Jakie są popularne formaty ramek magistrali CAN stosowane w sterownikach PLC?

Magistrala CAN (Controller Area Network) to solidny i szeroko stosowany protokół komunikacyjny w automatyce przemysłowej, szczególnie w programowalnych sterownikach logicznych (PLC). Jako dostawca sterowników PLC magistrali CAN byłem na własne oczy świadkiem znaczenia zrozumienia powszechnych formatów ramek magistrali CAN używanych w sterownikach PLC. Na tym blogu omówię te formaty, ich zastosowania i korzyści, jakie przynoszą ekosystemowi przemysłowemu.

Zrozumienie podstaw magistrali CAN

Zanim przejdziemy do formatów ramek, zrozummy krótko, czym jest magistrala CAN. Magistrala CAN to protokół komunikacji szeregowej, który umożliwia mikrokontrolerom i urządzeniom komunikację między sobą w pojeździe lub w środowisku przemysłowym bez komputera głównego. Pierwotnie został opracowany dla przemysłu motoryzacyjnego, ale od tego czasu znalazł zastosowanie w różnych innych sektorach, w tym w produkcji, robotyce i automatyce budynków.

Magistrala CAN działa na magistrali szeregowej typu multi-master, gdzie wiele węzłów może jednocześnie wysyłać i odbierać dane. Protokół wykorzystuje system komunikacji oparty na komunikatach, w którym każdy komunikat jest identyfikowany za pomocą unikalnego identyfikatora (ID). Ten identyfikator określa priorytet komunikatu na magistrali, przy czym niższe wartości identyfikatora mają wyższy priorytet.

Typowe formaty ramek magistrali CAN

Istnieją dwa główne typy formatów ramek magistrali CAN: standardowy CAN (CAN 2.0A) i rozszerzony CAN (CAN 2.0B).

Standardowa CAN (CAN 2.0A)

Standard CAN, znany również jako CAN 2.0A, wykorzystuje 11-bitowy identyfikator. Identyfikator ten służy do określenia priorytetu komunikatu na magistrali. Struktura ramki standardowego komunikatu CAN składa się z kilku pól:

1. Początek klatki (SOF): Pojedynczy dominujący bit wskazujący początek nowej wiadomości.
2. Pole arbitrażowe: To pole zawiera 11-bitowy identyfikator i bit żądania zdalnej transmisji (RTR). Bit RTR służy do rozróżniania ramek danych od ramek zdalnych.
3. Pole Kontrolne: Zawiera bit rozszerzenia identyfikatora (IDE), który w CAN 2.0A jest zawsze recesywny, oraz kod długości danych (DLC), który określa liczbę bajtów danych w ramce (0–8 bajtów).
4. Pole danych: To pole zawiera aktualnie przesyłane dane, o maksymalnej długości 8 bajtów.
5. Pole cyklicznej kontroli nadmiarowej (CRC).: Do wykrywania błędów w komunikacie używany jest 15-bitowy kod CRC.
6. Gniazdo ACK: Węzeł nadawczy wysyła bit recesywny, a węzły odbiorcze odpowiadają bitem dominującym, jeśli poprawnie odebrały wiadomość.
7. Koniec ramki (EOF): Sekwencja 7 bitów recesywnych oznaczająca koniec wiadomości.

Prostota 11-bitowego identyfikatora w CAN 2.0A sprawia, że ​​nadaje się on do zastosowań, w których liczba węzłów i komunikatów jest stosunkowo niewielka. Na przykład w małym systemie automatyki przemysłowej z ograniczoną liczbą czujników i elementów wykonawczych magistrala CAN 2.0A może stanowić opłacalne i wydajne rozwiązanie komunikacyjne.

Rozszerzona CAN (CAN 2.0B)

Rozszerzona sieć CAN lub CAN 2.0B wykorzystuje 29-bitowy identyfikator. Ten rozszerzony identyfikator zapewnia znacznie większą przestrzeń adresową w porównaniu ze standardową magistralą CAN, pozwalając na większą liczbę unikalnych komunikatów i węzłów w magistrali.

Struktura ramki rozszerzonego komunikatu CAN jest podobna do standardowej CAN, ale z pewnymi różnicami w polu arbitrażu:

1. Początek ramki (SOF): Podobnie jak CAN 2.0A, jest to pojedynczy bit dominujący.
2. Pole arbitrażowe: Składa się z 11-bitowego identyfikatora podstawowego, bitu IDE (dominującego w CAN 2.0B), 18-bitowego identyfikatora rozszerzonego i bitu RTR.
3. Pole Kontrolne: DLC służy do określenia liczby bajtów danych (0–8 bajtów).
4. Pole danych: Może przenosić do 8 bajtów danych.
5. Pole cyklicznej kontroli nadmiarowej (CRC).: 15-bitowy kod CRC do wykrywania błędów.
6. Gniazdo ACK: Podobnie jak w CAN 2.0A, węzeł nadawczy wysyła bit recesywny, a węzły odbiorcze odpowiadają bitem dominującym, jeśli wiadomość zostanie odebrana prawidłowo.
7. Koniec ramki (EOF): Sekwencja 7 bitów recesywnych.

Rozszerzony identyfikator w CAN 2.0B sprawia, że ​​idealnie nadaje się do dużych systemów automatyki przemysłowej, takich jak te spotykane w zakładach motoryzacyjnych lub wielkoskalowych systemów robotycznych, gdzie duża liczba urządzeń musi się ze sobą komunikować.

CAN FD (elastyczna szybkość transmisji danych)

Oprócz standardowego i rozszerzonego protokołu CAN istnieje również protokół CAN FD (Flexible Data Rate). CAN FD jest rozszerzeniem protokołu CAN 2.0, które pozwala na wyższe szybkości transmisji danych i większe ładunki danych.

Główne różnice pomiędzy CAN FD a tradycyjnymi protokołami CAN to:

1. Ładunek danych: CAN FD może przenosić do 64 bajtów danych w porównaniu do maksymalnie 8 bajtów w CAN 2.0A i CAN 2.0B.
2. Szybkość transmisji danych: CAN FD obsługuje większą szybkość transmisji danych w polu danych, która w zależności od implementacji może wynosić do kilku megabitów na sekundę.
3. Struktura ramy: Struktura ramki CAN FD jest podobna do CAN 2.0B, ale z dodatkowymi polami obsługującymi większą szybkość transmisji danych i większy ładunek.

CAN FD doskonale nadaje się do zastosowań wymagających szybkiego przesyłania danych, takich jak zaawansowane systemy wspomagania kierowcy (ADAS) w przemyśle motoryzacyjnym lub wysokowydajne przemysłowe systemy sterowania.

Zastosowania różnych formatów ramek magistrali CAN w sterownikach PLC

Wybór formatu ramki magistrali CAN w sterownikach PLC zależy od specyficznych wymagań aplikacji.

Automatyka przemysłowa na małą skalę

W przypadku małych systemów automatyki przemysłowej, takich jak lokalny panel sterowania dla pojedynczej maszyny lub małej linii produkcyjnej, często wystarczający jest standard CAN (CAN 2.0A). Prostota i niski koszt sprawiają, że jest to atrakcyjna opcja. Na przykład w prostym systemie przenośnika taśmowego czujniki mogą wysyłać informacje o stanie do sterownika PLC za pomocą komunikatów CAN 2.0A, a sterownik PLC może wysyłać polecenia sterujące do siłowników w tym samym formacie. Możesz poznać naszeKompaktowy mini sterownik PLCktóre można dobrze zintegrować z systemami CAN 2.0A.

Automatyka przemysłowa na dużą skalę

W dużych systemach automatyki przemysłowej, takich jak fabryki z wieloma liniami produkcyjnymi i dużą liczbą czujników i elementów wykonawczych, bardziej odpowiedni jest rozszerzony CAN (CAN 2.0B). Większa przestrzeń adresowa zapewniana przez 29-bitowy identyfikator pozwala na większą liczbę unikalnych komunikatów i węzłów w magistrali. Na przykład w montażu samochodów różne sekcje linii produkcyjnej mogą komunikować się ze sobą za pomocą komunikatów CAN 2.0B, zapewniając wydajną i niezawodną pracę.

Aplikacje do szybkiego przesyłania danych

W przypadku zastosowań wymagających szybkiego przesyłania danych, takich jak monitorowanie krytycznych procesów w czasie rzeczywistym lub robotyka o wysokiej wydajności, preferowanym wyborem jest CAN FD. NaszSterownik magistrali EtherCATmożna również zintegrować z systemami CAN FD, aby zapewnić kompleksowe rozwiązanie do szybkiego przesyłania danych i sterowania.

Korzyści ze stosowania magistrali CAN w sterownikach PLC

Korzystanie z magistrali CAN w sterownikach PLC oferuje kilka korzyści:

1. Niezawodność: Magistrala CAN wykorzystuje technikę sygnalizacji różnicowej, dzięki czemu jest odporna na zakłócenia elektromagnetyczne (EMI). Ma to kluczowe znaczenie w środowiskach przemysłowych, w których występuje wiele źródeł zakłóceń elektromagnetycznych, takich jak silniki i zasilacze.
2. Skalowalność: Protokół CAN Bus umożliwia łatwe dodawanie lub usuwanie węzłów w magistrali, dzięki czemu nadaje się zarówno do zastosowań na małą, jak i dużą skalę.
3. Koszt - Skuteczność: Magistrala CAN jest stosunkowo tanim protokołem komunikacyjnym w porównaniu do innych przemysłowych protokołów komunikacyjnych. Wymaga mniej okablowania i można go wdrożyć przy użyciu niedrogich mikrokontrolerów.
4. Wydajność w czasie rzeczywistym: Mechanizm arbitrażu oparty na priorytetach w magistrali CAN zapewnia, że ​​komunikaty o wysokim priorytecie są przesyłane w pierwszej kolejności, dzięki czemu nadaje się do zastosowań w czasie rzeczywistym.

Nasze rozwiązania PLC z magistralą CAN

Jako dostawca sterowników PLC CAN Bus oferujemy szeroką gamęSterownik magistrali CANprodukty obsługujące różne formaty ramek magistrali CAN. Nasze sterowniki PLC zostały zaprojektowane tak, aby były niezawodne, łatwe w użyciu i ekonomiczne, dzięki czemu nadają się do szerokiego zakresu zastosowań przemysłowych.

Niezależnie od tego, czy potrzebujesz prostego rozwiązania opartego na CAN 2.0A do małego projektu, czy też wysokowydajnego sterownika PLC z obsługą CAN FD do dużego systemu przemysłowego, mamy dla Ciebie odpowiedni produkt. Nasz zespół ekspertów może również zapewnić wsparcie techniczne i usługi dostosowywania, aby mieć pewność, że nasze sterowniki PLC spełnią Twoje specyficzne wymagania.

Skontaktuj się z nami w sprawie zakupów

Jeśli są Państwo zainteresowani naszymi produktami PLC magistrali CAN lub mają Państwo jakiekolwiek pytania dotyczące formatów ramek magistrali CAN i ich zastosowań w sterownikach PLC, zachęcamy do skontaktowania się z nami w celu zamówienia i dalszych dyskusji. Nasz doświadczony zespół sprzedaży z przyjemnością pomoże w znalezieniu najlepszego rozwiązania dla Twoich potrzeb w zakresie automatyki przemysłowej.

Referencje

• Bosch, „Specyfikacja sieci kontrolera (CAN) wersja 2.0”, 1991.
• ISO 11898 – 1:2015, „Pojazdy drogowe – Sieć obszarowa sterowania (CAN) – Część 1: Warstwa łącza danych i sygnalizacja fizyczna”.
• CiA (CAN in Automation), „CANopen — protokół wyższej warstwy oparty na CAN dla rozproszonej automatyki przemysłowej”, 2019.