Robótica CUrrestarazu

Introducción e programación CANopen:

Caso práctico con PLC Siemens ET200SP

Por Carlos Urrestarazu

Ola, chámome Carlos Urrestarazu e, con este artigo, comezo unha serie de publicacións destinadas a compartir experiencias reais no campo da automatización industrial . O noso equipo da oficina técnica traballa nunha variedade de proxectos, e un dos máis recentes é a implementación de comunicacións CANopen entre sensores, actuadores e un PLC Siemens ET200SP , unha solución clave para entornos de automatización avanzados.

Este estudo de caso axúdache a comprender como programar un sistema eficiente e seguro, aproveitando as vantaxes do bus de campo CANopen : cableado reducido, custos optimizados e unha arquitectura robusta e orientada á seguridade. Este protocolo é algo inusual para traballar, especialmente se nunca o usaches antes.

✅ Estudo de caso: Control de guincho para pozos de barrena

O proxecto consistiu no deseño dun sistema de catro guindastres capaces de manipular aneis de formigón con alta precisión e sincronización, garantindo a seguridade en todo momento.

📦 Compoñentes do sistema

Sensores:

  • 4 encoders redundantes (un por guincho): proporcionan unha lectura precisa da posición, o que permite un posicionamento milimétrico e un equilibrio dinámico entre os guinchos (cunha desviación máxima de ±30 mm).
  • 4 Sensores de par : miden a carga individual en cada guincho, garantindo que non se superen os límites mecánicos definidos. Redundante por razóns de seguridade.
  • 4 Interruptores de límite de desenrolamento máximo : impiden que o cable se desenrole excesivamente, bloqueando automaticamente o descenso.
  • 4 Interruptores rotatorios de enrolamento máximo : detectan o límite superior, evitando sobrecargas en dirección ascendente.

Actuadores:

  • Distribuidor hidráulico Danfoss
  • 4 guinchos controlados independentemente

Interface home-máquina:

  • Radiocontrol HBC con pantalla, modos de funcionamento (manual, semiautomático, automático) e axustes configurables.
  • Parada de emerxencia inferior e caixa de descenso (con alimentación SAI).

Central de control:

  • PLC Siemens ET200SP
  • Receptor de radiocontrol

🔍 Funcionamento dos elementos do sistema

Unha vez identificados os compoñentes principais do sistema, pasaremos a detallar o funcionamento de cada un. Para iso, primeiro analizaremos os sensores , despois os actuadores e, finalmente, os elementos de interacción home-máquina (HMI) .

🔧 Sensores

O sistema conta con sensores esenciais para monitorizar e controlar con seguridade o movemento do guincho. Cada un dos seguintes dispositivos instálase individualmente por guincho (é dicir, catro unidades en total):

  • Encoders redundantes : estes sensores proporcionan a posición exacta do cable ata o milímetro. Esta información é esencial para acadar posicións predefinidas e manter o equilibrio entre os catro ganchos, cunha tolerancia máxima de ±30 mm. A redundancia destes sensores garante o cumprimento das normas de seguridade, garantindo que a referencia de posición do sistema nunca se perda.
  • Sensores de par : Estes miden a carga individual soportada por cada guincho, evitando así sobrecargas tanto nos ganchos individuais como en todo o conxunto do guincho. Tamén son dispositivos redundantes, o que reforza a fiabilidade do sistema.
  • Interruptores de límite de desenrolo máximo : detectan cando o cable alcanzou a súa extensión máxima. Cando se produce esta condición, o sistema bloquea automaticamente a válvula de descenso para evitar danos ou riscos.
  • Interruptores rotatorios de enrolamento máximo : detectan cando o cable está completamente enrolado. Se se alcanza esta condición, o movemento ascendente do guincho correspondente bloquéase, protexendo o sistema dun esforzo excesivo.

