Industriële automatisering en besturing met CAN-protocol

Probeer Ons Instrument Voor Het Oplossen Van Problemen





Industriële automatisering en besturing

Industriële automatisering en besturing

Vandaag de dag industriële automatiseringssystemen zijn populair geworden in veel van de industrieën en spelen een cruciale rol bij het beheersen van verschillende procesgerelateerde bewerkingen. Door de implementatie van een grote verscheidenheid aan industriële netwerken met hun geografische spreiding over de fabriek of de industrie, is de overdracht en controle van gegevens op de verdieping geavanceerder en gemakkelijker geworden, variërend van controle op laag tot hoog niveau. Deze industriële netwerken worden gerouteerd door verschillende veldbussen die verschillende communicatiestandaarden gebruiken, zoals CAN-protocol, Profibus, Modbus, Device net, enz. Laten we dus eens kijken hoe CAN-communicatie werkt voor het automatiseren van de industrieën en andere op automatisering gebaseerde systemen



Inleiding tot industriële automatisering en besturing

De onderstaande afbeelding toont de architectuur van industriële automatisering en besturing, waarbij drie besturingsniveaus worden uitgevoerd om het hele systeem te automatiseren. Deze drie niveaus zijn controle en automatisering, procesregeling en hogere orde controle. Het besturings- en automatiseringsniveau bestaat uit verschillende veldapparatuur zoals sensoren en actuatoren om de procesvariabelen te bewaken en te regelen.


Industriële automatiseringsarchitectuur

Industriële automatiseringsarchitectuur



Process Control Level is een centrale controller die verantwoordelijk is voor het besturen en onderhouden van verschillende besturingsapparaten zoals Programmeerbare logische controllers (PLC's) , en ook de grafische gebruikersinterfaces zoals SCADA en Human Machine Interface (HMI) vallen ook onder dit niveau. Het hogere orderbeheersniveau is een ondernemingsniveau dat alle bedrijfsgerelateerde bewerkingen beheert.

Door het bovenstaande diagram en zijn elk niveau en ook tussen de niveaus nauwlettend in de gaten te houden, kunnen de communicatiebussen zoals Profibus en industrieel Ethernet worden gezien als verbonden om de informatie uit te wisselen. Daarom is de communicatiebus de belangrijkste component in industriële automatisering voor betrouwbare gegevensoverdracht tussen de controllers, computers en ook van de veldapparatuur.

Control Area Network of CAN-protocol

Open Systems Interconnection (OSI) -model

Open Systems Interconnection (OSI) -model

Data communicatie is de overdracht van gegevens van het ene punt naar het andere. Ter ondersteuning van industriële communicatie heeft de International Organization for Standardization een Open Systems Interconnection (OSI) -model ontwikkeld voor gegevensoverdracht tussen verschillende knooppunten. Dit OSI-protocol en framework is afhankelijk van de fabrikant. Het CAN-protocol gebruikt twee onderste lagen, d.w.z. fysieke lagen en datalinklagen uit de zeven lagen van het OSI-model.

Een Controller Area Network of CAN-protocol is een multi-master seriële communicatiebus , en het is een netwerk van onafhankelijke controllers. De huidige versie van CAN is in gebruik sinds 1990 en is ontwikkeld door Bosch en Intel. Het zendt berichten uit naar de knooppunten die in een netwerk worden gepresenteerd door een transmissiesnelheid tot 1 Mbps aan te bieden. Voor een effectieve transmissie volgt het betrouwbare foutdetectiemethoden - en, voor arbitrage over berichtprioriteit en botsingsdetectie, gebruikt het carrier sense multiple access protocol. Vanwege deze betrouwbare gegevensoverdrachtkenmerken is dit protocol in gebruik geweest in bussen, auto's en andere autosystemen, fabrieks- en industriële automatisering, mijnbouwtoepassingen, enz.


CAN-gegevensoverdracht

CAN-protocol is geen adresgebaseerd protocol, maar berichtgeoriënteerd protocol, waarbij het ingebedde bericht in CAN de inhoud en prioriteit heeft van de gegevens die worden overgedragen. Bij de ontvangst van gegevens op de bus, beslist elk knooppunt of het de gegevens weggooit of verwerkt - en afhankelijk van het systeem is het netwerkbericht bestemd voor een enkel knooppunt of vele andere knooppunten. CAN-communicatie stelt een bepaald knooppunt in staat om de informatie van een ander knooppunt op te vragen door RTR (Remote Transmit Request) te verzenden.

CAN-protocol gegevensoverdracht

CAN-protocol gegevensoverdracht

Het biedt automatische arbitrage-vrije verzending van gegevens door het verzenden van het bericht met de hoogste prioriteit en het ondersteunen en wachten op het bericht met de lagere prioriteit. In dit protocol is de dominante een logische 0, en de recessieve is een logische 1. Wanneer een knooppunt een recessieve bit verzendt en een andere een dominante bit, dan wint het dominante bit. Een op prioriteit gebaseerd arbitrageschema beslist of toestemming wordt verleend om door te gaan met verzenden als twee of meer apparaten tegelijkertijd beginnen met verzenden.

CAN-berichtenframe

Een CAN-communicatienetwerk kan worden geconfigureerd met verschillende frame- of berichtformaten.

  1. Standaard- of basisframe-indeling of CAN 2.0 A
  2. Uitgebreid frameformaat of CAN 2.0 B
Standaard- of basisframe-indeling of CAN 2.0 A

Standaard- of basisframe-indeling of CAN 2.0 A

Het verschil tussen deze twee formaten is dat de lengte van bits, dwz het basisframe ondersteunt een lengte van 11 bits voor de identifier, terwijl het uitgebreide frame een lengte van 29 bits ondersteunt voor de identifier, die bestaat uit 18-bit extensie en een 11-bits identifier. De IDE-bit verschilt van het CAN-uitgebreide frameformaat en het CAN-basisframeformaat, waarbij IDE als dominant wordt verzonden in een 11-bit framegeval en recessief in een 29-bit framegeval. Het is ook mogelijk om berichten in basisframe-indeling te verzenden of te ontvangen door sommige CAN-controllers die extended-frame-formaten ondersteunen.

Uitgebreid frameformaat of CAN 2.0 B

Uitgebreid frameformaat of CAN 2.0 B

Het CAN-protocol heeft vier soorten frames: dataframe, extern frame, foutframe en overbelastingsframe. Dataframe bevat transmissieknooppuntgegevens. Frame op afstand vraagt ​​om specifieke identificator transmissiefoutframe detecteert knooppuntfouten en overbelastingsframe wordt geactiveerd wanneer het systeem vertraging injecteert tussen data of frame op afstand. CAN-communicatie kan theoretisch tot 2032 apparaten op een enkel netwerk koppelen, maar is praktisch beperkt tot 110 knooppunten vanwege de hardware-transceivers. Het ondersteunt bekabeling tot 250 meter met een baudrate van 250 Kbps met een bitsnelheid van 10 Kbps is de maximale lengte van 1 km, en de kortste met 1 Mbps van 40 meter.

Industriële automatisering en besturing met CAN-protocol

Dit project wordt uitgevoerd om de industriële te controleren belastingen die worden aangedreven door een DC-motor op basis van de temperatuurvariaties van het proces. Diverse proces controlesystemen zijn afhankelijk van de temperatuur. Stel dat in het geval van een roertank - na het bereiken van een bepaalde temperatuur - de gelijkstroommotor moet worden aangezet om de roerder te laten draaien. Dit project bereikt dit dus met het gebruik van een CAN-protocol dat zeer efficiënte en betrouwbare goedkope communicatie is.

In dit project worden twee microcontrollers gebruikt, één voor het verkrijgen van temperatuurgegevens en de andere voor regelen van de DC-motor ​CAN-controller MCP2515 en CAN-transceiver MCP2551 zijn verbonden met beide microcontrollers om CAN-communicatie te implementeren voor het uitwisselen van gegevens.

Industriële automatisering en besturing met CAN-protocol

Industriële automatisering en besturing met CAN-protocol

De zendende microcontroller bewaakt continu de temperaturen met behulp van LM35 temperatuursensor door analoge waarden naar digitaal om te zetten met ADC eraan. Deze waarden worden vergeleken met de ingestelde waarden die in de microcontroller zijn geprogrammeerd, en deze waarden worden geschonden wanneer de microcontroller verzendt of verzendt de gegevens naar de ontvanger zij-microcontroller door CAN-controller en transceiver-eenheden.

De CAN-communicatie aan de ontvangende zijde ontvangt de gegevens en draagt ​​deze over aan de microcontroller die de gegevens verder verwerkt en de DC-motor bestuurt door een motor-driver-IC. Het is ook mogelijk om de richting van de motor te veranderen met het stuur-IC bestuurd door de microcontroller.

Het CAN-protocol maakt dus peer-to-peer communicatie mogelijk door verschillende knooppunten in een industriële omgeving met elkaar te verbinden. Dit type communicatie kan ook in andere worden geïmplementeerd automatiseringssystemen zoals huis of gebouw , fabriek, enz. We hopen dat dit artikel u misschien een beter begrip heeft gegeven van industriële automatisering met CAN-communicatie. Schrijf ons voor meer informatie en vragen.

Fotocredits:

  • Industriële automatisering en controle door wlimg
  • Industrial Automation Architecture door siemens
  • Open Systems Interconnection (OSI) -model van eet
  • CAN-protocol gegevensoverdracht door can-cia
  • Standaard- of basisframe-indeling of CAN 2.0 A door technologyuk
  • Extended Frame Format of CAN 2.0 B door breedband