Промышленная автоматизация и управление

Настоящее время системы промышленной автоматизации стали популярными во многих отраслях и играют решающую роль в управлении несколькими операциями, связанными с процессами. Благодаря внедрению широкого спектра промышленных сетей с их географическим распределением по фабрикам или отраслям, возможность передачи и управления данными по этажам стала более сложной и простой, начиная от низкоуровневого до высокоуровневого управления. Эти промышленные сети маршрутизируются через различные полевые шины, которые используют различные стандарты связи, такие как протокол CAN, Profibus, Modbus, сеть устройств и т. Д. Итак, давайте посмотрим, как работает связь CAN для автоматизации промышленности и т. Д. системы автоматизации .

“типы встроенных операционных систем ”

Введение в промышленную автоматизацию и управление

На рисунке ниже показана архитектура промышленной автоматизации и управления, в которой выполняются три уровня управления для автоматизации всей системы. Эти три уровня - это управление и автоматизация, управление процессами и управление более высокого уровня. Уровень управления и автоматизации состоит из различных полевых устройств, таких как датчики и исполнительные механизмы, для мониторинга и управления параметрами процесса.

Архитектура промышленной автоматизации

Уровень управления процессом - это центральный контроллер, отвечающий за управление и обслуживание нескольких управляющих устройств, таких как Программируемые логические контроллеры (ПЛК) , а также пользовательские графические интерфейсы, такие как SCADA и Человеко-машинный интерфейс (HMI) также включены в этот уровень. Более высокий уровень управления заказами - это уровень предприятия, который управляет всеми операциями, связанными с бизнесом.

Внимательно изучив приведенную выше диаграмму и каждый ее уровень, а также промежуточные уровни, коммуникационные шины, такие как Profibus и промышленный Ethernet рассматриваются как подключенные к обмену информацией. Таким образом, коммуникационная шина является основным компонентом промышленной автоматизации для надежной передачи данных между контроллерами, компьютерами, а также с полевых устройств.

Сеть зоны управления или протокол CAN

Модель взаимодействия открытых систем (OSI)

Передача данных это передача данных из одной точки в другую. Для поддержки промышленной коммуникации Международная организация по стандартизации разработала модель взаимодействия открытых систем (OSI) для обеспечения передачи данных между различными узлами. Этот протокол и структура OSI зависят от производителя. Протокол CAN использует два нижних уровня, то есть физический уровень и уровень передачи данных из семи уровней модели OSI.

Сеть контроллеров или протокол CAN - это мульти-мастер шина последовательной связи , и это сеть независимых контроллеров. Текущая версия CAN используется с 1990 года и была разработана Bosch и Intel. Он передает сообщения на узлы, представленные в сети, со скоростью передачи до 1 Мбит / с. Для эффективной передачи используются надежные методы обнаружения ошибок, а для арбитража по приоритету сообщений и обнаружению конфликтов используется протокол множественного доступа с контролем несущей. Благодаря таким надежным характеристикам передачи данных, этот протокол используется в автобусах, автомобилях и других автомобильных системах, в промышленной автоматизации, в горнодобывающей промышленности и т. Д.

Передача данных CAN

CAN протокол не является протоколом, основанным на адресах, а протоколом, ориентированным на сообщения, в котором встроенное сообщение в CAN имеет содержание и приоритет передаваемых данных. После приема данных на шину каждый узел решает, отбросить или обработать данные - а затем, в зависимости от системы, сетевое сообщение предназначено для одного узла или многих других узлов. Связь CAN позволяет конкретному узлу запрашивать информацию у любого другого узла, отправляя RTR (запрос удаленной передачи).

Передача данных по протоколу CAN

Он предлагает автоматическую передачу данных без арбитража путем передачи сообщения с наивысшим приоритетом, а также поддержки и ожидания сообщения с более низким приоритетом. В этом протоколе доминантой является логический 0, а рецессивный - логическая 1. Когда один узел передает рецессивный бит, а другой - доминирующий бит, доминирующий бит побеждает. Схема арбитража на основе приоритета решает, будет ли предоставлено разрешение на продолжение передачи, если два или более устройства начнут передачу одновременно.

Кадр сообщения CAN

В сети связи CAN можно настроить различные форматы кадров или сообщений.

Стандартный или базовый формат кадра или CAN 2.0 A
Расширенный формат кадра или CAN 2.0 B

Стандартный или базовый формат кадра или CAN 2.0 A

Разница между этими двумя форматами состоит в том, что длина битов, т. Е. Базовый кадр поддерживает длину идентификатора 11 бит, тогда как расширенный кадр поддерживает длину 29 бит для идентификатора, который состоит из 18-битного расширения и 11-битный идентификатор. Бит IDE отличается от формата расширенного кадра CAN и формата основного кадра CAN, при этом IDE передается как доминирующий в случае 11-битного кадра и рецессивный в случае 29-битного кадра. Некоторые контроллеры CAN, поддерживающие форматы расширенного кадра, также могут отправлять или получать сообщения в формате базового кадра.

Расширенный формат кадра или CAN 2.0 B

Протокол CAN имеет четыре типа кадров: кадр данных, удаленный кадр, кадр ошибки и кадр перегрузки. Кадр данных содержит данные узла передачи, удаленный кадр запрашивает конкретный идентификатор ошибки передачи кадра обнаруживает любые ошибки узла и, кадр перегрузки активируется, когда система вводит задержку между данными или удаленным кадром. Связь CAN может связать до 2032 устройств в одной сети теоретически, но практически она ограничена 110 узлами из-за аппаратных трансиверов. Он поддерживает кабельную проводку до 250 метров со скоростью 250 кбит / с, скорость передачи 10 кбит / с - максимальная длина 1 км, а самая короткая с 1 Мбит / с - 40 метров.

Промышленная автоматизация и управление с использованием протокола CAN

Этот реализован проект по управлению производственным нагрузки, которые приводятся в действие двигателем постоянного тока в зависимости от температурных изменений процесса. Разные системы управления технологическим процессом зависит от температуры. Предположим, что в случае резервуара мешалки - после достижения определенной температуры - необходимо включить двигатель постоянного тока, чтобы вращать мешалку. Таким образом, в этом проекте это достигается с помощью протокола CAN, который является высокоэффективным и надежным и недорогим средством связи.

В этом проекте используются два микроконтроллера, один для сбора данных о температуре, а другой для управление двигателем постоянного тока . Контроллер CAN MCP2515 и трансивер CAN MCP2551 подключены к обоим микроконтроллерам для реализации связи CAN для обмена данными.

Промышленная автоматизация и управление с использованием протокола CAN

Микроконтроллер передающей стороны непрерывно контролирует температуру с помощью LM35. Датчик температуры путем преобразования аналоговых значений в цифровые с присоединенным к нему АЦП. Эти значения сравниваются с заданными значениями, запрограммированными в микроконтроллере, и эти значения нарушаются, когда микроконтроллер отправляет или передает данные получателю боковой микроконтроллер от CAN контроллера и приемопередатчиков.

Связь CAN на принимающей стороне принимает данные и передает их микроконтроллеру, который обрабатывает данные и управляет двигателем постоянного тока с помощью ИС драйвера двигателя. Также возможно изменить направление двигателя с помощью микросхемы драйвера, управляемой микроконтроллером.

Таким образом, протокол CAN обеспечивает одноранговую связь, соединяя различные узлы в промышленной среде. Этот тип связи также может быть реализован в других системы автоматизации, такие как дом или здание , фабрика и т. д. Мы надеемся, что эта статья могла бы дать вам лучшее понимание промышленной автоматизации с помощью связи CAN. Пожалуйста, напишите нам для получения дополнительной информации и запросов.

Фото: