Wat is CANopen?
CANopen is een open communicatieprotocol op applicatieniveau dat bovenop de CAN-bus draait en vastlegt hoe sensoren, I/O-modules, aandrijvingen en controllers in machines en embedded systemen gegevens uitwisselen, configureren en bewaken. Klassiek CAN regelt alleen hoe berichten van maximaal 8 bytes over twee draden gaan; CANopen voegt daar adressering, netwerkbeheer, een gestandaardiseerd objectwoordenboek en apparaatprofielen aan toe. Het protocol wordt beheerd door de gebruikers- en fabrikantenvereniging CAN in Automation (CiA) en is sinds december 2002 ook Europese norm EN 50325-4.
🕰️ Hoe is CANopen ontstaan?
CAN werd in de jaren tachtig door Bosch ontwikkeld voor de auto. Begin jaren negentig ontdekten machinebouwers de robuuste, goedkope bus, maar elke fabrikant bouwde er een eigen protocol op. Daaruit ontstond de behoefte aan een open standaard.
| Jaar | Mijlpaal |
|---|---|
| 1992 | Zes bedrijven en twee particulieren richten in Duitsland de non-profitvereniging CAN in Automation (CiA) op |
| 1993 | Het Europese Esprit-project ASPIC, onder leiding van Bosch, werkt het concept voor CANopen uit |
| 1994 | CiA publiceert de eerste versie van CiA 301, de applicatielaag en het communicatieprofiel |
| 1995 | Eerste CANopen-demonstrator op de Hannover Messe |
| 2001 | CiA 304 (CANopen Safety) verschijnt, later genormeerd als EN 50325-5 |
| 2002 | CANopen wordt Europese norm EN 50325-4 |
| 2017 | CiA 1301 (CANopen FD) wordt gepubliceerd |
CiA telt inmiddels ruim 700 leden en beheert naast CANopen ook de specificaties voor CAN FD en CAN XL.
🧠 Hoe werkt CANopen?
Het hart van elk CANopen-apparaat is het objectwoordenboek (object dictionary): een tabel met alle parameters en procesgegevens, aangesproken via een 16-bits index en een 8-bits subindex.
| Indexbereik | Inhoud |
|---|---|
| 1000h–1FFFh | Communicatieparameters (identiteit, PDO-mapping, heartbeat-tijd) |
| 2000h–5FFFh | Fabrikantspecifieke parameters |
| 6000h–9FFFh | Gestandaardiseerde profielparameters, bijvoorbeeld uit CiA 401 of CiA 402 |
Daarbovenop definieert CiA 301 een handvol communicatiediensten:
- PDO (Process Data Object) — snelle, cyclische of gebeurtenisgestuurde procesdata zonder protocoloverhead; bij klassiek CANopen maximaal 8 bytes per bericht
- SDO (Service Data Object) — bevestigde toegang tot willekeurige objecten in het woordenboek, voor configuratie en diagnose; expedited, segmented of block transfer
- NMT (Network Management) — een NMT-master zet knooppunten in de toestanden initialisation, pre-operational, operational of stopped
- Heartbeat en node guarding — bewaking of elk apparaat nog leeft; heartbeat (het apparaat meldt zichzelf periodiek) heeft het oudere node guarding (de master vraagt actief op) grotendeels vervangen
- SYNC, EMCY en TIME — synchronisatiepuls voor gelijktijdig samplen, foutmeldingen met hoge prioriteit en tijdsynchronisatie
Een netwerk telt maximaal 127 knooppunten (node-ID 1–127). Apparaatbeschrijvingen staan in een EDS-bestand (CiA 306), waarmee configuratietools en PLC-omgevingen het apparaat herkennen.
🔄 Wat is het verschil tussen PDO en SDO?
| Kenmerk | PDO | SDO |
|---|---|---|
| Doel | Real-time procesdata | Configuratie en diagnose |
| Communicatiemodel | Producer/consumer, één-op-veel | Client/server, één-op-één |
| Bevestiging | Nee | Ja, elk verzoek krijgt antwoord |
| Datagrootte | Tot 8 bytes (CANopen FD: 64 bytes) | Willekeurige lengte via gesegmenteerde of blokoverdracht |
| Inhoud | Vooraf vastgelegd via PDO-mapping | Elk object via index en subindex |
| Typisch gebruik | Setpoint en positie van een servomotor | Instellen van versnellingsrampen of uitlezen van foutcodes |
Een PDO bevat alleen ruwe data; welke objecten erin zitten, wordt eenmalig via SDO’s vastgelegd. Daardoor is CANopen zuinig met bandbreedte en geschikt voor real-time toepassingen.
🧩 Welke apparaatprofielen kent CANopen?
Profielen zorgen ervoor dat apparaten van verschillende leveranciers zich hetzelfde gedragen:
- CiA 401 — generieke digitale en analoge I/O-modules
- CiA 402 — aandrijvingen en motion control: servoregelaars, frequentieregelaars en stappenmotoren, met een vaste toestandsmachine en modi zoals profile position en cyclic synchronous position; internationaal vastgelegd in IEC 61800-7-201
- CiA 406 — encoders
- CiA 417 — liftbesturingen (CANopen Lift)
- CiA 412 en CiA 425 — medische apparatuur, zoals contrastmiddel-injectoren bij CT- en MRI-scanners
- CiA 447 — aanvullende apparatuur in speciale voertuigen zoals politieauto’s en taxi’s
Voor scheepvaart legde CiA 307 (2004) een redundant CANopen-netwerk met twee kabels vast; dat redundantieconcept staat inmiddels in CiA 302-6.
🔧 Welke snelheden en buslengtes zijn gebruikelijk?
CiA 301 specificeert bitsnelheden van 10 kbit/s tot 1 Mbit/s. Omdat elk bit binnen één bittijd over de hele bus moet zijn, daalt de maximale lengte naarmate de snelheid stijgt:
| Bitsnelheid | Indicatieve maximale buslengte |
|---|---|
| 1 Mbit/s | 25 m |
| 500 kbit/s | 100 m |
| 250 kbit/s | 250 m |
| 125 kbit/s | 500 m |
| 50 kbit/s | 1.000 m |
| 10 kbit/s | 5.000 m |
In de praktijk zijn 250 en 500 kbit/s het meest gangbaar. Een stappenplan voor een nieuw netwerk:
- Kies bitsnelheid en topologie — een lijnbus met korte aftakkingen en een afsluitweerstand van 120 Ω aan beide uiteinden
- Ken unieke node-ID’s toe — via draaischakelaars, software of LSS (CiA 305)
- Importeer de EDS-bestanden in de configuratietool of PLC-omgeving
- Leg de PDO-mapping vast — welke objecten, met welke cyclustijd of SYNC-verhouding
- Configureer heartbeat-tijden zodat de master uitval van een knooppunt binnen enkele cycli ziet
- Test busbelasting — houd die als vuistregel onder ongeveer 70% om ruimte te houden voor foutmeldingen en SDO-verkeer
🚀 Wat is CANopen FD?
CANopen FD (CiA 1301, 2017) brengt CANopen naar CAN FD, met een datafase tot enkele Mbit/s en berichten tot 64 bytes. PDO’s kunnen daardoor 64 bytes bevatten, en de klassieke SDO is vervangen door de USDO (universal SDO), die ook broadcast en routering over netwerksegmenten ondersteunt. CANopen FD is niet rechtstreeks compatibel met klassieke CANopen-apparaten op dezelfde bus; migratie gebeurt meestal per machine of via een gateway.
🔄 Hoe verhoudt CANopen zich tot DeviceNet, EtherCAT en PROFINET?
| Kenmerk | CANopen | DeviceNet | EtherCAT | ProfiNET |
|---|---|---|---|---|
| Fysieke laag | CAN | CAN | Ethernet | Ethernet |
| Beheerder | CiA | ODVA | EtherCAT Technology Group | PROFIBUS & PROFINET International |
| Applicatiemodel | Objectwoordenboek | CIP | CoE: CANopen-woordenboek | Eigen I/O-model |
| Max. knooppunten | 127 | 64 | 65.535 | Praktisch onbeperkt |
| Typisch domein | Machines, embedded, mobiel | Fabrieksautomatisering (VS) | Snelle motion control | Fabrieksautomatisering (EU) |
DeviceNet, in 1994 door Allen-Bradley geïntroduceerd, gebruikt dezelfde CAN-laag maar een ander applicatieprotocol, waardoor de twee niet uitwisselbaar zijn. EtherCAT nam het CANopen-model juist over: met CoE (CANopen over EtherCAT) draaien hetzelfde objectwoordenboek en hetzelfde CiA 402-profiel over industrieel Ethernet. Veel aandrijvingen ondersteunen daarom beide. Zie ook het overzicht van veldbussen.
🏭 Waar wordt CANopen gebruikt?
- Machinebouw — verpakkings-, druk- en textielmachines met verspreide I/O en aandrijvingen
- Mobiele machines — kranen, hoogwerkers, landbouw- en bouwmachines, vaak naast SAE J1939
- Medische techniek — CT-scanners, röntgensystemen en injectoren
- Liften — schachtinformatie, deuren en bedienpanelen via CiA 417
- Maritiem — scheepsautomatisering en motorbesturing
- Embedded systemen — robotica, laboratoriumapparatuur, batterij- en energiesystemen
🔐 Hoe veilig is CANopen?
Klassiek CAN, CAN FD en CANopen (CiA 301 en CiA 1301) kennen geen authenticatie en geen versleuteling. Elk apparaat op de bus kan elk bericht lezen en zenden; wie een SDO-schrijfopdracht of NMT-commando stuurt, kan parameters wijzigen of een aandrijving stoppen. Het beveiligingsmodel steunt daarom op fysieke toegang: de bus zit in de machine, achter een kastdeur.
Risico’s ontstaan vooral bij koppeling met de buitenwereld:
- Gateways naar Ethernet — CAN-naar-Ethernet-gateways en onderhoud op afstand maken de bus via het netwerk bereikbaar; plaats ze achter netwerksegmentatie volgens IEC 62443
- Diagnosepoorten — een open CAN-connector op een machine of voertuig is een directe toegang
- Inventarisatie — leg in uw assetinventaris vast welke machines CANopen-gateways bevatten
- Productregelgeving — de Cyber Resilience Act en de Machineverordening stellen eisen aan de bescherming van besturingen tegen manipulatie en ongeautoriseerde toegang
CiA werkt aan een authenticatie-optie voor CANopen-berichten, en voor CAN XL bestaat met CANsec (CiA 613-2) een beveiligingslaag met authenticatie, integriteit en optionele versleuteling.
❓ Veelgestelde vragen
Is CANopen hetzelfde als CAN?
Nee, CAN is de onderliggende bus die de fysieke laag en datalinklaag regelt, vastgelegd in ISO 11898. CANopen is een protocol op applicatieniveau dat daarbovenop draait en adressering, netwerkbeheer en apparaatprofielen toevoegt. Een CANopen-apparaat is dus altijd ook een CAN-apparaat, maar niet andersom.
Hoeveel apparaten kunnen op een CANopen-netwerk?
Een CANopen-netwerk ondersteunt maximaal 127 knooppunten met node-ID 1 tot en met 127. In de praktijk beperken busbelasting, kabellengte en de elektrische eigenschappen van de transceivers het aantal vaak tot enkele tientallen. Voor grotere systemen worden meerdere CANopen-netwerken via een PLC of gateway gekoppeld.
Wat is een EDS-bestand bij CANopen?
Een EDS-bestand (Electronic Data Sheet, CiA 306) beschrijft het objectwoordenboek van een CANopen-apparaat in tekstvorm. Configuratietools en PLC-omgevingen lezen het EDS-bestand in om te weten welke objecten, PDO’s en parameters een apparaat heeft. De XML-variant heet XDD (CiA 311).
Wat is CiA 402 bij CANopen?
CiA 402 is het CANopen-apparaatprofiel voor aandrijvingen en motion control, zoals servoregelaars, frequentieregelaars en stappenmotorsturingen. Het legt een vaste toestandsmachine en bedrijfsmodi vast, waardoor aandrijvingen van verschillende merken op dezelfde manier worden aangestuurd. Hetzelfde profiel wordt via CoE ook op EtherCAT gebruikt en is genormeerd in IEC 61800-7-201.
Wordt CANopen vervangen door Ethernet?
Voor snelle motion control en grote installaties schuiven veel machinebouwers op naar EtherCAT of PROFINET, vaak met hetzelfde CANopen-objectmodel via CoE. Binnen compacte machines, mobiele machines, medische apparatuur en embedded systemen blijft CANopen populair door de lage kosten en robuustheid. Met CANopen FD en CAN XL wordt de technologie bovendien verder ontwikkeld.
Is CANopen veilig tegen cyberaanvallen?
CANopen heeft van zichzelf geen authenticatie of versleuteling, dus elk apparaat op de bus kan berichten zenden en parameters wijzigen. De beveiliging van CANopen hangt daarom af van fysieke afscherming en van goed beveiligde gateways naar Ethernet en netwerken op afstand. Voor CAN XL is met CANsec wel een beveiligingslaag beschikbaar.
📌 Samengevat
CANopen is het open applicatieprotocol bovenop CAN dat met een objectwoordenboek, PDO’s, SDO’s en apparaatprofielen zoals CiA 401 en CiA 402 zorgt dat machinecomponenten van verschillende leveranciers samenwerken. Het protocol is robuust en goedkoop, maar heeft geen ingebouwde beveiliging; scherm de bus fysiek af en beveilig elke gateway naar Ethernet.