Индустриална автоматизация и контрол с помощта на CAN протокол

Индустриална автоматизация и контрол с помощта на CAN протокол
Индустриална автоматизация и контрол

Индустриална автоматизация и контрол



В днешно време системи за индустриална автоматизация са станали популярни в много от индустриите и играят решаваща роля в контролирането на няколко операции, свързани с процеса. Поради внедряването на голямо разнообразие от индустриални мрежи с географското им разпределение върху фабрика или промишленост, възможностите за пренос и контрол на данните на пода са станали по-сложни и лесни, вариращи от ниско ниво на контрол на високо ниво. Тези индустриални мрежи се насочват през различни полеви шини, които използват различни комуникационни стандарти като CAN протокол, Profibus, Modbus, Device net и др. Така че нека да разгледаме как CAN комуникацията работи за автоматизиране на индустрията и други системи, базирани на автоматизация .

Въведение в индустриалната автоматизация и контрол

Фигурата по-долу показва архитектурата на индустриалната автоматизация и контрол, при която се извършват три нива на контрол за автоматизиране на цялата система. Тези три нива са контрол и автоматизация, контрол на процеси и контрол от по-висок ред. Нивото на управление и автоматизация се състои от различни полеви устройства като сензори и изпълнителни механизми за наблюдение и контрол на променливите на процеса.






Архитектура на индустриалната автоматизация

Архитектура на индустриалната автоматизация

Process Control Level е централен контролер, отговорен за управлението и поддържането на няколко контролни устройства като Програмируеми логически контролери (PLC) , а също и потребителски графични интерфейси като SCADA и Интерфейс човек-машина (HMI) също са включени в това ниво. По-високото ниво на контрол на поръчките е ниво на предприятие, което управлява всички операции, свързани с бизнеса.



Чрез внимателно наблюдение на горната диаграма и всяко нейно ниво, а също и между нивата, комуникационните шини като Profibus и индустриален Ethernet се разглеждат като свързани за обмен на информация. Следователно комуникационната шина е основният компонент в индустриалната автоматизация за надежден трансфер на данни между контролерите, компютрите, а също и от полевите устройства.

Контролна зона или CAN протокол

Модел за взаимно свързване на отворени системи (OSI)

Модел за взаимно свързване на отворени системи (OSI)

Комуникация на данни е прехвърлянето на данни от една точка в друга. За да подпомогне индустриалната комуникация, Международната организация по стандартизация разработи модел за взаимно свързване на отворени системи (OSI) за осигуряване на трансфер на данни между различни възли. Този OSI протокол и рамка зависи от производителя. Протоколът CAN използва по-ниски два слоя, т.е. физически и слоеве за връзка от данни от седемте слоя на модела OSI.

Мрежата на контролер или CAN протокол е мулти-мастер серийна комуникационна шина , и това е мрежа от независими контролери. Текущата версия на CAN се използва от 1990 г. и е разработена от Bosch и Intel. Той излъчва съобщения до възлите, представени в мрежа, като предлага скорост на предаване, варираща до 1 Mbps. За ефективно предаване той следва надеждни методи за откриване на грешки - и за арбитраж на приоритета на съобщението и откриване на сблъсък, той използва протокол за множествен достъп на сензор за носител. Поради тези надеждни характеристики за пренос на данни, този протокол е бил използван в автобуси, автомобили и други автомобилни системи, фабрична и индустриална автоматизация, минни приложения и др.


CAN предаване на данни

CAN протокол не е адресно-базиран протокол, а ориентиран към съобщения протокол, при което вграденото съобщение в CAN има съдържанието и приоритета на прехвърляните данни. При приемането на данни в шината всеки възел решава дали да ги изхвърли или да ги обработи - и след това в зависимост от системата мрежовото съобщение е предназначено за единичен възел или много други възли. CAN комуникацията позволява на определен възел да изиска информацията от всеки друг възел чрез изпращане на RTR (Заявка за отдалечено предаване).

Предаване на данни по протокол CAN

Предаване на данни по протокол CAN

Той предлага автоматично предаване на данни без арбитраж чрез прехвърляне на съобщението с най-висок приоритет и архивиране и изчакване на съобщението с по-нисък приоритет. В този протокол доминиращото е логическо 0, а рецесивното е логическо 1. Когато един възел предава рецесивен бит, а друг предава доминиращ бит, тогава доминиращият бит печели. Приоритетна арбитражна схема решава дали ще бъде дадено разрешение за продължаване на предаването, ако две или повече устройства започнат да предават едновременно.

CAN Message Frame

Мрежата за комуникация CAN може да конфигурира различни формати на рамки или съобщения.

  1. Стандартен или основен формат на рамката или CAN 2.0 A
  2. Формат с разширен кадър или CAN 2.0 B
Стандартен или основен формат на рамката или CAN 2.0 A

Стандартен или основен формат на рамката или CAN 2.0 A

Разликата между тези два формата е, че дължината на битовете, т.е. основният кадър поддържа 11-битова дължина за идентификатора, докато разширената рамка поддържа 29-битова дължина за идентификатора, която се състои от 18-битово разширение и 11-битов идентификатор. IDE битът се различава от CAN разширения формат на рамката и от CAN базовия формат на кадрите, при което IDE се предава като доминиращ в 11-битов случай на кадър и рецесивен в 29-битов случай на кадър. Също така е възможно да се изпращат или получават съобщения във формат основен кадър от някои CAN контролери, които поддържат разширени рамкови формати.

Формат с разширен кадър или CAN 2.0 B

Формат с разширен кадър или CAN 2.0 B

CAN протоколът има четири типа кадри: кадър за данни, отдалечен кадър, кадър за грешка и кадър за претоварване. Рамката за данни съдържа предавателен възел на данни, отдалечен кадър изисква специфичен идентификатор, предаващ грешка при прехвърляне, открива всякакви грешки на възела и претоварването се активира, когато системата инжектира закъснение между данни или отдалечен кадър. CAN комуникацията може теоретично да свърже до 2032 устройства в една мрежа, но на практика тя е ограничена до 110 възли поради хардуерните приемо-предаватели. Той поддържа кабели до 250 метра със скорост на предаване от 250 Kbps с битова скорост от 10 Kbps е максималната дължина от 1 км, а най-късата с 1 Mbps е 40 метра.

Индустриална автоматизация и контрол с помощта на CAN протокол

Това Проектът се изпълнява за контрол на промишлеността натоварвания, които се управляват от постояннотоков двигател въз основа на температурните вариации на процеса. Разни системи за контрол на процесите са в зависимост от температурата. Да предположим, че в случай на резервоар за бъркалка - след достигане на определена температура - двигателят с постоянен ток трябва да бъде включен, за да завърти бъркалката. Така че този проект постига това с използването на CAN протокол, който е високоефективна и надеждна евтина комуникация.

В този проект се използват два микроконтролера, единият за получаване на температурни данни, а другият за управление на DC мотора . CAN контролер MCP2515 и CAN приемо-предавател MCP2551 са свързани към двата микроконтролера, за да реализират CAN комуникация за обмен на данни.

Индустриална автоматизация и контрол с помощта на CAN протокол

Индустриална автоматизация и контрол с помощта на CAN протокол

Предаващият страничен микроконтролер непрекъснато следи температурите с помощта на LM35 температурен сензор чрез преобразуване на аналогови стойности в цифрови с ADC, прикрепен към него. Тези стойности се сравняват с зададените стойности, програмирани в микроконтролера и тези стойности се нарушават, когато микроконтролерът изпраща или предава данните на приемника страничен микроконтролер от CAN контролер и приемо-предавателни модули.

Приемащата страна CAN комуникация получава данните и ги прехвърля към микроконтролера, който допълнително обработва данните и управлява DC мотора от интегрална схема на драйвера на двигателя. Възможно е също така да се промени посоката на двигателя с управляващата от микроконтролера драйверна интегрална схема.

По този начин CAN протоколът позволява връзката peer-to-peer комуникация чрез свързване на различни възли в индустриална среда. Този тип комуникация може да се реализира и в други системи за автоматизация като дом или сграда , фабрика и др. Надяваме се, че тази статия може да ви даде по-добро разбиране за индустриалната автоматизация с CAN комуникация. Моля, пишете ни за допълнителна информация и запитвания.

Кредити за снимки:

  • Индустриална автоматизация и управление от wlimg
  • Архитектура на индустриалната автоматизация от сименс
  • Модел за взаимно свързване на отворени системи (OSI) от Яжте
  • Предаване на данни от CAN протокол от can-cia
  • Стандартен или основен формат на рамката или CAN 2.0 A от technologyuk
  • Разширен формат на рамката или CAN 2.0 B от широколентов достъп