Automatització i control industrial

Avui en dia sistemes d'automatització industrial s’han popularitzat en moltes de les indústries i tenen un paper crucial en el control de diverses operacions relacionades amb els processos. A causa de la implementació d'una àmplia varietat de xarxes industrials amb la seva distribució geogràfica a la fàbrica o la indústria, la capacitat de transferència i control de dades del sòl s'ha tornat més sofisticada i fàcil, des del control de baix nivell fins a l'alt nivell. Aquestes xarxes industrials s’encaminen a través de diversos busos de camp que utilitzen diversos estàndards de comunicació, com ara protocol CAN, Profibus, Modbus, xarxa de dispositius, etc. Per tant, vegem com funciona la comunicació CAN per automatitzar les indústries i altres sistemes basats en automatització .

“com comprovar condensadors amb multímetre ”

Introducció a l'Automatització i Control Industrial

La figura següent mostra l'arquitectura de l'automatització i control industrial en què es realitzen tres nivells de control per automatitzar tot el sistema. Aquests tres nivells són control i automatització, control de processos i control d’ordre superior. El nivell de control i automatització consta de diversos dispositius de camp, com ara sensors i actuadors, per controlar i controlar les variables del procés.

Arquitectura d’automatització industrial

Process Control Level és un controlador central responsable de controlar i mantenir diversos dispositius de control com Controladors lògics programables (PLC) , i també les interfícies gràfiques d'usuari com SCADA i Interfície màquina humana (HMI) també s’inclouen en aquest nivell. El nivell de control de comandes superiors és un nivell empresarial que gestiona totes les operacions relacionades amb el negoci.

En observar de prop el diagrama anterior i tots els seus nivells i també els nivells intermedis, els busos de comunicació com ara Profibus i Ethernet industrial es veuen com connectats per intercanviar la informació. Per tant, el bus de comunicació és el component principal en l'automatització industrial per a la transferència fiable de dades entre els controladors, ordinadors i també des dels dispositius de camp.

Xarxa d'àrea de control o protocol CAN

Model d'interconnexió de sistemes oberts (OSI)

Comunicació de dades és la transferència de dades d’un punt a un altre. Per donar suport a la comunicació industrial, l'Organització Internacional per a la Normalització ha desenvolupat un model d'interconnexió de sistemes oberts (OSI) per proporcionar transferència de dades entre diversos nodes. Aquest protocol i marc OSI depèn del fabricant. El protocol CAN utilitza dues capes inferiors, és a dir, capes d’enllaç físic i de dades de les set capes del model OSI.

Una xarxa d'àrea de controlador o protocol CAN és un mestre múltiple bus de comunicació sèrie , i és una xarxa de controladors independents. La versió actual de CAN es fa servir des del 1990 i va ser desenvolupada per Bosch i Intel. Emet missatges als nodes presentats en una xarxa oferint una velocitat de transmissió que pot arribar fins a 1 Mbps. Per a una transmissió eficaç, segueix mètodes fiables de detecció d’errors i, per a l’arbitratge sobre la prioritat del missatge i la detecció de col·lisions, utilitza protocol d’accés múltiple de l’operador. A causa d'aquestes característiques fiables de transferència de dades, aquest protocol s'ha utilitzat en autobusos, automòbils i altres sistemes d'automòbils, automatització industrial i industrial, aplicacions mineres, etc.

Transmissió de dades CAN

Protocol CAN no és un protocol basat en adreces, sinó un protocol orientat a missatges, en què el missatge incrustat a CAN té el contingut i la prioritat de les dades que es transfereixen. A partir de la recepció de dades al bus, cada node decideix si descartar o processar les dades i, segons el sistema, el missatge de xarxa es destina a un node únic o a molts altres nodes. La comunicació CAN permet a un node concret sol·licitar la informació de qualsevol altre node enviant RTR (Sol·licitud de transmissió remota).

