CANopen NMT – Quản lý trạng thái node trong mạng CANopen

Ở các phần trước của Series CANopen, chúng ta đã lần lượt tìm hiểu từ nền tảng CANopen là gì, mô hình giao thức và Object Dictionary, cho đến các cơ chế truyền thông như PDO, SDO, NMT và SYNC. BKAII hy vọng những nội dung này giúp làm rõ cách dữ liệu được mô tả, cấu hình và trao đổi bên trong một mạng CANopen.

Tuy nhiên, để một hệ thống CANopen vận hành ổn định trong thực tế, việc trao đổi dữ liệu thôi là chưa đủ. Mỗi thiết bị (node) trong mạng cần được quản lý chặt chẽ về trạng thái hoạt động trong suốt vòng đời của nó, từ lúc khởi động, cấu hình, vận hành cho đến khi dừng hoặc xử lý sự cố.

Đó chính là vai trò của Network Management (NMT) – cơ chế cho phép CANopen master điều khiển và đồng bộ trạng thái của toàn bộ node trong mạng. Thông qua NMT, hệ thống có thể đảm bảo các thiết bị chỉ trao đổi dữ liệu khi ở đúng trạng thái cho phép, đồng thời tạo nền tảng cho giám sát, chẩn đoán và xử lý lỗi.

Trong Phần 4 này, chúng ta sẽ đi sâu phân tích các trạng thái node CANopen (Initialization, Pre-operational, Operational, Stopped), cách thức NMT hoạt động và vai trò của master trong việc điều khiển toàn mạng CANopen trong các hệ thống tự động hóa công nghiệp.

1. Tổng quan về Network Management (NMT) trong CANopen

NMT là một phần quan trọng trong CANopen communication profile, chịu trách nhiệm quản lý trạng thái vận hành của các node trong mạng. Thông qua NMT, CANopen master có thể:

• Khởi tạo node khi mới kết nối mạng
• Chuyển node sang chế độ cấu hình hoặc vận hành
• Dừng node khi cần bảo trì hoặc xử lý lỗi
• Đồng bộ trạng thái hoạt động của toàn mạng

Mỗi node CANopen chỉ được phép hoạt động trong một trạng thái xác định tại một thời điểm, tuân theo state machine tiêu chuẩn của CANopen.

2. Các trạng thái node CANopen

Theo chuẩn CANopen (CiA 301), một node có thể tồn tại trong bốn trạng thái chính:

2.1 Initialization (Khởi tạo)

Đây là trạng thái đầu tiên khi node vừa được cấp nguồn hoặc reset. Trong giai đoạn này:

• Phần cứng và firmware được khởi tạo
• Object Dictionary được nạp vào bộ nhớ
• Node chưa tham gia truyền thông CANopen

Sau khi hoàn tất, node sẽ tự động chuyển sang trạng thái Pre-operational và gửi Boot-up message lên mạng.

2.2 Pre-operational

Pre-operational là trạng thái cho phép cấu hình và chẩn đoán. Ở trạng thái này:

• SDO communication được phép
• PDO bị vô hiệu hóa
• NMT và các message quản lý vẫn hoạt động

Đây là trạng thái lý tưởng để master cấu hình tham số, ánh xạ PDO và kiểm tra tình trạng node trước khi đưa vào vận hành.

2.3 Operational

Operational là trạng thái hoạt động bình thường của node CANopen. Khi ở trạng thái này:

• PDO được kích hoạt để trao đổi dữ liệu thời gian thực
• SDO vẫn có thể được sử dụng (tùy cấu hình)
• Node tham gia đầy đủ vào hệ thống điều khiển

Hầu hết các thiết bị như servo drive, I/O phân tán, encoder chỉ phát huy đầy đủ chức năng khi ở trạng thái Operational.

2.4 Stopped

Stopped là trạng thái dừng hoạt động:

• PDO và SDO đều bị vô hiệu hóa
• Chỉ các message NMT được phép
• Node không tham gia vào điều khiển hệ thống

Trạng thái này thường được sử dụng khi cần cô lập node để bảo trì hoặc xử lý lỗi nghiêm trọng.

3. Vai trò của CANopen Master trong quản lý NMT

Trong mạng CANopen, master chịu trách nhiệm:

• Gửi lệnh NMT để điều khiển trạng thái node
• Giám sát quá trình khởi động node (Boot-up)
• Đảm bảo toàn mạng chuyển trạng thái đồng bộ

Master có thể gửi lệnh NMT tới:

• Một node cụ thể (theo Node-ID)
• Tất cả các node trong mạng (broadcast)

Điều này cho phép triển khai các kịch bản như:

• Khởi động toàn bộ dây chuyền cùng lúc
• Chuyển hệ thống sang chế độ an toàn
• Dừng khẩn cấp một nhóm thiết bị

4. Ý nghĩa của NMT đối với hệ thống tự động hóa

Cơ chế NMT giúp CANopen trở thành một giao thức:

• Có cấu trúc rõ ràng
• Dễ triển khai và mở rộng
• Thuận tiện cho giám sát và chẩn đoán lỗi

Nhờ NMT, CANopen đặc biệt phù hợp với các ứng dụng:

• Servo và motion control
• Hệ thống I/O phân tán
• Máy móc công nghiệp quy mô vừa và nhỏ

Câu hỏi thường gặp về CANopen NMT

NMT CANopen là gì?

NMT (Network Management) là cơ chế quản lý trạng thái hoạt động của các node trong mạng CANopen, cho phép master điều khiển và giám sát toàn mạng.

Các trạng thái node CANopen gồm những gì?

Node CANopen có bốn trạng thái chính: Initialization, Pre-operational, Operational và Stopped. Mỗi trạng thái quy định các loại message được phép trao đổi.

Tại sao cần trạng thái Pre-operational?

Pre-operational cho phép cấu hình và chẩn đoán node thông qua SDO trước khi đưa thiết bị vào vận hành thực tế.

Master có thể điều khiển tất cả node cùng lúc không?

Có. CANopen master có thể gửi lệnh NMT dạng broadcast để điều khiển trạng thái của toàn bộ node trong mạng.

5. Tổng kết

Network Management (NMT) là nền tảng để quản lý vòng đời node trong mạng CANopen. Việc hiểu rõ các trạng thái node và cách master điều khiển NMT, BKAII hy vọng sẽ giúp các bạn thiết kế hệ thống ổn định, an toàn và dễ bảo trì hơn.