👨‍✈️ Interface home-máquina (HMI)

O sistema está deseñado para proporcionar unha interface segura e funcional entre o operador e a máquina. Os elementos da HMI inclúen:

📡 Radiocontrol

O control por radio permite o funcionamento remoto e intuitivo do sistema. As súas principais funcións son:

  • Modos de funcionamento :
    • Inicio : descenso completo ao nivel do chan.
    • AutoPosition : ascender a unha posición memorizada.
    • Manual : Control independente de cada guincho, limitado só polos interruptores de límite superior e inferior.
    • Semiautomático : Permite o movemento sincronizado dos catro guinchos mediante calquera dos joysticks. (Un cada vez).
    • Automático : Activa movementos a posicións preconfiguradas, como por exemplo:

En total, pódense configurar cinco posicións diferentes, seleccionables desde a pantalla de configuración do control por radio.

  • Modos de velocidade :
    • Tartaruga (lenta) e Coello (rápida). A velocidade de funcionamento pódese axustar desde a interface de radiocontrol, adaptándose ás necesidades do entorno e do operador.
  • Sistema de parada de emerxencia :
    • Inclúe un botón con forma de cogomelo que desconecta o sistema e detén todos os movementos, permitindo só a baixada de emerxencia.
  • Sistema de monitorización :
    • A pantalla do control por radio proporciona información en tempo real sobre o estado dos interruptores de límite, as cargas actuais, as posicións do guincho e as alarmas activas. O menú de configuración tamén é accesible desde esta interface.

📦 Caixa de seguridade inferior

Este cadro eléctrico, situado na parte inferior do sistema, incorpora:

  • Parada de emerxencia : Detén inmediatamente todos os movementos do sistema.
  • Sistema de baixada de emerxencia : permite baixar a carga a unha posición segura en caso de corte de enerxía utilizando a enerxía dun SAI.
  • Conexión por cable para facer funcionar o sistema en caso de perda de comunicación co control por radio sen fíos.
  • Selector de desconexión eléctrica : Permite desconectar completamente a alimentación eléctrica da máquina desde o mesmo panel.

⚙️ Elementos de control adicionais

  • Panel de control superior :
    • Contén o PLC Siemens e o receptor de radiocontrol .
    • Toda a distribución eléctrica, protección, comunicacións e control centralizado do sistema realízanse desde este panel.
  • Carrete eléctrico e hidráulico :
    • É o responsable de transferir tanto os sinais eléctricos como a presión hidráulica desde a parte móbil á parte fixa do pórtico, garantindo a continuidade operativa e unha comunicación estable durante o movemento do sistema.

🧬 CANopen: Comecemos co protocolo.

Unha vez que entendamos como funciona a máquina, comezaremos co propósito deste artigo, que é como programar e instalar realmente un sistema CANopen. Máis tarde, se che interesa, podo proporcionarche información sobre o control remoto HBC e a súa programación, ou sobre o PLC.

Para comezar a falar de CANopen, creo que é importante saber primeiro que é un protocolo de comunicación baseado en CAN (Controller Area Network) , deseñado para sistemas de automatización distribuída, como maquinaria industrial, vehículos especiais, equipos médicos e sistemas integrados.

🔧 Definición técnica:

CANopen é un protocolo de nivel superior que se executa sobre a rede física CAN, proporcionando unha estrutura estandarizada para:

  • Comunicación entre nodos (dispositivos)
  • Configuración de parámetros
  • Diagnóstico de fallos
  • Control en tempo real

📦 Características principais:

  • 📚 Emprega unha estrutura chamada Dicionario de obxectos , onde cada nodo ten a súa propia táboa de datos (configuracións, entradas/saídas, estados).
  • 📡 Admite tipos de comunicación como:
    • PDO (Obxectos de datos de proceso): datos cíclicos en tempo real
    • SDO (Obxectos de datos de servizo): configuración e lectura de parámetros
    • NMT (Xestión de rede): control do estado do nodo (inicio, parada, reinicio)
  • 🧠 Ideal para arquitecturas mestre-escravo ou multi-mestre

O cableado eléctrico dun sistema CANopen segue as regras físicas do bus CAN, xa que CANopen baséase na rede CAN estándar. Aquí tedes a forma correcta de cablearlo:

🔌 1. Topoloxía recomendada:

  • Estrutura de bus lineal (o sistema tamén funciona en forma de estrela, sempre que se faga correctamente).
  • Terminadores de 120 Ω en ambos extremos
  • Derivacións ≤ 30 cm

Nota esquemática: [120Ω]──Nodo──Nodo──Nodo──Nodo──[120Ω]

⚙️ 2. Cable recomendado:

  • Cable de par trenzado blindado
  • 2 liñas principais:
    • CAN_H (Alto)
    • CAN_L (Baixo)
  • E unha terceira opcional: GND (referencia de terra común)

Exemplo de cable estándar:

  • CAN_H → cor verde
  • CAN_L → cor branca
  • GND → negro ou ningunha cor específica

📏 3. Lonxitude e velocidade:

Velocidade (taxa en baudios)

Lonxitude máxima do autobús

1 Mbps

~40 metros

500 kbps

~100 metros

250 kbps

~250 metros

125 kbps

~500 metros

50 kbps

~1000 metros

Canto menor sexa a velocidade, maior pode ser a lonxitude do cable.

🛠️ 4. Finais:

  • 120 ohmios entre CAN_H e CAN_L en ambos extremos do bus. Como xa comentamos anteriormente.
  • Non coloque máis de dúas resistencias de terminación.
  • Se só tes un mestre e un escravo, aínda así coloca terminacións en cada extremo.

✅ Resumo das conexións por dispositivo:

Cada nodo debe ter:

  • CAN_H
  • CAN_L
  • GND (opcional, pero moi recomendable)
  • Fonte de alimentación (normalmente 24 V CC, dependendo do dispositivo)

Arquitectura do sistema CANopen

A continuación móstrase a táboa cos nodos e os seus respectivos ID de nodo :

Dispositivo

ID do nodo

Codificador Cab1

55, 56

Codificador Cab2

65, 66

Codificador Cab3

58, 59

Codificador Cab4

68, 69

Distribuidor hidráulico

80 – 85

Radiocontrol

1

PLC (CM Can - Xestor)

40

Nota: Unha segunda tarxeta CM Can no PLC funciona en modo «Transparente» , polo que non aparece como un nodo visible na rede.

 

📐 Diagramas de cableado (por fabricante)

Diagramas técnicos proporcionados polos fabricantes.

  • Codificador  Baumer

  • Distribuidor de  Danfoss

  • Radiomando  HBC

  • Módulos   Siemens CM Can

 

Facendo o diagrama completo de conexións eléctricas entre todos os dispositivos conseguiríamos algo semellante ao seguinte:

🌐 Distribución de rede CANopen

Distribución de rede CANopenDistribución de rede CANopen

Esta distribución é moi importante porque é a través destes nodos que nos comunicaremos cos dispositivos.

🖥️ Programación do sistema desde o PLC.

Introdución

Agora centrarémonos na programación de PLC. Aínda que abordaremos principalmente este aspecto, tamén discutiremos aspectos clave de configuración para sensores e actuadores.

Unha vez definidos parámetros como a velocidade en baudios, o ID do nodo e a estrutura do PDO , podemos establecer a lóxica de comunicación no PLC.

🧭 Configuración por dispositivo

🔧 Codificador Baumer

  • Require unha interface CAN compatible con Baumer Sensor Suite
  • Configúranse: ID de nodo, ID de nodo redundante e PDO
  • O fabricante proporciona o ficheiro EDS , que facilita a integración automática no sistema. Só é necesario modificar o NodeID e algúns parámetros do PDO.

🔧 Distribuidor de Danfoss

  • Só permite modificar o ID do nodo
  • Non ten PDO preconfigurados: a comunicación debe facerse mediante mensaxes manuais

Exemplo de cambio de ID (de 80 a 81):

001CEF80C8 X 8 $ F9 $ 20 $ 09 $ 00 $ 01 $ 00 $ 09 $ 50 $ 

001CEF80C8 X 8 $ F9 $ 61 $ 73 $ 73 $ 77 $ 6F $ 72 $ 64 $ 

$001CEF80C8 X $8 $F9 $31 $97 $FF $FF $FF $FF $FF $FF 

001CEF80C8 X 8 $ F9 $ 20 $ 0 B $ 00 $ 33 $ 00 $ 02 $ 81 $ 

$001CEF80C8 X $8 $F9 $00 $00 $00 $00 $00 $00 $00 $00 $00 

Pódese facer co software Danfoss ou cun rastreador CAN.

Os comandos para o control da posición da válvula trataranse máis adiante.

📡 Radiomando HBC

  • Dispositivo configurado de fábrica
  • Entregado co ID de nodo (por exemplo, 1) e o ficheiro EDS para a integración directa

Neste punto xa configuramos as periferias e podemos pasar ao PLC.

 

⚙️ Configuración de PLC en redes CANopen

Integración das tarxetas CM CAN Transparent e CAN Manager no TIA Portal

Nesta sección, comezamos cun proxecto configurado previamente (seguridade, lóxica e estrutura xeral). Se precisas máis detalles sobre a arquitectura básica, ampliaremos este tema en futuras entregas.

O equipo de control central é unha unidade de seguridade Siemens ET200SP , con módulos de entrada/saída dixitais e analóxicas e dúas tarxetas de comunicación CM CANopen .

🧩 Tarxeta CM CAN_1: modo transparente CAN

Esta tarxeta utilízase para comunicarse co distribuidor hidráulico Danfoss , que non ten EDS, polo que require programación mediante mensaxes manuais.

🔧 Configuración:

  • Modo de funcionamento: CAN transparente
  • Velocidade de comunicación: 250 kbit/s

 

 

 

 

 

 

 

 

As seguintes seccións están activadas ao realizar a configuración anterior:

  • Comunicación: Configuración xeral do bus
  • Mensaxes de difusión: comandos para operar as válvulas
  • Mensaxes de recepción: erros de lectura, posición e estado
  • Proxies: non se usan neste caso

No modo transparente , o módulo non aparece como un nodo na rede , senón que actúa como un "espía invisible".

📡 Tarxeta CM CAN_2: modo de xestor CAN

Esta segunda tarxeta conéctase aos encoders e ao radiocontrol HBC , o que permite o uso dos ficheiros EDS do fabricante e a integración mediante PDO.

⚙️ Configuración:

  • Modo de funcionamento: Xestor CAN
  • Velocidade: 125 kbit/s
  • ID do nodo: 1 (no noso caso)
  • Tempo de espera SDO: 2000 ms
  • Tempo de espera de arranque: 30 s

 

 

 

 

 

 

 

 

📥 Integración do nodo EDS

  1. Na sección Nó CANopen , faga dobre clic en <Engadir> 
     
  2. Importar o ficheiro EDS proporcionado polo fabricante 
     
  3. Renomear cada nodo para identificar a que dispositivo pertence 
     
  4. Configurar os valores cargados previamente co software do provedor 
     

Dado que os codificadores son redundantes, necesitarás dous nodos por guincho.

Resumo de todos os nodos configurados.

🔄 Configuración de PDO

Para cada nodo, os PDO que queiras usar deben estar activados e configurados.

  • Servizo de transmisión de PDO: lectura de datos de sensores
  • Servizo de recepción de PDO: escritura de datos desde o PLC

🧠 Consello: Pensa dende a perspectiva do dispositivo. Está enviando ou recibindo ?

📌 Exemplo práctico: configuración da recepción desde un codificador

  1. Activar PDO no dispositivo 
     
  2. Anota o COB-ID (o noso caso 182) 
     
  3. Ir aos datos de recepción de PDO 
     
  4. Fai clic en <Engadir> e renomea o obxecto 
     
  5. Engadir variables de sensor 
     
  6. Ir ao servizo de recepción de PDO 
     
  7. Crea un novo PDO e vínculao ao COB-ID (o noso caso 182) 
     

Este proceso repítese para cada dispositivo e enderezo de intercambio.

▶️ Execución e activación no ciclo do programa

Tarxeta CM CAN_1 (Transparente)

  • Para activar: escribe 1 no enderezo QB1000 
     
     
     
      
     

 

  • Estado da tarxeta mediante o byte de estado:
    • 0 = Módulo desconectado
    • 1 = Bus desactivado / non sincronizado
    • 2 = Erro pasivo
    • 3 = Todo correcto

  • Onde localizar os enderezos de entrada e saída
    • Saídas
    • Entradas

 

Tarxeta CM CAN_2 (Xestor)

  • Activación: escribir 16#05 (hexadecimal) en QB94

As entradas e saídas asociadas pódense ver na configuración de E/S do proxecto, así como na tarxeta CAN transparente.

🚨 Non te comunicas? Ferramentas de diagnóstico

Non te preocupes! Se aínda non podes comunicarte despois de configurar todo, non estás só.
Aquí entra en xogo o uso dun rastreador CAN , esencial para depurar problemas en redes industriais.

🧪 Ferramentas recomendadas:

  1. HD67316-U-D1 – Analizador CAN
    adfweb.com/products/CAN_BUS_analyzers.asp
    ✔️ Precisión profesional, alta fiabilidade
  2. Adaptador USB a CAN STM32 (Waveshare)
    waveshare.com/product/usb-can-a.htm
    ✔️ Económico y versátil

🛠️ Como se usa o analizador CAN?

  1. Conecte os cables CAN ao conector
  2. Configurar os interruptores DIP (activar a terminación se é necesario)
  3. Conéctao ao PC e abre o software CAN Analyzer SW67216

 

 

 

 

 

     

Pasos clave:

  • Comprobe o porto COM no Xestor de dispositivos
  • No software, vaia a: Función > Definir porto
  • Configura o porto COM correcto

 

🧾 Estándar ou ampliado? Identificadores CAN e erros comúns

A comunicación CAN pode funcionar en dous formatos de identificador:

  • Estándar (11 bits)
  • Estendido (29 bits)

No TIA Portal, esta configuración faise na sección de configuración do nodo ou da mensaxe, na opción "Formato de ID da mensaxe" . Este valor define a lonxitude do identificador que se utilizará nos telegramas CAN.

⚠️ Se configuras o sistema nun formato e o sniffer noutro, non verás ningún tráfico , mesmo se realmente existe. Este é un dos erros máis comúns e frustrantes ao depurar unha rede CANopen.

Por iso é fundamental que o rastreador estea configurado co mesmo formato (estándar ou estendido) que se usa no proxecto. Se non, pensarás que "non hai comunicación" cando simplemente non estás a ler o formato correcto.

🛠️ Como configurar o teu rastreador CAN para que funcione en modo estándar ou ampliado

⚙️ Paso 1: Selecciona o modo de identificación (Estándar ou Ampliado)

  1. Vaia a Función > Configurar propiedades .
  2. Localiza o parámetro "Protocolo" .
  3. Escolle entre:
    • Estándar (identificador de 11 bits)
    • Estendido (identificador de 29 bits)

🧠 Consello: Se non sabes cal estás a usar, compróbao no software do teu PLC (TIA Portal). Para cada nodo ou mensaxe, podes ver se se está a usar un ID de 11 bits ou de 29 bits .

📶 Paso 2: Axusta a velocidade (Tasa en baudios)

Na mesma pantalla de configuración:

  • Axuste a velocidade de transmisión á mesma que a da súa rede CANopen.
  • Exemplo típico: 250000 ou 125000 bps (o noso caso é de 250 kbit/s)

▶️ Paso 3: Comeza a escoitar

  • Fai clic en Comezar ou Comezar a cheirar .
  • Verás o tráfico CAN en tempo real se todo está configurado correctamente.

Se non ves nada: Comproba o modo de identificación, a velocidade e as conexións de alimentación. Ademais, comproba que a rede estea activa.

🧠 Consello: Lembra que na sección «Formularios» podes abrir diferentes xanelas onde podes ver a comunicación en varios formatos.

🧠 Conclusión

Este artigo non só pretende presentar o protocolo CANopen desde unha perspectiva técnica, senón tamén mostrar como se integra en sistemas de automatización industrial do mundo real . O uso deste protocolo permitiunos implementar un sistema robusto, eficiente e seguro en condicións esixentes, optimizando tanto o tempo de instalación como o de mantemento.

Interésache o seguinte artigo centrado na programación do control remoto HBC ou no uso avanzado do PLC Siemens ET200SP en redes CANopen? 

 

Que queres ver no seguinte artigo?

📡 Programación avanzada do  control remoto por radio HBC
🔧 Xestión de erros e monitorización de rede en  CANopen industrial
🧠 Outros intereses

Ligazóns de interese:

Exemplo de portal Tia

Exemplo de portal Tia (hardware)

Documentación de sensores

Data de publicación: 25/06/2025