CANopen IoT——利用CANopen协议搭建的工业物联网

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在许多应用中，专门设计的手机或平板电脑应用程序，使用户无论身在何处都可以远程控制和维护空调和加热器。这些应用程序还允许对自动化系统组件进行状态监控，以进行预防性维护。

　　这些应用需要提供从基于网络的监视或控制单元到具有现场总线接口的嵌入式传感器的访问，反之亦然。这适用于支持互联网协议的网络。此访问可以调用云连接或使用云进行远程数据处理或分发。

　　CiA（CAN in Automation）协会特别兴趣小组（SIG）CANopen IoT（Internet of Things）设计了规范CiA 309.5，它允许CANopen嵌入式网络用户使用Web协议和通信服务（如Restful HTTP，Websocket和MQTT）访问其本地和远程CANopen网络。

图1：CANopen IoT云连接路径的示例。本文图片来源：CiA组织

 

　　何为CANopen IoT？

　　在实施工业物联网（IIoT）项目时，其中一个具有挑战性的问题是最终用户通常没有关于现场总线接口的详细信息。通常，现场总线系统对最终用户是透明的。然而，现场总线系统通常需要诸如设备标识符或设备参数地址之类的地理地址，以允许访问特定网络部件或专用功能。使其可以从嵌入式现场总线网络内、外的任何位置访问协调功能池。

　　最终用户可以独立于硬件平台和通信技术来依赖和控制协调功能，而无需了解现场总线细节。CiA组织建议将逻辑寻址用作CANopen元素在系统范围内的标识符，它是技术独立的。这种寻址方法允许用户在不知道CANopen的情况下请求诸如数据监视和过程控制之类的功能。系统本身仍然必须由熟悉CANopen的技术人员进行预先配置。

　　CiA成员还打算通过提供增强、协调的可视化来提供更加舒适的诊断。嵌入式设备以某种方式提供诊断数据。在嵌入式设备上提供可视化功能可以解决此要求。

　　因此，任何工业终端、平板电脑、手机、远程桌面等都可以用作诊断服务的人机界面（HMI）。绕过中央主机控制器的限制，可以进行远程诊断和维护。

　　但是，提供可视化通常需要大量内存。没有所需内存资源的小型传感器就需要使用带有宽带互联网连接的HTTP和Websocket提供可视化。

　　CANopen IoT正在致力于帮助用户解决这些挑战。在应用层面，CiA组织计划提供面向功能的服务。使用这些新服务，可以启动、监视和控制面向特定应用的协调功能。这些功能是CANopen通信服务和通过逻辑寻址映射到Restful HTTP或Websocket的参数。使用现有的互联网基础设施直接或通过云请求/收集功能。请求者/收集器是基于Web的应用程序，而提供的数据位于CANopen IoT网关中的应用程序服务器。

图2：CANopen IoT网关通信。

 

　　IoT网关和云

　　CANopen IoT网关可以将HTTP通过隧道或云将请求/响应传送到Web应用程序。如果通过云，通信路径必须包括边缘网关，该边缘网关具有为符合云要求的预处理而准备的所有隧道数据。本地通信也可通过CANopen IoT网关， 包括IoT和CANopen功能部件并管理它们之间的交互。

　　CANopen功能部分与CANopen嵌入式网络通信，而网关将在其中获得的数据提供给其它网关功能部分。物联网功能部件以JSON格式准备嵌入式CANopen数据，并将其映射到Restful HTTP请求/响应中，以传输到CANopen网络/基于Web的应用程序。

　　由于CANopen过程数据或诊断信息可能在数据动态更新以提交到Web时发生，因此使用Websocket协议可以优化双向通信。Web应用程序建立Websocket会话。一旦CANopen数据出现在CANopen功能部件中，它就会在物联网部件中处理并提交给Web应用程序。在这种情况下，Web应用程序不需要将此数据的HTTP请求轮询到网关。（作者：Oskar Kaplun）