Tööstuse automatiseerimine ja juhtimine

Tänapäeval tööstusautomaatika süsteemid on muutunud populaarseks paljudes tööstusharudes ja mängivad otsustavat rolli mitmete protsessidega seotud toimingute kontrollimisel. Tänu mitmesuguste tööstusvõrkude kasutuselevõtule koos nende geograafilise jaotusega tehase või tööstuse vahel on põrandaandmete edastamise ja kontrollimise võimekus muutunud keerukamaks ja hõlpsamaks, ulatudes madalast tasemest kõrgel tasemel juhtimiseni. Need tööstuslikud võrgud suunatakse läbi erinevate välibusside, mis kasutavad erinevaid kommunikatsioonistandardeid, nagu CAN-protokoll, Profibus, Modbus, Device net jne. Nii et vaatame, kuidas CAN-side toimib tööstusharude ja muude automatiseerimiseks automaatikal põhinevad süsteemid .

“isolaatorite ja juhtide tüübid ”

Tööstusautomaatika ja juhtimise sissejuhatus

Alljärgnev joonis näitab tööstusautomaatika ja juhtimise arhitektuuri, kus kogu süsteemi automatiseerimiseks viiakse läbi kolm juhtimistaset. Need kolm taset on juhtimine ja automatiseerimine, protsesside juhtimine ja kõrgemat järku juhtimine. Juhtimise ja automatiseerimise tase koosneb erinevatest välisseadmetest nagu andurid ja ajamid protsessimuutujate jälgimiseks ja juhtimiseks.

Tööstusautomaatika arhitektuur

Protsessi juhtimistase on keskne kontroller, mis vastutab mitme juhtimisseadme juhtimise ja hooldamise eest Programmeeritavad loogikakontrollerid (PLC-d) ja ka kasutaja graafilised liidesed nagu SCADA ja Inimese-masina liides (HMI) kuuluvad sellesse tasemesse. Kõrgem tellimuste kontrollitase on ettevõtte tasand, mis haldab kõiki äriga seotud toiminguid.

Jälgides tähelepanelikult ülaltoodud skeemi ja selle iga taset ning ka tasandite vahelisi sidebusse nagu Profibus ja tööstuslik Ethernet peetakse teabe vahetamiseks ühendatud. Seetõttu on kommunikatsioonibuss tööstusautomaatika põhikomponent andmete usaldusväärseks edastamiseks kontrollerite, arvutite ja ka välisseadmete vahel.

Juhtimispiirkonna võrk või CAN-protokoll

Avatud süsteemide ühendamise (OSI) mudel

Andmeside on andmete edastamine ühest punktist teise. Tööstusside toetamiseks on Rahvusvaheline Standardiorganisatsioon välja töötanud avatud süsteemide ühendamise (OSI) mudeli andmete edastamiseks erinevate sõlmede vahel. See OSI protokoll ja raamistik sõltub tootjast. CAN-protokoll kasutab OSI mudeli seitsmest kihist kahte alumist kihti, st füüsilisi ja andmeside kihte.

Kontrolleri piirkonnavõrk ehk CAN-protokoll on multimeister järjestikune kommunikatsioonibuss ja see on sõltumatute kontrollerite võrk. CANi praegune versioon on olnud kasutusel alates 1990. aastast ning selle töötasid välja Bosch ja Intel. See edastab sõnumeid võrgus esitatud sõlmedesse, pakkudes edastuskiirust vahemikus 1 Mbps. Tõhusaks edastamiseks järgib see usaldusväärseid vigade tuvastamise meetodeid - ning sõnumi prioriteedi ja kokkupõrke tuvastamise vahekohtumenetluse jaoks kasutab see multimeediumikandja protokolli. Nende usaldusväärsete andmeedastusomaduste tõttu on seda protokolli kasutatud bussides, autodes ja muudes autosüsteemides, tehase- ja tööstusautomaatikas, kaevandamisrakendustes jne.

CAN andmeedastus

CAN-protokoll ei ole aadressipõhine, vaid sõnumile orienteeritud protokoll, kus CAN-i manustatud sõnumil on ülekantavate andmete sisu ja prioriteet. Bussis olevate andmete vastuvõtmisel otsustab iga sõlm, kas andmed ära visata või töödelda - ja seejärel on võrgusõnum sõltuvalt süsteemist määratud ühele või paljudele teistele sõlmedele. CAN-side võimaldab konkreetsel sõlmel küsida teavet mis tahes muult sõlmelt, saates RTR (Remote Transmit Request).

CAN-protokolli andmeedastus

See pakub andmete automaatset arbitraaživaba edastamist, edastades kõrgeima prioriteediga sõnumi ning toetades ja oodates madalama prioriteediga sõnumit. Selles protokollis on domineeriv loogiline 0 ja retsessiivne on loogiline 1. Kui üks sõlm edastab retsessiivse biti ja teine domineeriva biti, siis domineeriv bit võidab. Prioriteedipõhine arbitraažiskeem otsustab, kas edastamise jätkamiseks antakse luba, kui kaks või enam seadet hakkavad samal ajal edastama.

CAN sõnumiraam

CAN-sidevõrku saab konfigureerida erinevaid kaadri- või sõnumivorminguid.

Standardne või alusraami formaat või CAN 2.0 A
Laiendatud kaadri formaat või CAN 2.0 B

Standardne või alusraami formaat või CAN 2.0 A

Nende kahe vormingu erinevus seisneb selles, et bittide pikkus, st alusraam toetab identifikaatori 11-bitist pikkust, samas kui laiendatud raam toetab identifikaatori jaoks 29-bitist pikkust, mis koosneb 18-bitistest laienditest ja 11-bitine identifikaator. IDE-bit erineb CAN-i laiendatud kaadri formaadist ja CAN-i põhikaadri formaadist, kus IDE edastatakse domineerivana 11-bitises kaadris ja retsessiivne 29-bitises kaadris. Mõne laiendatud kaadri formaati toetava CAN-kontrolleri abil on võimalik ka põhiraami vormingus sõnumeid saata või vastu võtta.

Laiendatud kaadri formaat või CAN 2.0 B

CAN-protokollil on nelja tüüpi kaadreid: andmeraam, kaugraam, vearaam ja ülekoormusraam. Andmekaader sisaldab edastussõlme andmeid kaugraamitaotlused spetsiifilise identifikaatori edastusvea kaader tuvastab kõik sõlme vead ja ülekoormusraam aktiveerub, kui süsteem sisestab andmete või kaugraami vahel viivituse. CAN-side võib teoreetiliselt ühendada kuni 2032 seadet ühes võrgus, kuid riistvaraliste transiiverite tõttu on see praktiliselt piiratud 110 sõlmega. See toetab kaabeldamist kuni 250 meetrini, mille kiirus on 250 Kbps ja bitikiirus 10 Kbps on maksimaalne pikkus 1 km ja kõige lühem - 1 Mbps on 40 meetrit.

Tööstusautomaatika ja juhtimine CAN-protokolli abil

Seda projekti rakendatakse tööstuse juhtimiseks koormused, mida juhib alalisvoolumootor, lähtudes protsessi temperatuurimuutustest. Erinevad protsessi juhtimissüsteemid sõltuvad temperatuurist. Oletame, et segaja paagi korral - pärast teatud temperatuuri saavutamist - tuleb segaja pööramiseks sisse lülitada alalisvoolumootor. Nii et see projekt saavutab selle CAN-protokolli abil, mis on ülitõhus ja usaldusväärne madalate kuludega sideühendus.

Selles projektis kasutatakse kahte mikrokontrollerit, ühte temperatuuriandmete hankimiseks ja teist alalisvoolumootori juhtimine . CAN-kontroller MCP2515 ja CAN-transiiver MCP2551 on ühendatud mõlema mikrokontrolleriga, et rakendada CAN-ühendust andmete vahetamiseks.

Tööstusautomaatika ja juhtimine CAN-protokolli abil

Edastav külgmine mikrokontroller jälgib pidevalt temperatuure LM35 abil temperatuuriandur teisendades analoogväärtused digitaalseks, millele on lisatud ADC. Neid väärtusi võrreldakse mikrokontrolleris programmeeritud seadistatud väärtustega ja neid väärtusi rikutakse, kui mikrokontroller saadab või edastab andmed vastuvõtjale külgmine mikrokontroller CAN-kontrolleri ja transiiveri üksuste poolt.

Vastuvõtva poole CAN-side võtab andmed vastu ja edastab need mikrokontrollerile, mis töötleb andmeid edasi ja juhib alalisvoolumootorit mootori-juhi IC kaudu. Mootori suunda on võimalik muuta ka mikrokontrolleri juhitava juhi IC abil.

Seega võimaldab CAN-protokoll peer-to-peer suhtlust, ühendades erinevad sõlmed tööstuskeskkonnas. Seda tüüpi suhtlust saab rakendada ka teistes automatiseerimissüsteemid, näiteks kodu või hoone , tehas jne. Loodame, et see artikkel võis teile paremini mõista CAN-ühenduse tööstusautomaatikat. Lisateabe ja päringute saamiseks kirjutage meile.

Foto autorid: