Βιομηχανικός αυτοματισμός και έλεγχος

Στην εποχή μας βιομηχανικά συστήματα αυτοματισμού έχουν γίνει δημοφιλείς σε πολλές από τις βιομηχανίες και διαδραματίζουν καθοριστικό ρόλο στον έλεγχο διάφορων διαδικασιών που σχετίζονται με τη διαδικασία. Λόγω της εφαρμογής μιας ευρείας ποικιλίας βιομηχανικών δικτύων με τη γεωγραφική τους κατανομή σε εργοστάσιο ή βιομηχανία, η ελάχιστη ικανότητα μεταφοράς δεδομένων και ελέγχου έχει γίνει πιο εξελιγμένη και εύκολη, κυμαινόμενη από έλεγχο χαμηλού επιπέδου έως υψηλού επιπέδου. Αυτά τα βιομηχανικά δίκτυα δρομολογούνται μέσω διαφόρων λεωφορείων πεδίου που χρησιμοποιούν διάφορα πρότυπα επικοινωνίας όπως πρωτόκολλο CAN, Profibus, Modbus, Device net κλπ. Ας δούμε λοιπόν πώς λειτουργεί η επικοινωνία CAN για την αυτοματοποίηση των βιομηχανιών και άλλων συστήματα αυτοματισμού .

“διάγραμμα διαχωριστή τάσης εναλλασσόμενου ρεύματος ”

Εισαγωγή στη βιομηχανική αυτοματοποίηση και τον έλεγχο

Το παρακάτω σχήμα δείχνει την αρχιτεκτονική του βιομηχανικού αυτοματισμού και ελέγχου όπου εκτελούνται τρία επίπεδα ελέγχου για την αυτοματοποίηση ολόκληρου του συστήματος. Αυτά τα τρία επίπεδα είναι έλεγχος και αυτοματοποίηση, έλεγχος διαδικασίας και έλεγχος υψηλότερης τάξης. Το επίπεδο ελέγχου και αυτοματισμού αποτελείται από διάφορες συσκευές πεδίου, όπως αισθητήρες και ενεργοποιητές για την παρακολούθηση και τον έλεγχο των μεταβλητών της διαδικασίας.

Αρχιτεκτονική βιομηχανικού αυτοματισμού

Το Process Control Level είναι ένας κεντρικός ελεγκτής υπεύθυνος για τον έλεγχο και τη συντήρηση πολλών συσκευών ελέγχου όπως Προγραμματιζόμενοι ελεγκτές λογικής (PLC) , και επίσης οι γραφικές διεπαφές χρήστη όπως SCADA και Διεπαφή ανθρώπινου μηχανήματος (HMI) περιλαμβάνονται επίσης σε αυτό το επίπεδο. Το Ανώτερο Επίπεδο Ελέγχου Παραγγελιών είναι ένα επίπεδο επιχείρησης που διαχειρίζεται όλες τις λειτουργίες που σχετίζονται με τις επιχειρήσεις.

Παρατηρώντας προσεκτικά το παραπάνω διάγραμμα και κάθε επίπεδο και επίσης ενδιάμεσα επίπεδα, τα λεωφορεία επικοινωνίας όπως το Profibus και βιομηχανικό Ethernet θεωρούνται συνδεδεμένοι για την ανταλλαγή πληροφοριών. Επομένως, ο δίαυλος επικοινωνίας είναι το κύριο συστατικό της βιομηχανικής αυτοματοποίησης για αξιόπιστη μεταφορά δεδομένων μεταξύ των ελεγκτών, των υπολογιστών και επίσης από τις επιτόπιες συσκευές.

Δίκτυο περιοχής ελέγχου ή πρωτόκολλο CAN

Μοντέλο Open Systems Interconnection (OSI)

Επικοινωνία δεδομένων είναι η μεταφορά δεδομένων από το ένα σημείο στο άλλο. Για να υποστηρίξει τη βιομηχανική επικοινωνία, ο Διεθνής Οργανισμός Τυποποίησης έχει αναπτύξει το μοντέλο Open Systems Interconnection (OSI) για την παροχή μεταφοράς δεδομένων μεταξύ διαφόρων κόμβων. Αυτό το πρωτόκολλο και το πλαίσιο OSI εξαρτάται από τον κατασκευαστή. Το πρωτόκολλο CAN χρησιμοποιεί χαμηλότερα δύο επίπεδα, δηλαδή φυσικά στρώματα και επίπεδα σύνδεσης δεδομένων από τα επτά επίπεδα του μοντέλου OSI.

Ένα πρωτόκολλο δικτύου ελεγκτών ή CAN είναι ένα πολυ-κύριο σειριακό λεωφορείο επικοινωνίας , και είναι ένα δίκτυο ανεξάρτητων ελεγκτών. Η τρέχουσα έκδοση του CAN χρησιμοποιείται από το 1990 και αναπτύχθηκε από την Bosch και την Intel. Μεταδίδει μηνύματα στους κόμβους που παρουσιάζονται σε ένα δίκτυο προσφέροντας ταχύτητα μετάδοσης που κυμαίνεται έως 1 Mbps. Για μια αποτελεσματική μετάδοση, ακολουθεί αξιόπιστες μεθόδους ανίχνευσης σφαλμάτων - και, για διαιτησία σχετικά με την προτεραιότητα του μηνύματος και την ανίχνευση σύγκρουσης, χρησιμοποιεί πρωτόκολλο πολλαπλής πρόσβασης με αίσθηση φορέα. Λόγω αυτών των αξιόπιστων χαρακτηριστικών μεταφοράς δεδομένων, αυτό το πρωτόκολλο χρησιμοποιείται σε λεωφορεία, αυτοκίνητα και άλλα συστήματα αυτοκινήτων, αυτοματισμούς εργοστασίων και βιομηχανικών εγκαταστάσεων, εφαρμογές εξόρυξης κ.λπ.

Διαβίβαση δεδομένων CAN

Πρωτόκολλο CAN δεν είναι ένα πρωτόκολλο που βασίζεται στη διεύθυνση, αλλά είναι ένα πρωτόκολλο προσανατολισμένο στα μηνύματα, όπου το ενσωματωμένο μήνυμα στο CAN έχει το περιεχόμενο και την προτεραιότητα των δεδομένων που μεταφέρονται. Μέχρι τη λήψη δεδομένων στο δίαυλο, κάθε κόμβος αποφασίζει εάν θα απορρίψει ή θα επεξεργαστεί τα δεδομένα - και στη συνέχεια, ανάλογα με το σύστημα, το μήνυμα δικτύου προορίζεται για έναν μόνο κόμβο ή πολλούς άλλους κόμβους. Η επικοινωνία CAN επιτρέπει σε έναν συγκεκριμένο κόμβο να ζητήσει τις πληροφορίες από οποιονδήποτε άλλο κόμβο στέλνοντας RTR (Αίτημα απομακρυσμένης μετάδοσης).

Μετάδοση δεδομένων πρωτοκόλλου CAN

Προσφέρει αυτόματη μετάδοση δεδομένων χωρίς διαιτησία, μεταφέροντας το μήνυμα υψηλότερης προτεραιότητας και υποστηρίζοντας και περιμένοντας το μήνυμα χαμηλότερης προτεραιότητας. Σε αυτό το πρωτόκολλο, το κυρίαρχο είναι ένα λογικό 0 και το υπολειπόμενο είναι ένα λογικό 1. Όταν ένας κόμβος μεταδίδει ένα υπολειπόμενο bit και ένας άλλος μεταδίδει ένα bit κυριαρχίας, τότε το κυρίαρχο bit κερδίζει. Ένα σύστημα διαιτησίας βάσει προτεραιότητας αποφασίζει εάν θα δοθεί άδεια για συνέχιση της μετάδοσης εάν δύο ή περισσότερες συσκευές αρχίσουν να εκπέμπουν ταυτόχρονα.

ΜΠΟΡΕΙΤΕ Πλαίσιο μηνυμάτων

Ένα δίκτυο επικοινωνίας CAN μπορεί να διαμορφωθεί σε διαφορετικές μορφές πλαισίου ή μηνύματος.

Τυπική ή βασική μορφή πλαισίου ή CAN 2.0 A
Εκτεταμένη μορφή καρέ ή CAN 2.0 B

Τυπική ή βασική μορφή πλαισίου ή CAN 2.0 A

Η διαφορά μεταξύ αυτών των δύο μορφών είναι ότι το μήκος των bit, δηλαδή, το πλαίσιο βάσης υποστηρίζει μήκος 11-bit για το αναγνωριστικό, ενώ το εκτεταμένο πλαίσιο υποστηρίζει μήκος 29-bit για το αναγνωριστικό, το οποίο αποτελείται από επέκταση 18-bit και ένα αναγνωριστικό 11-bit. Το bit IDE διαφέρει εκτεταμένη μορφή πλαισίου CAN και η μορφή πλαισίου βάσης CAN όπου το IDE μεταδίδεται ως κυρίαρχο σε θήκη καρέ 11-bit και υπολειπόμενο σε θήκη πλαισίου 29-bit. Είναι επίσης δυνατό να στείλετε ή να λάβετε μηνύματα σε μορφή βασικού καρέ από ορισμένους ελεγκτές CAN που υποστηρίζουν μορφές εκτεταμένου καρέ.

Εκτεταμένη μορφή καρέ ή CAN 2.0 B

Το πρωτόκολλο CAN έχει τέσσερις τύπους πλαισίων: πλαίσιο δεδομένων, απομακρυσμένο πλαίσιο, πλαίσιο σφάλματος και πλαίσιο υπερφόρτωσης. Το πλαίσιο δεδομένων περιέχει κόμβο μετάδοσης δεδομένα απομακρυσμένου πλαισίου αιτήσεων συγκεκριμένου αναγνωριστικού πλαίσιο σφάλματος μετάδοσης εντοπίζει τυχόν σφάλματα κόμβου και, το πλαίσιο υπερφόρτωσης ενεργοποιείται όταν το σύστημα εισάγει καθυστέρηση μεταξύ δεδομένων ή απομακρυσμένου πλαισίου. Η επικοινωνία CAN μπορεί να συνδέσει θεωρητικά έως και 2032 συσκευές σε ένα μόνο δίκτυο, αλλά ουσιαστικά περιορίζεται σε 110 κόμβους λόγω των πομποδεκτών υλικού. Υποστηρίζει καλωδίωση έως 250 μέτρα με ρυθμό baud 250 Kbps με ρυθμό bit 10 Kbps είναι το μέγιστο μήκος 1 km και το συντομότερο με 1 Mbps είναι 40 μέτρα.

Βιομηχανικός αυτοματισμός και έλεγχος χρησιμοποιώντας πρωτόκολλο CAN

Αυτό Το έργο υλοποιείται για τον έλεγχο της βιομηχανικής βιομηχανίας φορτία που εκτελούνται από κινητήρα DC με βάση τις μεταβολές θερμοκρασίας της διαδικασίας. Διάφορος συστήματα ελέγχου διεργασιών εξαρτάται από τη θερμοκρασία. Ας υποθέσουμε ότι, σε περίπτωση δεξαμενής αναδευτήρα - μετά την επίτευξη ορισμένης θερμοκρασίας - ο κινητήρας DC πρέπει να είναι ενεργοποιημένος για περιστροφή του αναδευτήρα. Έτσι, αυτό το έργο το επιτυγχάνει με τη χρήση πρωτοκόλλου CAN που είναι πολύ αποτελεσματική και αξιόπιστη επικοινωνία χαμηλού κόστους.

Δύο μικροελεγκτές χρησιμοποιούνται σε αυτό το έργο, ένας για την απόκτηση δεδομένων θερμοκρασίας και ο άλλος για έλεγχος του κινητήρα DC . Ο ελεγκτής CAN MCP2515 και ο πομποδέκτης CAN MCP2551 είναι συνδεδεμένοι και στους δύο μικροελεγκτές για την εφαρμογή της επικοινωνίας CAN για την ανταλλαγή δεδομένων.

Βιομηχανικός αυτοματισμός και έλεγχος χρησιμοποιώντας πρωτόκολλο CAN

Ο δευτερεύων μικροελεγκτής μετάδοσης παρακολουθεί συνεχώς τις θερμοκρασίες με τη χρήση του LM35 αισθητήρας θερμοκρασίας μετατρέποντας τις αναλογικές τιμές σε ψηφιακές με ADC συνδεδεμένο σε αυτό. Αυτές οι τιμές συγκρίνονται με τις καθορισμένες τιμές που έχουν προγραμματιστεί στον μικροελεγκτή και αυτές οι τιμές παραβιάζονται όταν ο μικροελεγκτής στέλνει ή μεταδίδει τα δεδομένα στον δέκτη πλευρικός μικροελεγκτής από μονάδες ελεγκτή και πομποδέκτη CAN.

Η επικοινωνία CAN της πλευράς λήψης λαμβάνει τα δεδομένα και τα μεταφέρει στον μικροελεγκτή που επεξεργάζεται περαιτέρω τα δεδομένα και ελέγχει τον κινητήρα DC από ένα IC οδηγού κινητήρα. Είναι επίσης δυνατό να αλλάξετε την κατεύθυνση του κινητήρα με το IC οδηγού που ελέγχεται από τον μικροελεγκτή.

Έτσι, το πρωτόκολλο CAN επιτρέπει την επικοινωνία peer-to-peer συνδέοντας διαφορετικούς κόμβους σε βιομηχανικό περιβάλλον. Αυτός ο τύπος επικοινωνίας μπορεί επίσης να εφαρμοστεί και σε άλλους συστήματα αυτοματισμού όπως το σπίτι ή το κτίριο , εργοστάσιο, κ.λπ. Ελπίζουμε ότι αυτό το άρθρο θα σας έδινε καλύτερη κατανόηση σχετικά με τη βιομηχανική αυτοματοποίηση με επικοινωνία CAN. Παρακαλούμε γράψτε μας για περισσότερες πληροφορίες και απορίες.

Φωτογραφικές μονάδες: