/s
1,3 km
125 kBit/s
530 m
250 kBit/s
270 m
500 kBit/s
130 m
1 MBit/s
<40 m
Tabelle 5.1: CAN Baudraten und Kabellängen
0
200
400
600
800
1000
40 150 270 530 1300 3300 6700
Bitraten [kbits/s]
Kabellänge [m]

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5.2 CANopen
CANopen ist die genormte Anwendungsschicht des standardisierten Schicht 7 Protokolls (Abbildung 5.3).
Abbildung 5.3: ISO-OSI-Schichtmodell
Mit CANopen ist es möglich große Datenmengen, Alarm-Nachrichten und Prozessdaten zu übermitteln. CANopen
legt die Art der Kommunikation fest. Das bedeutet, dass Parameter zur Einstellung des Gerätes über eine
definierte Schnittstelle übertragen werden (Profil).
Profile in CANopen bestehen aus mehreren Objekten, die in Tabellenform als sog. Objektverzeichnis organisiert
sind.
Es gibt das Kommunikationsprofil, über das die grundlegenden Daten des Drehgebers abfragbar bzw. einstellbar
sind. Beispiele hierfür sind Gerätebezeichnung, Versionsstände, verwendete CAN-Identifier o.ä.
Das Geräteprofil beschreibt die besonderen Fähigkeiten des Geräts und „klassifiziert“ es. Das für den Drehgeber
relevante Profil ist das Geräteprofil CiA 406.
5.3 Spezifikationen und Profile
5.3.1 Überblick
Die CANopen-Spezifikation wurde von der CiA im Draft Standard definiert. Besonders interessant in Bezug auf
die Drehgeber sind folgende Spezifikationen:
Spezifikation
Beschreibung
CiA 301
CANopen Kommunikationsprofil
CiA 303
Kabel, Darstellung physikalischer Einheit + Gerätefunktion
CiA 305
Einstellung Baudrate und Adresse über den Bus
CiA 306
Electronic Data Sheet
CiA 406
Geräte-/Applikationsprofil
Tabelle 5.2: Liste CiA Spezifikationen
5.3.2 Kommunikationsmechanismen
In CANopen gibt es verschiedene Kommunikationsservices:
SDO Service Data Object
Nutzung: Zur Statusabfrage und Änderungen im Objektverzeichnis. Es gibt einen SDO-Kanal, dem zwei Identifier
zugeordnet sind.
Ein SDO wird immer bestätigt, d. h., der Empfänger bestätigt den Empfang jeder erhaltenen SDO-Nachricht. Im
Fehlerfall kann auch eine „Abort“-Nachricht gesendet werden. Die Delay-Time bis die Bestätigungsnachricht
ausgesendet wird, beträgt bei den Drehgebern maximal 1 Millisekunde.

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PDO Prozess Data Object
Nutzung: Zur Prozessdatenübertragung. Ein PDO unterstützt die Nutzung einer vollen Länge einer CAN-
Nachricht (8 Datenbytes), da ein PDO ohne Protokoll-Overhead auskommt. PDOs werden nicht quittiert und sind
für zeitkritische Applikationen einsetzbar.
Durch Ausschöpfen des vollen 8 Datenbyte Umfanges für Nutzdaten, fällt die Protokollinformation weg. Dies hat
zur Folge, dass das Format zwischen dem PDO-Producer und dem Consumer bei der Konfiguration vereinbart
werden muss. Dies geschieht über ein PDO-Mapping.
PDOs können auf verschiedene Weise gesendet werden:
•Auf Anforderung: Ein anderer Busteilnehmer fordert über einen RTR Daten an. (Von der Nutzung des
RTR rät die CiA ab, daher wird das RTR von Balluff nicht unterstützt!)
•Im Sychronmodus: Bei Empfang einer Synchronisationsnachricht (SYNC) eines anderen
Busteilnehmers werden eigenständig PDOs ausgesendet.
•Im Asynchronmodus: Durch ein internes Ereignis (z. B. Messwertänderung, interner Event-Timer o. ä.)
wird eine PDO-Nachricht ausgelöst.
5.3.3 Objektverzeichnis
Das Objektverzeichnis (= Daten-Matrix für Parameter) listet alle Datentypen und Objekte des Kommunikations-
und Geräteprofils auf. Ebenso sind hier die herstellerspezifischen Objekte gelistet. Die Adressierung erfolgt über
16-Bit-Indizes (Zeilen) und 8-Bit-Sub-Indizes (Spalten).
Die Struktur des Objektverzeichnisses zeigt Tabelle 5.3:
Index(hex)
Objekt Beschreibung
0000
reserviert
0001 001F
statische Datentypen
0020 003F
komplexe Datentypen
0040 005F
herstellerspezifische Datentypen
0060 007F
profilspezifische statische Datentypen
0080 009F
profilspezifische komplexe Datentypen
00A0 0FFF
reserviert
1000 1FFF
Kommunikationsprofil
2000 5FFF
herstellerspezifische Parameter
6000 9FFF
Parameter aus den “Standard Profilen”
A000 AFFF
Netzwerk-Variable
B000 FFFF
reserviert / Systemvariablen
Tabelle 5.3: Struktur des Objektverzeichnisses
5.4 Netzwerkmanagement (NMT)
Im CANopen-System gibt es immer einen Netzwerkmanagement-Master. Der NMT-Master steuert alle anderen
dem Feldbus zugehörigen Geräte in ihren NMT-Zuständen.
Ein solches Gerät kann in drei verschiedene Zustände gesetzt werden. Diese Zustände sind:
•Pre-Operational
•Operational
•Stopped
•Nach dem Start eines CANopen-Geräts, in dem es selbstständig die interne
Kommunikation und Applikationen initialisiert, wechselt es in den Pre-Operational-
Status. Von hier aus kann das Gerät vom Master über NMT-Befehle in die
anderen Zustände gesetzt werden. Um anzuzeigen, dass das Gerät nach dem
Start betriebsbereit und im Pre-Operational-Status ist, wird eine „Boot-up-
message“ ausgesendet, in der der CAN-Identifier des Error-Control-Protokolls
benutzt wird. Diese Message ist fest an die eingestellte Geräteadresse gebunden.