Tự động hóa và điều khiển công nghiệp

Ngày nay hệ thống tự động hóa công nghiệp đã trở nên phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp và đóng một vai trò quan trọng trong việc kiểm soát một số hoạt động liên quan đến quy trình. Do việc triển khai nhiều loại mạng công nghiệp với sự phân bố theo địa lý của chúng trong nhà máy hoặc ngành công nghiệp, khả năng truyền và kiểm soát dữ liệu sàn ngày càng trở nên tinh vi và dễ dàng hơn, từ kiểm soát cấp thấp đến cấp cao. Các mạng công nghiệp này được định tuyến thông qua các bus trường khác nhau sử dụng các tiêu chuẩn truyền thông khác nhau như giao thức CAN, Profibus, Modbus, Device net, v.v. Vì vậy, chúng ta hãy xem cách giao tiếp CAN hoạt động để tự động hóa các ngành công nghiệp và các hệ thống dựa trên tự động hóa .

“ký hiệu của pin là gì ”

Giới thiệu về Tự động hóa và Điều khiển Công nghiệp

Hình dưới đây cho thấy kiến trúc của điều khiển và tự động hóa công nghiệp, trong đó ba cấp độ điều khiển được thực hiện để tự động hóa toàn bộ hệ thống. Ba cấp độ này là điều khiển và tự động hóa, điều khiển quá trình và điều khiển bậc cao hơn. Cấp độ Điều khiển và Tự động hóa bao gồm các thiết bị hiện trường khác nhau như cảm biến và thiết bị truyền động để giám sát và điều khiển các biến quá trình.

Kiến trúc tự động hóa công nghiệp

Mức kiểm soát quy trình là bộ điều khiển trung tâm chịu trách nhiệm kiểm soát và duy trì một số thiết bị kiểm soát như Bộ điều khiển logic có thể lập trình (PLC) và cả các Giao diện Đồ họa Người dùng như SCADA và Giao diện người máy (HMI) cũng được bao gồm trong cấp độ này. Cấp kiểm soát đơn hàng cao hơn là cấp doanh nghiệp quản lý tất cả các hoạt động liên quan đến kinh doanh.

Bằng cách quan sát chặt chẽ sơ đồ trên và từng cấp độ của nó và cũng như ở giữa các cấp độ, các xe buýt truyền thông như Profibus và Ethernet công nghiệp được xem như được kết nối để trao đổi thông tin. Do đó, bus truyền thông là thành phần chính trong tự động hóa công nghiệp để truyền dữ liệu đáng tin cậy giữa các bộ điều khiển, máy tính và cả từ các thiết bị hiện trường.

Mạng vùng điều khiển hoặc Giao thức CAN

Mô hình kết nối hệ thống mở (OSI)

Dữ liệu cộng đồng là việc chuyển dữ liệu từ điểm này sang điểm khác. Để hỗ trợ truyền thông công nghiệp, Tổ chức Tiêu chuẩn hóa Quốc tế đã phát triển mô hình Kết nối Hệ thống Mở (OSI) để cung cấp truyền dữ liệu giữa các nút khác nhau. Khung và giao thức OSI này phụ thuộc vào nhà sản xuất. Giao thức CAN sử dụng hai lớp thấp hơn, tức là các lớp liên kết vật lý và dữ liệu trong số bảy lớp của mô hình OSI.

Mạng Vùng Bộ điều khiển hoặc giao thức CAN là một mạng đa tổng thể xe buýt liên lạc nối tiếp , và nó là một mạng lưới các bộ điều khiển độc lập. Phiên bản hiện tại của CAN đã được sử dụng từ năm 1990 và nó được phát triển bởi Bosch và Intel. Nó phát thông điệp đến các nút được trình bày trong mạng bằng cách cung cấp tốc độ truyền lên đến 1 Mbps. Để truyền tải hiệu quả, nó tuân theo các phương pháp phát hiện lỗi đáng tin cậy - và để phân xử về mức độ ưu tiên của bản tin và phát hiện xung đột, nó sử dụng giao thức đa truy cập cảm biến sóng mang. Do các đặc tính truyền dữ liệu đáng tin cậy này, giao thức này đã được sử dụng trong xe buýt, ô tô và các hệ thống ô tô khác, tự động hóa nhà máy và công nghiệp, các ứng dụng khai thác, v.v.

Truyền dữ liệu CAN

Giao thức CAN không phải là giao thức dựa trên địa chỉ, mà là giao thức hướng thông điệp, trong đó thông điệp được nhúng trong CAN có nội dung và mức độ ưu tiên của dữ liệu được truyền. Khi tiếp nhận dữ liệu trên bus, mỗi nút sẽ quyết định loại bỏ hay xử lý dữ liệu - và sau đó tùy thuộc vào hệ thống, thông điệp mạng được chuyển tới một nút hoặc nhiều nút khác. Giao tiếp CAN cho phép một nút cụ thể yêu cầu thông tin từ bất kỳ nút nào khác bằng cách gửi RTR (Yêu cầu truyền từ xa).

Truyền dữ liệu giao thức CAN

Nó cung cấp khả năng truyền dữ liệu tự động không cần trọng tài bằng cách chuyển thông điệp có mức ưu tiên cao nhất và sao lưu và chờ đợi thông báo có mức độ ưu tiên thấp hơn. Trong giao thức này, nút trội là logic 0 và nút lặn là logic 1. Khi một nút truyền một bit lặn và nút khác truyền một bit trội, thì bit trội sẽ thắng. Một sơ đồ phân xử dựa trên mức độ ưu tiên quyết định xem có được cấp phép để tiếp tục truyền hay không nếu hai hoặc nhiều thiết bị bắt đầu truyền cùng một lúc.

Khung tin nhắn CÓ THỂ

Mạng truyền thông CAN có thể được cấu hình các định dạng khung hoặc thông báo khác nhau.

Định dạng khung tiêu chuẩn hoặc cơ sở hoặc CAN 2.0 A
Định dạng khung hình mở rộng hoặc CAN 2.0 B

Định dạng khung tiêu chuẩn hoặc cơ sở hoặc CAN 2.0 A

Sự khác biệt giữa hai định dạng này là độ dài của các bit, tức là, khung cơ sở hỗ trợ độ dài 11 bit cho số nhận dạng, trong khi khung mở rộng hỗ trợ độ dài 29 bit cho số nhận dạng, được tạo thành từ phần mở rộng 18 bit và định danh 11 bit. Bit IDE khác với định dạng khung mở rộng CAN và định dạng khung cơ sở CAN, trong đó IDE được truyền chiếm ưu thế trong trường hợp khung 11 bit và lặn trong trường hợp khung 29 bit. Cũng có thể gửi hoặc nhận tin nhắn ở định dạng khung cơ sở bởi một số bộ điều khiển CAN hỗ trợ các định dạng khung mở rộng.

Định dạng khung hình mở rộng hoặc CAN 2.0 B

Giao thức CAN có bốn loại khung: khung dữ liệu, khung từ xa, khung lỗi và khung quá tải. Khung dữ liệu chứa dữ liệu nút truyền. Khung từ xa yêu cầu dữ liệu nhận dạng cụ thể Khung lỗi truyền nhận dạng cụ thể phát hiện bất kỳ lỗi nút nào và, khung quá tải sẽ kích hoạt khi hệ thống đưa ra độ trễ giữa dữ liệu hoặc khung từ xa. Về mặt lý thuyết, giao tiếp CAN có thể liên kết tới 2032 thiết bị trên một mạng duy nhất, nhưng trên thực tế nó bị giới hạn ở 110 nút do bộ thu phát phần cứng. Nó hỗ trợ cáp lên đến 250 mét với tốc độ truyền 250 Kbps với tốc độ bit 10 Kbps là chiều dài tối đa 1 km và ngắn nhất với 1 Mbps là 40 mét.

Tự động hóa và điều khiển công nghiệp sử dụng Giao thức CAN

Điều này dự án được thực hiện để kiểm soát công nghiệp tải được chạy bằng động cơ DC dựa trên sự thay đổi nhiệt độ của quá trình. Đa dạng hệ thống kiểm soát quá trình phụ thuộc vào nhiệt độ. Giả sử, trong trường hợp thùng máy khuấy - sau khi đạt đến nhiệt độ nhất định - phải bật động cơ điện một chiều để quay máy khuấy. Vì vậy, dự án này đạt được điều này với việc sử dụng giao thức CAN, giao thức truyền thông chi phí thấp đáng tin cậy và hiệu quả cao.

Hai bộ vi điều khiển được sử dụng trong dự án này, một bộ để thu thập dữ liệu nhiệt độ và bộ còn lại để điều khiển động cơ DC . Bộ điều khiển CAN MCP2515 và bộ thu phát CAN MCP2551 được kết nối với cả hai bộ vi điều khiển để thực hiện giao tiếp CAN để trao đổi dữ liệu.

Tự động hóa và điều khiển công nghiệp sử dụng Giao thức CAN

Bộ vi điều khiển bên truyền liên tục theo dõi nhiệt độ với việc sử dụng LM35 cảm biến nhiệt độ bằng cách chuyển đổi các giá trị tương tự sang kỹ thuật số với ADC được gắn vào nó. Các giá trị này được so sánh với các giá trị đã đặt được lập trình trong bộ vi điều khiển và các giá trị này bị vi phạm khi bộ vi điều khiển gửi hoặc truyền dữ liệu đến người nhận bộ vi điều khiển bên bằng bộ điều khiển CAN và bộ thu phát.

Giao tiếp CAN bên nhận nhận dữ liệu và chuyển nó đến bộ vi điều khiển để xử lý thêm dữ liệu và điều khiển động cơ DC bằng IC điều khiển động cơ. Cũng có thể thay đổi hướng của động cơ bằng vi mạch điều khiển do vi điều khiển điều khiển.

Do đó, giao thức CAN cho phép giao tiếp ngang hàng bằng cách kết nối các nút khác nhau trong môi trường công nghiệp. Loại giao tiếp này cũng có thể được thực hiện trong hệ thống tự động hóa như nhà hoặc tòa nhà , nhà máy, v.v. Chúng tôi hy vọng rằng bài viết này có thể giúp bạn hiểu rõ hơn về tự động hóa công nghiệp với giao tiếp CAN. Vui lòng viết thư cho chúng tôi để biết thêm thông tin và thắc mắc.

Tín ảnh: