Automatyka przemysłowa i sterowanie

dzisiaj systemy automatyki przemysłowej stały się popularne w wielu branżach i odgrywają kluczową rolę w kontrolowaniu kilku operacji związanych z procesami. Ze względu na wdrożenie szerokiej gamy sieci przemysłowych z ich geograficzną dystrybucją w fabryce lub przemyśle, możliwości przesyłania i kontroli danych w hali produkcyjnej stały się bardziej wyrafinowane i łatwe w zakresie od sterowania niskiego do wysokiego poziomu. Te sieci przemysłowe są kierowane przez różne magistrale polowe, które wykorzystują różne standardy komunikacyjne, takie jak protokół CAN, Profibus, Modbus, Sieć urządzeń itp. Spójrzmy więc, jak działa komunikacja CAN w automatyzacji przemysłu i innych. systemy oparte na automatyzacji .

“jak zrobić układ scalony? ”

Wprowadzenie do automatyki przemysłowej i sterowania

Poniższy rysunek przedstawia architekturę automatyki przemysłowej i sterowania, w której wykonywane są trzy poziomy kontroli, aby zautomatyzować cały system. Te trzy poziomy to kontrola i automatyzacja, kontrola procesu i kontrola wyższego rzędu. Poziom sterowania i automatyzacji składa się z różnych urządzeń polowych, takich jak czujniki i siłowniki do monitorowania i sterowania zmiennymi procesowymi.

Architektura automatyki przemysłowej

Poziom Kontroli Procesu to centralny sterownik odpowiedzialny za sterowanie i utrzymywanie kilku takich urządzeń sterujących Programowalne sterowniki logiczne (PLC) , a także interfejsy graficzne użytkownika, takie jak SCADA i Interfejs człowiek-maszyna (HMI) są również uwzględnione na tym poziomie. Wyższy poziom kontroli zamówień to poziom przedsiębiorstwa, który zarządza wszystkimi operacjami biznesowymi.

Dokładnie obserwując powyższy schemat i każdy jego poziom, a także pomiędzy poziomami, magistrale komunikacyjne, takie jak Profibus i przemysłowy Ethernet są postrzegane jako związane z wymianą informacji. Dlatego magistrala komunikacyjna jest głównym elementem automatyki przemysłowej do niezawodnego przesyłania danych między sterownikami, komputerami, a także z urządzeń obiektowych.

Sieć obszaru sterowania lub protokół CAN

Model połączenia systemów otwartych (OSI)

Transmisja danych to transfer danych z jednego punktu do drugiego. Aby wspierać komunikację przemysłową, Międzynarodowa Organizacja Normalizacyjna opracowała model Open Systems Interconnection (OSI) w celu zapewnienia transferu danych między różnymi węzłami. Ten protokół i struktura OSI zależą od producenta. Protokół CAN wykorzystuje dwie niższe warstwy, tj. Warstwę fizyczną i warstwę łącza danych spośród siedmiu warstw modelu OSI.

Controller Area Network lub protokół CAN to multi-master magistrala komunikacji szeregowej i jest to sieć niezależnych kontrolerów. Obecna wersja CAN jest używana od 1990 roku i została opracowana przez firmy Bosch i Intel. Rozgłasza komunikaty do węzłów znajdujących się w sieci, oferując prędkość transmisji do 1 Mb / s. Aby transmisja była skuteczna, wykorzystuje niezawodne metody wykrywania błędów, a do arbitrażu dotyczącego priorytetu wiadomości i wykrywania kolizji wykorzystuje protokół wielokrotnego dostępu z wyczuciem nośnika. Ze względu na niezawodną charakterystykę przesyłania danych protokół ten był używany w autobusach, samochodach i innych systemach samochodowych, automatyce fabrycznej i przemysłowej, zastosowaniach górniczych itp.

Transmisja danych CAN

Protokół CAN nie jest protokołem adresowym, lecz protokołem zorientowanym na komunikaty, w którym wiadomość osadzona w CAN ma zawartość i priorytet przesyłanych danych. W momencie odbioru danych przez magistralę, każdy węzeł decyduje, czy je odrzucić, czy przetworzyć - a następnie, w zależności od systemu, wiadomość sieciowa jest kierowana do pojedynczego węzła lub wielu innych węzłów. Komunikacja CAN umożliwia określonemu węzłowi żądanie informacji z dowolnego innego węzła poprzez wysłanie RTR (Remote Transmit Request).

Transmisja danych protokołu CAN

Oferuje automatyczną transmisję danych bez arbitrażu poprzez przesyłanie wiadomości o najwyższym priorytecie oraz tworzenie kopii zapasowych i oczekiwanie na wiadomość o niższym priorytecie. W tym protokole dominującą jest logiczne 0, a recesywna jest logiczną 1. Kiedy jeden węzeł transmituje bit recesywny, a inny transmituje bit dominujący, wygrywa bit dominujący. Schemat arbitrażu oparty na priorytetach decyduje, czy zezwolenie na kontynuację transmisji zostanie przyznane, jeśli dwa lub więcej urządzeń rozpocznie transmisję w tym samym czasie.

Ramka wiadomości CAN

Sieć komunikacyjną CAN można skonfigurować w różnych formatach ramek lub wiadomości.

Standardowy lub podstawowy format ramki lub CAN 2.0 A.
Rozszerzony format ramki lub CAN 2.0 B.

Standardowy lub podstawowy format ramki lub CAN 2.0 A.

Różnica między tymi dwoma formatami polega na tym, że długość bitów, tj. Ramka bazowa obsługuje 11-bitową długość identyfikatora, podczas gdy rozszerzona ramka obsługuje 29-bitową długość identyfikatora, która składa się z 18-bitowego rozszerzenia i 11-bitowy identyfikator. Bit IDE różni się od rozszerzonego formatu ramki CAN i formatu ramki bazowej CAN, w którym IDE jest przesyłany jako dominujący w przypadku ramki 11-bitowej i recesywny w przypadku ramki 29-bitowej. Możliwe jest również wysyłanie lub odbieranie wiadomości w formacie ramki podstawowej przez niektóre kontrolery CAN obsługujące formaty ramek rozszerzonych.

Rozszerzony format ramki lub CAN 2.0 B.

Protokół CAN ma cztery typy ramek: ramka danych, ramka zdalna, ramka błędu i ramka przeciążenia. Ramka danych zawiera zdalną ramkę danych węzła transmisji żądającej określonego identyfikatora. Ramka błędu transmisji wykrywa wszelkie błędy węzła i ramka przeciążenia jest aktywowana, gdy system wprowadza opóźnienie między danymi lub ramką zdalną. Komunikacja CAN może teoretycznie łączyć do 2032 urządzeń w jednej sieci, ale praktycznie jest ograniczona do 110 węzłów ze względu na sprzętowe nadajniki-odbiorniki. Obsługuje okablowanie do 250 metrów z szybkością transmisji 250 Kb / s, przy przepływności 10 Kb / s to maksymalna długość 1 km, a najkrótsza przy 1 Mb / s to 40 metrów.

Automatyka przemysłowa i sterowanie z wykorzystaniem protokołu CAN

To Projekt jest realizowany w celu kontroli przemysłowej obciążenia, które są uruchamiane przez silnik prądu stałego w oparciu o zmiany temperatury procesu. Różnorodny systemy sterowania procesami zależy od temperatury. Załóżmy, że w przypadku zbiornika z mieszadłem - po osiągnięciu określonej temperatury - należy włączyć silnik prądu stałego, aby obracać mieszadłem. Tak więc ten projekt osiąga to przy użyciu protokołu CAN, który jest wysoce wydajną i niezawodną, tanią komunikacją.

W tym projekcie zastosowano dwa mikrokontrolery, jeden do pozyskiwania danych o temperaturze, a drugi do sterowanie silnikiem prądu stałego . Kontroler CAN MCP2515 i nadajnik-odbiornik CAN MCP2551 są podłączone do obu mikrokontrolerów w celu zaimplementowania komunikacji CAN do wymiany danych.

Automatyka przemysłowa i sterowanie z wykorzystaniem protokołu CAN

Mikrokontroler strony nadawczej w sposób ciągły monitoruje temperaturę za pomocą LM35 czujnik temperatury konwertując wartości analogowe na cyfrowe z dołączonym ADC. Wartości te są porównywane z wartościami zadanymi zaprogramowanymi w mikrokontrolerze, a wartości te są naruszane, gdy mikrokontroler wysyła lub przesyła dane do odbiornika boczny mikrokontroler przez kontroler CAN i jednostki nadawczo-odbiorcze.

Komunikacja CAN po stronie odbiorczej odbiera dane i przekazuje je do mikrokontrolera, który dalej przetwarza dane i steruje silnikiem prądu stałego za pomocą układu scalonego sterownika silnika. Możliwa jest również zmiana kierunku pracy silnika za pomocą sterownika IC sterowanego przez mikrokontroler.

W ten sposób protokół CAN umożliwia komunikację peer-to-peer poprzez łączenie różnych węzłów w środowisku przemysłowym. Ten rodzaj komunikacji można również zaimplementować w innych systemy automatyki, takie jak dom lub budynek , fabryka itp. Mamy nadzieję, że ten artykuł pozwolił lepiej zrozumieć automatykę przemysłową z komunikacją CAN. Prosimy o kontakt w celu uzyskania dalszych informacji i zapytań.

Kredyty fotograficzne: