Průmyslová automatizace a řízení pomocí protokolu CAN

Vyzkoušejte Náš Nástroj Pro Odstranění Problémů





Průmyslová automatizace a řízení

Průmyslová automatizace a řízení

Dnes průmyslové automatizační systémy se staly populární v mnoha průmyslových odvětvích a hrají klíčovou roli při řízení několika operací souvisejících s procesy. Díky implementaci široké škály průmyslových sítí s jejich geografickým rozložením v továrně nebo průmyslu se funkce přenosu a ovládání podlahových dat staly propracovanějšími a snadnějšími, od nízkoúrovňových po vysoceúrovňové. Tyto průmyslové sítě jsou směrovány různými polními sběrnicemi, které používají různé komunikační standardy, jako je protokol CAN, Profibus, Modbus, síť zařízení atd. Pojďme se tedy podívat na to, jak funguje komunikace CAN pro automatizaci průmyslových odvětví a dalších systémy založené na automatizaci .



Úvod do průmyslové automatizace a řízení

Níže uvedený obrázek ukazuje architekturu průmyslové automatizace a řízení, kde se provádějí tři úrovně řízení za účelem automatizace celého systému. Těmito třemi úrovněmi jsou řízení a automatizace, řízení procesů a řízení vyššího řádu. Úroveň řízení a automatizace se skládá z různých polních zařízení, jako jsou senzory a akční členy, které sledují a řídí proměnné procesu.


Architektura průmyslové automatizace

Architektura průmyslové automatizace



Process Control Level je centrální ovladač odpovědný za ovládání a údržbu několika ovládacích zařízení, jako je Programovatelné logické automaty (PLC) a také uživatelská grafická rozhraní jako SCADA a Rozhraní člověk-stroj (HMI) jsou také zahrnuty v této úrovni. Vyšší úroveň řízení objednávek je podniková úroveň, která spravuje všechny obchodní operace.

Při pečlivém sledování výše uvedeného diagramu a jeho jednotlivých úrovní a také mezilehlých úrovní komunikační sběrnice, jako je Profibus a průmyslový Ethernet jsou považováni za připojené k výměně informací. Proto je komunikační sběrnice hlavní součástí průmyslové automatizace pro spolehlivý přenos dat mezi řadiči, počítači a také z provozních zařízení.

Síť Control Area nebo protokol CAN

Model propojení otevřených systémů (OSI)

Model propojení otevřených systémů (OSI)

Datová komunikace je přenos dat z jednoho bodu do druhého. Na podporu průmyslové komunikace vyvinula Mezinárodní organizace pro normalizaci model Open Systems Interconnection (OSI) pro poskytování přenosu dat mezi různými uzly. Tento protokol a rámec OSI závisí na výrobci. Protokol CAN používá spodní dvě vrstvy, tj. Fyzické a datové spojovací vrstvy ze sedmi vrstev modelu OSI.

Síť Controller Area Network nebo CAN je multi-master sériová komunikační sběrnice , a je to síť nezávislých řadičů. Aktuální verze CAN se používá od roku 1990 a byla vyvinuta společnostmi Bosch a Intel. Vysílá zprávy do uzlů prezentovaných v síti a nabízí přenosovou rychlost až 1 Mb / s. Pro efektivní přenos dodržuje spolehlivé metody detekce chyb - a pro rozhodování o prioritě zprávy a detekci kolizí používá protokol vícenásobného přístupu pro snímání nosiče. Kvůli těmto spolehlivým charakteristikám přenosu dat se tento protokol používá v autobusech, automobilech a jiných automobilových systémech, tovární a průmyslové automatizaci, těžebních aplikacích atd.


Přenos dat CAN

Protokol CAN není protokol založený na adresách, ale protokol orientovaný na zprávy, přičemž vložená zpráva v CAN má obsah a prioritu přenášených dat. Až do příjmu dat na sběrnici se každý uzel rozhodne, zda data zahodí nebo zpracuje - a poté je síťová zpráva v závislosti na systému určena pro jeden uzel nebo mnoho dalších uzlů. Komunikace CAN umožňuje určitému uzlu požadovat informace z kteréhokoli jiného uzlu zasláním RTR (Remote Transmit Request).

Přenos dat protokolu CAN

Přenos dat protokolu CAN

Nabízí automatický přenos dat bez arbitráže přenosem zprávy s nejvyšší prioritou a zálohováním a čekáním na zprávu s nižší prioritou. V tomto protokolu je dominantní logická 0 a recesivní logická 1. Když jeden uzel vysílá recesivní bit a další vysílá dominující bit, pak dominantní bit vyhraje. Rozhodčí schéma založené na prioritách rozhoduje, zda bude uděleno povolení pokračovat v přenosu, pokud začnou vysílat současně dvě nebo více zařízení.

Rámec zpráv CAN

Komunikační síť CAN může být konfigurována v různých formátech rámců nebo zpráv.

  1. Standardní nebo formát základního rámu nebo CAN 2.0 A
  2. Extended Frame Format nebo CAN 2.0 B
Standardní nebo formát základního rámu nebo CAN 2.0 A

Standardní nebo formát základního rámu nebo CAN 2.0 A

Rozdíl mezi těmito dvěma formáty spočívá v tom, že délka bitů, tj. Základní rámec podporuje délku identifikátoru 11 bitů, zatímco rozšířený rámec podporuje délku identifikátoru 29 bitů, která je tvořena 18bitovou příponou a 11bitový identifikátor. Bit IDE se liší formátem rozšířeného rámce CAN a formátem základního rámce CAN, kde se IDE přenáší jako dominantní v případě 11bitového rámce a recesivní v případě 29bitového rámce. Je také možné odesílat nebo přijímat zprávy ve formátu základního rámce některými řadiči CAN, které podporují formáty rozšířeného rámce.

Extended Frame Format nebo CAN 2.0 B

Extended Frame Format nebo CAN 2.0 B

Protokol CAN má čtyři typy rámců: datový rámec, vzdálený rámec, chybový rámec a rámec přetížení. Datový rámec obsahuje datový rámec přenosového uzlu vzdálený rámec požaduje specifický rámec chyby přenosu s identifikátorem detekuje chyby uzlu a rámec přetížení se aktivuje, když systém vloží zpoždění mezi daty nebo vzdáleným rámcem. Komunikace CAN může teoreticky propojit až 2032 zařízení v jedné síti, ale kvůli hardwarovým transceiverům je prakticky omezena na 110 uzlů. Podporuje kabeláž do 250 metrů s přenosovou rychlostí 250 Kbps s přenosovou rychlostí 10 Kbps je maximální délka 1 km a nejkratší s 1 Mbps je 40 metrů.

Průmyslová automatizace a řízení pomocí protokolu CAN

Tento je realizován projekt řízení průmyslového zátěže, které jsou provozovány stejnosměrným motorem na základě teplotních změn procesu. Rozličný systémy řízení procesů jsou závislé na teplotě. Předpokládejme, že v případě míchací nádrže - po dosažení určité teploty - musí být pro otáčení míchadla zapnut stejnosměrný motor. Tento projekt toho tedy dosahuje použitím protokolu CAN, což je vysoce efektivní a spolehlivá nízkonákladová komunikace.

V tomto projektu jsou použity dva mikrokontroléry, jeden pro získávání údajů o teplotě a druhý pro ovládání stejnosměrného motoru . Řadič CAN MCP2515 a vysílač / přijímač CAN MCP2551 jsou připojeny k oběma mikrokontrolérům za účelem implementace komunikace CAN pro výměnu dat.

Průmyslová automatizace a řízení pomocí protokolu CAN

Průmyslová automatizace a řízení pomocí protokolu CAN

Vysílací boční mikrokontrolér nepřetržitě sleduje teploty pomocí LM35 teplotní senzor převodem analogových hodnot na digitální s připojeným ADC. Tyto hodnoty jsou porovnány s nastavenými hodnotami naprogramovanými v mikrokontroléru a tyto hodnoty jsou porušeny, když mikrokontrolér odešle nebo přenáší data do přijímače boční mikrokontrolér řadičem CAN a jednotkami transceiveru.

Komunikace CAN přijímající strany přijímá data a přenáší je do mikrokontroléru, který dále zpracovává data a řídí stejnosměrný motor pomocí IC ovladače motoru. Je také možné změnit směr motoru pomocí IC ovladače ovládaného mikrokontrolérem.

Protokol CAN tedy umožňuje komunikaci peer-to-peer připojením různých uzlů v průmyslovém prostředí. Tento typ komunikace lze implementovat i do jiných automatizační systémy, jako je dům nebo budova , továrna atd. Doufáme, že vám tento článek mohl poskytnout lepší pochopení průmyslové automatizace s komunikací CAN. Pro další informace a dotazy nám prosím napište.

Fotografické kredity:

  • Průmyslová automatizace a řízení záblesk
  • Architektura průmyslové automatizace siemens
  • Model propojení otevřených systémů (OSI) podle jíst
  • Přenos dat protokolu CAN protokolem can-cia
  • Standardní nebo formát základního rámu nebo CAN 2,0 A podle technologyuk
  • Extended Frame Format nebo CAN 2.0 B by širokopásmové připojení