Acasă | Despre noi | feedback-ul
CAN (Network Area Controller) este un set de standarde pentru construirea rețelelor industriale distribuite care utilizează transmisia de date în serie în timp real cu un grad înalt de fiabilitate și securitate.
Locul central în CAN este protocolul OSI. Inițial, CAN a fost dezvoltată pentru industria automobilelor, dar acum este rapid introdusă în domeniul automatizării industriale. Acesta este un protocol de rețea bine conceput, modern și promițător. Începutul dezvoltării CAN a fost pus de Bosch în 1983. Primele microcontrolere ale controlorilor CAN au fost produse de Intel și Philips în 1987, în prezent controlorii și transmițătorii CAN sunt fabricați de multe companii, inclusiv Analog Devices, Inc. Atmel Corp. Distribuție, Dallas Semiconductor, Freescale, Infineon, Inicore Inc. Intel, tehnologia liniară, produsele integrate Maxim, Melexis, Microchip, National Semiconductor, NXP, OKI, Renesas Technology Corp. STMicroelectronics, Yamar Electronics, Texas Instruments.
În Rusia, interesul pentru CAN a crescut semnificativ în ultimii ani, dar echipamentul de control pentru CAN în Rusia este extrem de mic, de zeci sau de sute de ori mai mic decât pentru Modbus sau Profibus. Printre protocoalele la nivel de aplicație pentru lucrul cu CAN, CANopen și DeviceNet au fost cele mai utilizate în Rusia.
În prezent, CAN este susținută de 11 standarde ISO.
CAN se caracterizează prin următoarele proprietăți de bază:
o fiecare mesaj (nu dispozitivul) are propria sa prioritate;
o suma garantată a unei pauze între două acte de schimb;
o flexibilitatea configurației și posibilitatea modernizării sistemului;
o Receptarea difuzată a mesajelor cu sincronizarea timpului;
o coerența datelor la nivel de sistem;
o admisibilitatea mai multor dispozitive de conducere din rețea ("rețeaua multi-master");
o capacitatea de a detecta erorile și semnalul despre prezența lor;
o retransmiterea automată a mesajelor livrate cu o eroare, imediat ce rețeaua devine liberă;
o o discriminare automată a defecțiunilor și a defecțiunilor cu posibilitatea de închidere automată a modulelor defecte.
Dezavantajele sunt costul relativ ridicat al dispozitivelor CAN, absența unui singur protocol la nivel de aplicație, complexitatea excesivă și complexitatea canalelor și a protocoalelor protocolului de aplicare stabilite în standardele CAN în automatizare (CiA).
Tabel. 2.7. CAN în conformitate cu modelul OSI
Asigurați o transmisie fiabilă la nivelul octeților (codare, sumă de control, diagrame de timp, sincronizare). Condiții privind linia de transmisie
Notă. MAC - control acces mediu - "control acces la canal"; LLC - control logic al legăturii - "gestionarea conexiunilor logice".
Conexiuni electrice în rețeaua CAN
Cablul twisted pair din rețeaua CAN trebuie să aibă un fir comun (al treilea); la ambele capete ale perechii răsucite trebuie să se potrivească rezistențele, a căror rezistență este egală cu impedanța de undă a cablului. Lungimea maximă a cablului este
1 km. Repetoarele interfeței, punțile de rețea și gateway-urile pot fi folosite pentru a mări lungimea, numărul de noduri sau izolarea galvanică.
O pereche torsadată poate fi pe sau în afara ecranului, în funcție de mediul electromagnetic. Topologia rețelei ar trebui să fie de ordin autobuz, lungimea maximă a brațului de la magistrală la o viteză de transmisie de 1 Mbit / s nu trebuie să depășească 30 cm.
Lungimea retragerii poate fi calculată din formula
unde este lungimea marginii frontale a emițătorului.
Cerințele de bază pentru linia de transmisie și caracteristicile sale sunt apropiate de RS-485, totuși în transmițătoarele CAN există un mod de control al duratei lungimii impulsului. Controlul se efectuează prin încărcarea capacităților porții tranzistorilor de ieșire din sursele de curent, în timp ce valoarea curentă este stabilită de un rezistor extern. Creșterea timpului frontal permite reducerea cerințelor de potrivire a liniilor la frecvențe joase, creșterea lungimii curbelor și reducerea emisiilor de interferențe electromagnetice.
Toate conexiunile transmițătoare ale rețelei trebuie conectate (dacă interfețele nu sunt izolate galvanic). Diferența potențială dintre bornele de împământare nu trebuie să depășească 2 V. Izolația galvanică este recomandată pentru lungimi de linie mai mari de 200 m, dar nu este o cerință obligatorie a standardului.
Pentru conectarea electrică a dispozitivelor cu interfață CAN, standardul oferă două opțiuni. Prima opțiune constă în utilizarea separatoarelor în formă de T, care constau din trei conectori D-sub cu 9 pini localizați în aceeași carcasă, ale căror contacte sunt conectate împreună. Splittoarele au un conector cu știfturi și două - cu prize.
A doua opțiune necesită prezența a două conectori în fiecare CAN-dispozitiv. Pentru a conecta dispozitivul la rețea, cablul este tăiat și părțile de îmbinare ale conectorilor sunt instalate la capete. Aparatul este pornit literalmente pe linia de transmisie. Această abordare vă permite să măriți numărul de dispozitive și să modificați topologia rețelei adăugând noi dispozitive și un cablu cu conectori la capete de rupere a cablurilor. Unul dintre conectori ar trebui să fie cu pinii, cel de-al doilea - cu prize. Conectarea dispozitivelor la magistrală fără conectori nu este permisă. Rezistorul de terminare trebuie să fie amplasat în interiorul conectorului, care este conectat la capătul cablului. Pentru a conecta modulele la magistrala CAN, trebuie utilizat un conector D-Sub cu 9 pini. Modulul are o priză cu prize, pe cablul de conectare - cu știfturi. Punctul de conectare a conectorilor este prezentat în Tabelul. 2.8.
Utilizarea conectorilor cu știfturi sau socluri este determinată de următoarea regulă: atunci când modulele sunt schimbabile la cald, puterea trebuie să rămână numai pe prize cu prize; acest lucru evită scurtcircuitarea accidentală.
Rețineți că standardul bazat pe CAN CANopen oferă o varietate mult mai largă de opțiuni pentru conectori, inclusiv cablu plat, RJ-10, RJ45, un terminal cu șurub detașabil și alte zece proiecte speciale. Puteți utiliza și alte conectori.
Tabel. 2.8. Conector D-sub pentru CAN
Alimentare externă (opțional, pentru alimentarea cu energie a emițătoarelor cu izolație galvanică)
Notă. În fiecare modul, știfturile 3 și 6 trebuie conectate.
Standardul stabilește următoarele rate de schimb:
1 Mbps, 800 kbps, 500 kbps, 250 kbps, 125 kbps, 50 kbps, 20 kbps. Modulele CAN nu pot suporta toate vitezele, dar este de dorit ca numărul lor să fie cel mai mare.
Fig. 2.20. Diagrama structurala a transceiver-ului CAN
Atunci când se aplică un nivel zero logic la intrare (intrare este inversoare) cele două tranzistoare ale etapei de ieșire emițător sunt deschise și sarcina (cele două rezistențe 120 ohmi) curentul curge, creând o stare linie corespunzătoare unei logici una. Potențialul de ieșire va fi întotdeauna mai mare decât puterea de ieșire (Figura 2.21). Valorile potențiale prevăzute de standard sunt prezentate în tabelul. 2.9. La unitatea logică de la intrarea emițătorului, ieșirea acesteia trece într-o stare de rezistență ridicată, iar tensiunea diferențială pe linie devine zero.
Transmițătorul CAN are o proprietate foarte importantă: dacă unul dintre transmițătoare stabilește un zero logic în rețea, iar cel de-al doilea - o unitate logică, atunci această stare nu este de urgență. ca și în rețeaua bazată pe interfața RS-485, deoarece nu există fluxuri prin curent. În cazul CAN, linia rămâne în starea unității logice. Cu alte cuvinte, o unitate logică domină întotdeauna un zero logic. Prin urmare, standardul CAN folosește conceptul de stat "dominantă" (dominantă) al liniei pentru a indica starea liniei actuale și conceptul de "stare recesivă" ca opusul statului dominant.
Această proprietate CAN oferă posibilitatea de a obține acces la o linie prin compararea nivelelor logice trimise la linie cu nivelul care este de fapt stabilit în ea: dacă transmițătorul trimite o stare recesivă la linie, dar rămâne dominantă, linia este ocupată. Accesul este dat nodului de rețea care îi poate oferi un nivel dominant al semnalului. Nodurile cu un nivel recesiv părăsesc linia și așteaptă următorul caz. Această metodă de acces este valabilă și atunci când se utilizează un canal de fibră optică sau o rețea fără fir - în aceste cazuri, prezența undelor luminoase sau electromagnetice va domina întotdeauna peste absența lor.
Ieșirea permite setarea tensiunii de prag pentru intrare și a nivelului de tensiune comună în linie atunci când este în stare recesivă. În mod normal = 2,5 V. Pentru a seta nivelul de tensiune comună pe linie, rezistențele terminalelor sunt împărțite în două câte 60 ohmi fiecare, sunt conectate în serie și ieșirea este conectată la punctul de conectare. Atunci când forma de impulsuri și simetrice în raport cu o stare de recesiv redusă a nivelului de zgomot radiat, deoarece creștere curent în fiecare dintre firele torsadate la niveluri de logica de comutare sunt egale în mărime, dar în semn opus, și, prin urmare, se anulează reciproc.
Producția are mai multe scopuri. Dacă este setat la o unitate logică, transmițătorul intră în modul de repaus, la care consumă un curent foarte scăzut din sursa de alimentare, iar ieșirea este setată la o stare de rezistență ridicată (recesivă). "Wake" poate fi un semnal care intră în receptor de la linia de transmisie. Conectarea acestui cablu la sol prin intermediul rezistenței vă permite să setați lățimea impulsului dorită pentru impulsurile emițătorului. Unii transmițători au două moduri: standby și hibernare, care diferă în ceea ce privește nivelul curentului consumat și modul în care sunt puse în modul activ. Modul de alimentare redusă este furnizat de standard pentru a economisi energia acumulatorului într-o mașină parcată.
Fig. 2.21. Explicarea conceptelor de stare recesivă și dominantă
Dacă semnalul este dominant pentru prea mult timp (mai mult de 1 ms), generator de impulsuri timeout (Fig. 2.20 dreptunghi denota un puls) dezactivează temporar transmițătorul, deoarece altfel modulul poate fi blocat permanent prin intermediul stratului de legătură ca nu a reușit.
Standardul prevede posibilitatea conectării oricărui număr de dispozitive la rețeaua CAN, dar în practică este limitată de capacitatea de încărcare a emițătorilor (100. 200) sau de întârzierea repetoarelor.
În transmițătorul CAN există un generator de ceas cu o frecvență de 16 MHz ± 0,1%. Lățimea unui bit este programabilă de la 8 la 25 impulsuri de ceas, de obicei 8 impulsuri la o viteză de transmisie de 1 Mbit / s și 16 impulsuri la 20 kbit / s. Sincronizarea tuturor nodurilor rețelei are loc în timpul primului ciclu de ceas. Procedura de procesare a biților la receptor asigură o întârziere programabilă a impulsurilor de sincronizare necesare pentru a compensa timpul de întârziere al transmisiei semnalului în linia de comunicație și la schimbarea de fază datorată driftului de frecvență al ceasului.
Există două tipuri de sincronizare: sincronizare strâns folosind bit de start, la începutul mesajului și resincronizării la momentul transmiterii. Cu resincronizare poate regla intervalul de timp de la începutul sincronizare la punctul în care nivelul de logica este măsurată prin puls de date primite. Intervalul de reglare poate fi modificat la 1. 4 cicluri.
Pentru a determina starea logică a nivelelor de semnal recepționate măsurate de anvelopă în regiunea de 6 cicluri de ceas de la marginea de conducere a impulsului (bit) la o rată de 1 Mbit / s și la o distanță de 14 cicluri la o rată de 20 kbit / s. Numărul de eșantioane poate fi 1 sau 3 (instalat programabil). CAN utilizează transferul biologic sincron. Aceasta crește lărgimea de bandă a canalului de comunicare, însă necesită un proces de sincronizare mai complicat.
Tabel. 2.9. Valorile potențialelor pe linia de transmisie CAN
Tensiunea de alimentare a dispozitivelor din rețeaua CAN trebuie să fie cuprinsă între 18 și 30 V. Tensiunea de ieșire la contactul 9 al conectorului (tensiunea externă de alimentare pozitivă) trebuie să fie +7 V până la +13 V la un consum curent al unui modul de cel mult
100 mA. Nu permiteți ca modulele să fie surse curente.
CAN utilizează codarea NRZ (Non return-to-Zero - "non-întoarcere la zero", "potențial de codificare"), în care corespunde un zero logic la nivelul de joasă tensiune în linie (starea recesivă), unitatea logică - un nivel ridicat (de stat dominant). O astfel de metodă are următorul dezavantaj: în cazul în care linia de transport este transportat prin octet care conține toate cele (pauze atunci când ele NRZ de codificare nu este prezent), receptorul nu poate distinge acest octet de o pauză. Pentru a rezolva această problemă, așa-numita bit-umplutura. Acesta constă în faptul că, după fiecare secvență de 5 simboluri identice consecutive introduse în fața lor simbol. De exemplu, după 5 unități consecutive introduse de zero logic. Receptor pentru a găsi 5 simboluri identice într-un rând, șterge următorul caracter pentru ei, care este un pic de umplutură.
Alte proprietăți ale transmițătoarelor CAN, care sunt furnizate în standard, sunt:
o o protecție la scurtcircuit a firelor de interfață între ele, la sursa de alimentare sau la masă. Dintre aceste cerințe, este urmată în mod automat protecția împotriva inversării polarității receptorului și legăturii transmițătorului cu linia, pauzele de cablu și transmisia prin cablu;
o protecție împotriva descărcărilor electrostatice;
o atenuarea semnalului în fază în linie;
o protecție împotriva supraîncălzirii treptelor de ieșire.
Potrivit [CAN], stratul canal CAN este alcătuit din două substraturi: LLC și MAC.
Articole similare
-
Eșec de fază (tensiuni de fază) într-o rețea electrică trifazată
-
Autorizare Addthis pe un site wordpress prin intermediul rețelelor sociale
Trimiteți-le prietenilor: