Automatizare și control industrial folosind protocolul CAN

Încercați Instrumentul Nostru Pentru Eliminarea Problemelor





Automatizare și control industrial

Automatizare și control industrial

In zilele de azi sisteme de automatizare industrială au devenit populare în multe dintre industrii și joacă un rol crucial în controlul mai multor operațiuni legate de proces. Datorită implementării unei largi varietăți de rețele industriale cu distribuția geografică a acestora în fabrică sau industrie, capacitatea de transfer și control a datelor din pardoseală a devenit mai sofisticată și mai ușoară, de la control la nivel scăzut la nivel înalt. Aceste rețele industriale sunt direcționate prin diverse magistrale de teren care utilizează diferite standarde de comunicații, cum ar fi protocolul CAN, Profibus, Modbus, dispozitivul de rețea etc. Deci, să analizăm cum funcționează comunicarea CAN pentru automatizarea industriilor și a altor sisteme bazate pe automatizare .



Introducere în automatizarea și controlul industrial

Figura de mai jos prezintă arhitectura automatizării și controlului industrial în care se efectuează trei niveluri de control pentru a automatiza întregul sistem. Aceste trei niveluri sunt controlul și automatizarea, controlul proceselor și controlul de ordin superior. Nivelul de control și automatizare constă din diverse dispozitive de teren, cum ar fi senzori și actuatoare pentru a monitoriza și controla variabilele procesului.


Arhitectură de automatizare industrială

Arhitectură de automatizare industrială



Nivelul de control al procesului este un controler central responsabil de controlul și întreținerea mai multor dispozitive de control, cum ar fi Controlere logice programabile (PLC) , precum și interfețele grafice ale utilizatorului precum SCADA și Interfață mașină umană (HMI) sunt, de asemenea, incluse în acest nivel. Nivelul de control al comenzilor superioare este un nivel de întreprindere care gestionează toate operațiunile legate de afaceri.

Prin observarea atentă a diagramei de mai sus și a fiecărui nivel și a nivelurilor intermediare, autobuzele de comunicații precum Profibus și Ethernet industrial sunt văzute ca fiind conectate la schimbul de informații. Prin urmare, magistrala de comunicații este componenta majoră în automatizarea industrială pentru transferul fiabil de date între controlere, computere și, de asemenea, de pe dispozitivele de teren.

Control Area Network sau protocol CAN

Modelul de interconectare a sistemelor deschise (OSI)

Modelul de interconectare a sistemelor deschise (OSI)

Comunicare de date este transferul de date dintr-un punct în altul. Pentru a sprijini comunicarea industrială, Organizația Internațională pentru Standardizare a dezvoltat un model de interconectare a sistemelor deschise (OSI) pentru asigurarea transferului de date între diferite noduri. Acest protocol și cadru OSI depinde de producător. Protocolul CAN utilizează două straturi inferioare, adică straturi de legătură fizică și de date din cele șapte straturi ale modelului OSI.

O rețea de controler sau protocolul CAN este un multi-master magistrala de comunicare serial , și este o rețea de controlere independente. Versiunea actuală a CAN a fost utilizată din 1990 și a fost dezvoltată de Bosch și Intel. Transmite mesaje către nodurile prezentate într-o rețea, oferind o viteză de transmisie de până la 1 Mbps. Pentru o transmisie eficientă, acesta urmează metode fiabile de detectare a erorilor - și, pentru arbitrajul cu privire la prioritatea mesajelor și la detectarea coliziunilor, folosește protocolul de acces multiplu cu sensul purtătorului. Datorită acestor caracteristici fiabile de transfer de date, acest protocol a fost utilizat în autobuze, autoturisme și alte sisteme auto, automatizări industriale și industriale, aplicații miniere etc.


Transmiterea datelor CAN

Protocol CAN nu este un protocol bazat pe adresă, ci protocol orientat pe mesaje, în care mesajul încorporat în CAN are conținutul și prioritatea datelor transferate. Până la recepția datelor pe magistrală, fiecare nod decide dacă arunca sau să proceseze datele - și apoi, în funcție de sistem, mesajul de rețea este destinat unui singur nod sau multor alte noduri. Comunicarea CAN permite unui anumit nod să solicite informații de la orice alt nod prin trimiterea RTR (Remote Transmit Request).

Transmiterea datelor protocolului CAN

Transmiterea datelor protocolului CAN

Oferă transmiterea automată a datelor, fără arbitraj, prin transferul mesajului cu cea mai mare prioritate și susținerea și așteptarea mesajului cu prioritate inferioară. În acest protocol, dominantul este un 0 logic, iar recesivul este un logic 1. Când un nod transmite un bit recesiv și altul transmite un bit dominant, atunci bitul dominant câștigă. Un sistem de arbitraj bazat pe priorități decide dacă se va acorda permisiunea de a continua transmisia dacă două sau mai multe dispozitive încep să transmită în același timp.

Cadru de mesaje CAN

O rețea de comunicații CAN poate fi configurată cu diferite formate de cadre sau mesaje.

  1. Format cadru standard sau de bază sau CAN 2.0 A
  2. Format cadru extins sau CAN 2.0 B
Format cadru standard sau de bază sau CAN 2.0 A

Format cadru standard sau de bază sau CAN 2.0 A

Diferența dintre aceste două formate este că lungimea biților, adică cadrul de bază acceptă lungimea de 11 biți pentru identificator, în timp ce cadrul extins acceptă lungimea de 29 de biți pentru identificator, care este alcătuit din extensie de 18 biți și un identificator de 11 biți. Bitul IDE diferă formatul de cadru extins CAN și formatul cadrului de bază CAN în care IDE este transmis ca dominant într-o carcasă de cadru de 11 biți și recesiv într-o carcasă de cadru de 29 de biți. De asemenea, este posibil să trimiteți sau să primiți mesaje în format cadru de bază de către unele controlere CAN care acceptă formate cu cadru extins.

Format cadru extins sau CAN 2.0 B

Format cadru extins sau CAN 2.0 B

Protocolul CAN are patru tipuri de cadre: cadru de date, cadru la distanță, cadru de eroare și cadru de suprasarcină. Cadrul de date conține date nod nod de transmisie cadru la distanță solicită identificator specific cadru de eroare de transmisie detectează orice erori de nod și, cadru de suprasarcină se activează atunci când sistemul injectează întârziere între date sau cadru la distanță. Comunicarea CAN poate lega teoretic până la 2032 de dispozitive pe o singură rețea, dar practic este limitată la 110 noduri datorită transceiverelor hardware. Suportă cabluri de până la 250 de metri, cu o rată de transmisie de 250 Kbps, cu o rată de biți de 10 Kbps, lungimea maximă de 1 km, iar cea mai scurtă, cu 1 Mbps, fiind de 40 de metri.

Automatizare și control industrial folosind protocolul CAN

Acest proiectul este implementat pentru controlul industriei sarcini care sunt rulate de un motor DC pe baza variațiilor de temperatură ale procesului. Variat sisteme de control al proceselor sunt depinde de temperatura. Să presupunem că, în cazul unui rezervor de agitator - după ce a atins o anumită temperatură - motorul continuu trebuie pornit pentru a roti agitatorul. Deci, acest proiect realizează acest lucru prin utilizarea protocolului CAN, care este o comunicare extrem de eficientă și fiabilă, cu costuri reduse.

Două microcontrolere sunt utilizate în acest proiect, unul pentru obținerea datelor de temperatură și celălalt pentru controlul motorului de curent continuu . Controlerul CAN MCP2515 și transceptorul CAN MCP2551 sunt conectate la ambele microcontrolere pentru a implementa comunicația CAN pentru schimbul de date.

Automatizare și control industrial folosind protocolul CAN

Automatizare și control industrial folosind protocolul CAN

Microcontrolerul lateral care transmite monitorizează continuu temperaturile cu ajutorul LM35 senzor de temperatura prin conversia valorilor analogice în digital cu ADC atașat la acesta. Aceste valori sunt comparate cu valorile setate programate în microcontroler, iar aceste valori sunt încălcate atunci când microcontrolerul trimite sau transmite datele către receptor microcontroler lateral de controler CAN și unități de emisie-recepție.

Comunicația CAN de recepție primește datele și le transferă către microcontrolerul care prelucrează în continuare datele și controlează motorul de curent continuu printr-un circuit de control al motorului. De asemenea, este posibil să schimbați direcția motorului cu driverul IC controlat de microcontroler.

Astfel protocolul CAN permite comunicarea peer-to-peer prin conectarea diferitelor noduri din mediul industrial. Acest tip de comunicare poate fi implementat și în altele sisteme de automatizare precum casă sau clădire , fabrică etc. Sperăm că acest articol ar putea să vă ofere o mai bună înțelegere a automatizării industriale cu comunicarea CAN. Vă rugăm să ne scrieți pentru mai multe informații și întrebări.

Credite foto:

  • Automatizare și control industrial de către wlimg
  • Arhitectură de automatizare industrială de siemens
  • Model de interconectare a sistemelor deschise (OSI) de către mânca
  • Transmiterea datelor protocolului CAN de către can-cia
  • Format cadru standard sau de bază sau CAN 2.0 A de technologyuk
  • Format cadru extins sau CAN 2.0 B de bandă largă