CAN (Controller Area Network) Bus je robustný a široko používaný komunikačný protokol v priemyselnej automatizácii, najmä v programovateľných logických ovládačoch (PLC). Ako dodávateľ CAN Bus PLC som bol na vlastnej koži svedkom významu pochopenia bežných formátov rámcov CAN Bus používaných v PLC. V tomto blogu sa budem venovať týmto formátom, ich aplikáciám a prínosu pre priemyselný ekosystém.
Pochopenie základov zbernice CAN
Predtým, než sa vrhneme na formáty rámcov, stručne pochopme, čo je CAN Bus. CAN Bus je sériový komunikačný protokol, ktorý umožňuje mikrokontrolérom a zariadeniam navzájom komunikovať vo vozidle alebo v priemyselnom prostredí bez hostiteľského počítača. Pôvodne bol vyvinutý pre automobilový priemysel, no odvtedy si našiel cestu do rôznych iných sektorov vrátane výroby, robotiky a automatizácie budov.
CAN Bus funguje na multi-master sériovej zbernici, kde viaceré uzly môžu odosielať a prijímať dáta súčasne. Protokol využíva komunikačný systém založený na správe, kde je každá správa identifikovaná jedinečným identifikátorom (ID). Toto ID určuje prioritu správy na zbernici, pričom nižšie hodnoty ID majú vyššiu prioritu.
Bežné formáty rámcov zbernice CAN
Existujú dva hlavné typy formátov rámcov CAN Bus: Standard CAN (CAN 2.0A) a Extended CAN (CAN 2.0B).
Štandardná CAN (CAN 2.0A)
Štandard CAN, tiež známy ako CAN 2.0A, používa 11-bitový identifikátor. Tento identifikátor sa používa na určenie priority správy na zbernici. Rámcová štruktúra štandardnej CAN správy pozostáva z niekoľkých polí:
- Začiatok snímky (SOF): Jediný dominantný bit, ktorý označuje začiatok novej správy.
- Arbitrážne pole: Toto pole obsahuje 11-bitový identifikátor a bit požiadavky na vzdialený prenos (RTR). Bit RTR sa používa na rozlíšenie medzi dátovými rámcami a vzdialenými rámcami.
- Kontrolné pole: Zahŕňa bit rozšírenia identifikátora (IDE), ktorý je v CAN 2.0A vždy recesívny, a kód dĺžky údajov (DLC), ktorý udáva počet dátových bajtov v rámci (0 - 8 bajtov).
- Dátové pole: Toto pole obsahuje aktuálne prenášané dáta s maximálnou dĺžkou 8 bajtov.
- Pole Cyclic Redundancy Check (CRC).: Na zistenie chýb v správe sa používa 15-bitový kód CRC.
- Slot ACK: Vysielací uzol posiela recesívny bit a prijímacie uzly odpovedajú dominantným bitom, ak správne prijali správu.
- Koniec snímky (EOF): Sekvencia 7 recesívnych bitov, ktorá označuje koniec správy.
Jednoduchosť 11-bitového identifikátora v CAN 2.0A ho robí vhodným pre aplikácie, kde je počet uzlov a správ relatívne malý. Napríklad v malom priemyselnom automatizačnom systéme s obmedzeným počtom senzorov a akčných členov môže CAN 2.0A poskytnúť nákladovo efektívne a efektívne komunikačné riešenie.
Rozšírený CAN (CAN 2.0B)
Rozšírený CAN alebo CAN 2.0B používa 29-bitový identifikátor. Tento rozšírený identifikátor poskytuje oveľa väčší adresný priestor v porovnaní so štandardným CAN, čo umožňuje väčší počet jedinečných správ a uzlov na zbernici.
Štruktúra rámca rozšírenej správy CAN je podobná štruktúre štandardnej CAN, ale s určitými rozdielmi v rozhodcovskom poli:
- Začiatok snímky (SOF): Podobne ako CAN 2.0A je to jeden dominantný bit.
- Arbitrážne pole: Pozostáva z 11-bitového základného identifikátora, bitu IDE (dominantného v CAN 2.0B), 18-bitového rozšíreného identifikátora a bitu RTR.
- Kontrolné pole: DLC sa používa na určenie počtu dátových bajtov (0 - 8 bajtov).
- Dátové pole: Môže prenášať až 8 bajtov dát.
- Pole Cyclic Redundancy Check (CRC).: 15-bitový CRC kód na detekciu chýb.
- Slot ACK: Podobne ako pri CAN 2.0A vysielací uzol posiela recesívny bit a prijímacie uzly odpovedajú dominantným bitom, ak je správa prijatá správne.
- Koniec snímky (EOF): Sekvencia 7 recesívnych bitov.
Rozšírený identifikátor v CAN 2.0B ho robí ideálnym pre rozsiahle priemyselné automatizačné systémy, ako sú tie, ktoré sa nachádzajú v závodoch na výrobu automobilov alebo vo veľkých robotických systémoch, kde musí medzi sebou komunikovať veľké množstvo zariadení.
CAN FD (flexibilná rýchlosť prenosu dát)
Okrem Standard a Extended CAN existuje aj protokol CAN FD (Flexible Data Rate). CAN FD je rozšírenie protokolu CAN 2.0, ktoré umožňuje vyššie prenosové rýchlosti a väčšie dátové zaťaženie.
Hlavné rozdiely medzi CAN FD a tradičnými protokolmi CAN sú:
- Dátové zaťaženie: CAN FD môže prenášať až 64 bajtov dát v porovnaní s maximálne 8 bajtmi v CAN 2.0A a CAN 2.0B.
- Rýchlosť prenosu dát: CAN FD podporuje vyššiu dátovú rýchlosť v dátovom poli, ktorá môže byť až niekoľko megabitov za sekundu, v závislosti od implementácie.
- Rámová štruktúra: Rámcová štruktúra CAN FD je podobná štruktúre CAN 2.0B, ale s ďalšími poľami na podporu vyššej rýchlosti prenosu dát a väčšieho užitočného zaťaženia.
CAN FD je vhodný pre aplikácie, ktoré vyžadujú vysokorýchlostný prenos dát, ako napríklad v pokročilých asistenčných systémoch vodiča (ADAS) v automobilovom priemysle alebo vysokovýkonných priemyselných riadiacich systémoch.
Aplikácie rôznych formátov rámcov zbernice CAN v PLC
Výber formátu rámca zbernice CAN v PLC závisí od špecifických požiadaviek aplikácie.
Malá priemyselná automatizácia
Pre malé priemyselné automatizačné systémy, ako je lokálny ovládací panel pre jeden stroj alebo malú výrobnú linku, často postačuje štandardný CAN (CAN 2.0A). Jeho jednoduchosť a nižšie náklady z neho robia atraktívnu možnosť. Napríklad v jednoduchom systéme pásového dopravníka môžu senzory odosielať stavové informácie do PLC pomocou správ CAN 2.0A a PLC môže posielať ovládacie príkazy akčným členom v rovnakom formáte. Môžete preskúmať našeKompaktné mini PLCktoré sa dajú dobre integrovať so systémami CAN 2.0A.
Priemyselná automatizácia veľkého rozsahu
Vo veľkých systémoch priemyselnej automatizácie, ako je továreň s viacerými výrobnými linkami a veľkým počtom snímačov a akčných členov, je vhodnejšia rozšírená sieť CAN (CAN 2.0B). Väčší adresný priestor poskytovaný 29-bitovým identifikátorom umožňuje väčší počet jedinečných správ a uzlov na zbernici. Napríklad v automobilovom montážnom závode môžu rôzne časti výrobnej linky navzájom komunikovať pomocou správ CAN 2.0B, čím sa zabezpečí efektívna a spoľahlivá prevádzka.
Vysokorýchlostné aplikácie na prenos dát
Pre aplikácie, ktoré vyžadujú vysokorýchlostný prenos dát, ako je monitorovanie kritických procesov v reálnom čase alebo vysokovýkonná robotika, je CAN FD preferovanou voľbou. nášPLC zbernice EtherCATmôžu byť tiež integrované so systémami CAN FD, aby poskytli komplexné riešenie pre vysokorýchlostný prenos dát a ovládanie.
Výhody použitia zbernice CAN v PLC
Používanie zbernice CAN v PLC ponúka niekoľko výhod:
- Spoľahlivosť: CAN Bus využíva diferenciálnu signalizačnú techniku, vďaka ktorej je odolná voči elektromagnetickému rušeniu (EMI). To je rozhodujúce v priemyselných prostrediach, kde existuje veľa zdrojov EMI, ako sú motory a napájacie zdroje.
- Škálovateľnosť: Protokol CAN Bus umožňuje jednoduché pridávanie alebo odstraňovanie uzlov na zbernici, vďaka čomu je vhodný pre malé aj veľké aplikácie.
- Náklady – efektívnosť: CAN Bus je relatívne lacný komunikačný protokol v porovnaní s inými priemyselnými komunikačnými protokolmi. Vyžaduje menej káblov a môže byť implementovaný pomocou lacných mikrokontrolérov.
- Výkon v reálnom čase: Mechanizmus rozhodovania na základe priority v zbernici CAN zaisťuje, že správy s vysokou prioritou sa prenášajú ako prvé, vďaka čomu je vhodný pre aplikácie v reálnom čase.
Naše riešenia CAN Bus PLC
Ako dodávateľ CAN Bus PLC ponúkame celý radCAN Bus PLCprodukty, ktoré podporujú rôzne formáty rámcov CAN Bus. Naše PLC sú navrhnuté tak, aby boli spoľahlivé, ľahko použiteľné a nákladovo efektívne, vďaka čomu sú vhodné pre širokú škálu priemyselných aplikácií.
Či už potrebujete jednoduché riešenie založené na CAN 2.0A pre malý projekt alebo vysokovýkonné PLC s podporou CAN FD pre rozsiahly priemyselný systém, máme pre vás ten správny produkt. Náš tím odborníkov môže tiež poskytnúť technickú podporu a služby prispôsobenia, aby sa zabezpečilo, že naše PLC spĺňajú vaše špecifické požiadavky.
Kontaktujte nás a obstarajte
Ak máte záujem o naše produkty CAN Bus PLC alebo máte akékoľvek otázky o formátoch rámcov CAN Bus a ich aplikáciách v PLC, odporúčame vám kontaktovať nás kvôli obstarávaniu a ďalšej diskusii. Náš skúsený predajný tím vám rád pomôže pri hľadaní najlepšieho riešenia pre vaše potreby priemyselnej automatizácie.
Referencie
- Bosch, "Controller Area Network (CAN) Specification Version 2.0", 1991.
- ISO 11898 – 1:2015, "Cestné vozidlá – Sieť riadiacej oblasti (CAN) – Časť 1: Vrstva dátového spojenia a fyzická signalizácia."
- CiA (CAN in Automation), „CANopen — protokol vyššej vrstvy založený na CAN pre distribuovanú priemyselnú automatizáciu“, 2019.