Transmissió de dades del protocol CAN

Ofereix una transmissió automàtica de dades sense arbitratge mitjançant la transferència del missatge de màxima prioritat i la còpia de seguretat i l’espera del missatge de prioritat inferior. En aquest protocol, el dominant és un 0 lògic i el recessiu és un lògic 1. Quan un node transmet un bit recessiu i un altre transmet un bit dominant, llavors el bit dominant guanya. Un esquema d’arbitratge basat en prioritats decideix si es concedirà permís per continuar la transmissió si dos o més dispositius comencen a transmetre alhora.

Marc de missatges CAN

Una xarxa de comunicació CAN pot configurar diferents formats de marcs o missatges.

Format de marc estàndard o base o CAN 2.0 A
Format de quadre ampliat o CAN 2.0 B

Format de marc estàndard o base o CAN 2.0 A

La diferència entre aquests dos formats és que la longitud dels bits, és a dir, la trama base admet la longitud de 11 bits per a l’identificador, mentre que la trama estesa admet la longitud de 29 bits per a l’identificador, que es compon d’extensió de 18 bits i un identificador d'11 bits. El bit IDE difereix del format de quadre ampliat CAN i el format de base CAN, en què IDE es transmet com a dominant en un cas de fotograma de 11 bits i recessiu en un cas de fotograma de 29 bits. També és possible enviar o rebre missatges en format de marc base per alguns controladors CAN que admeten formats de marc ampliat.

Format de quadre ampliat o CAN 2.0 B

El protocol CAN té quatre tipus de marcs: marc de dades, marc remot, marc d’error i marc de sobrecàrrega. El marc de dades conté dades de nodes de transmissió que el marc remot sol·licita un identificador específic, el marc d'error de transmissió detecta qualsevol error de node i el marc de sobrecàrrega s'activa quan el sistema injecta un retard entre les dades o el marc remot. La comunicació CAN pot vincular teòricament fins a 2032 dispositius en una sola xarxa, però pràcticament es limita a 110 nodes a causa dels transceptors de maquinari. Admet el cablejat de fins a 250 metres amb una velocitat de transmissió de 250 Kbps amb una velocitat de bits de 10 Kbps la longitud màxima d’1 km, i el més curt amb 1 Mbps de 40 metres.

Automatització i control industrial mitjançant protocol CAN

Això El projecte s’implementa per controlar la indústria càrregues que s'executen mitjançant un motor de corrent continu en funció de les variacions de temperatura del procés. Diversos sistemes de control de processos depèn de la temperatura. Suposem que, en cas de tanc d’agitador, després d’assolir una temperatura determinada, cal engegar el motor de corrent continu per fer girar l’agitador. Per tant, aquest projecte ho aconsegueix amb l’ús del protocol CAN, que és una comunicació de baix cost molt eficient i fiable.

En aquest projecte s’utilitzen dos microcontroladors, un per adquirir dades de temperatura i l’altre per a controlant el motor de corrent continu . El controlador CAN MCP2515 i el transceptor CAN MCP2551 estan connectats a tots dos microcontroladors per implementar la comunicació CAN per a l’intercanvi de dades.

Automatització i control industrial mitjançant protocol CAN

El microcontrolador lateral transmissor monitoritza contínuament les temperatures amb l’ús de LM35 sensor de temperatura convertint valors analògics a digitals amb ADC adjunt. Aquests valors es comparen amb els valors programats al microcontrolador, i aquests valors es violen quan el microcontrolador envia o transmet les dades al receptor microcontrolador lateral per unitats de controlador i transceptor CAN.

La comunicació CAN del costat receptor rep les dades i les transfereix al microcontrolador que processa les dades i controla el motor de corrent continu mitjançant un CI de controlador de motor. També és possible canviar la direcció del motor amb el controlador IC controlat pel microcontrolador.

Per tant, el protocol CAN permet la comunicació peer-to-peer mitjançant la connexió de diferents nodes en un entorn industrial. Aquest tipus de comunicació també es pot implementar en altres sistemes d'automatització com la llar o l'edifici , fàbrica, etc. Esperem que aquest article us hagi proporcionat una millor comprensió de l'automatització industrial amb la comunicació CAN. Si us plau, escriviu-nos per obtenir més informació i consultes.

Crèdits fotogràfics: