Automatización y control industrial mediante protocolo CAN

Automatización y control industrial mediante protocolo CAN
Automatización y control industrial

Automatización y control industrial

Hoy en día sistemas de automatización industrial se han vuelto populares en muchas de las industrias y juegan un papel crucial en el control de varias operaciones relacionadas con los procesos. Debido a la implementación de una amplia variedad de redes industriales con su distribución geográfica sobre la fábrica o la industria, la capacidad de transferencia y control de datos de piso se ha vuelto más sofisticada y fácil, desde el control de bajo nivel hasta el de alto nivel. Estas redes industriales se enrutan a través de varios buses de campo que utilizan varios estándares de comunicación como el protocolo CAN, Profibus, Modbus, Device net, etc. Así que veamos cómo funciona la comunicación CAN para automatizar las industrias y otros sistemas basados ​​en automatización .

Introducción a la automatización y control industrial

La siguiente figura muestra la arquitectura de automatización y control industrial en la que se realizan tres niveles de control para automatizar todo el sistema. Estos tres niveles son control y automatización, control de procesos y control de orden superior. El nivel de Control y Automatización consta de varios dispositivos de campo como sensores y actuadores para monitorear y controlar las variables del proceso.




Arquitectura de automatización industrial

Arquitectura de automatización industrial

Process Control Level es un controlador central responsable de controlar y mantener varios dispositivos de control como Controladores lógicos programables (PLC) , y también las interfaces gráficas de usuario como SCADA y Interfaz hombre-máquina (HMI) también se incluyen en este nivel. El nivel superior de control de pedidos es un nivel empresarial que gestiona todas las operaciones comerciales.

Al observar de cerca el diagrama anterior y sus todos y cada uno de los niveles y también los niveles intermedios, los buses de comunicación como Profibus y Ethernet industrial se consideran conectados para intercambiar la información. Por lo tanto, el bus de comunicación es el componente principal en la automatización industrial para la transferencia confiable de datos entre los controladores, computadoras y también desde los dispositivos de campo.

Red de área de control o protocolo CAN

Modelo de interconexión de sistemas abiertos (OSI)

Modelo de interconexión de sistemas abiertos (OSI)

Comunicación de datos es la transferencia de datos de un punto a otro. Para apoyar la comunicación industrial, la Organización Internacional para la Estandarización ha desarrollado el modelo de Interconexión de Sistemas Abiertos (OSI) para proporcionar transferencia de datos entre varios nodos. Este protocolo y marco OSI depende del fabricante. El protocolo CAN utiliza dos capas inferiores, es decir, capas físicas y de enlace de datos de las siete capas del modelo OSI.

Una red de área de controlador o protocolo CAN es un bus de comunicación serial , y es una red de controladores independientes. La versión actual de CAN se utiliza desde 1990 y fue desarrollada por Bosch e Intel. Transmite mensajes a los nodos presentados en una red ofreciendo una velocidad de transmisión de hasta 1 Mbps. Para una transmisión eficaz, sigue métodos fiables de detección de errores y, para el arbitraje sobre la prioridad de mensajes y la detección de colisiones, utiliza el protocolo de acceso múltiple con detección de portadora. Debido a estas características confiables de transferencia de datos, este protocolo se ha utilizado en autobuses, automóviles y otros sistemas de automóviles, automatización industrial y de fábricas, aplicaciones mineras, etc.


Transmisión de datos CAN

Protocolo CAN no es un protocolo basado en direcciones, sino un protocolo orientado a mensajes, en el que el mensaje integrado en CAN tiene el contenido y la prioridad de los datos que se transfieren. En el momento de la recepción de datos en el bus, cada nodo decide si descartar o procesar los datos, y luego, dependiendo del sistema, el mensaje de red se destina a un solo nodo o a muchos otros nodos. La comunicación CAN permite que un nodo en particular solicite la información de cualquier otro nodo enviando RTR (Solicitud de transmisión remota).

Transmisión de datos de protocolo CAN

Transmisión de datos de protocolo CAN

Ofrece transmisión automática de datos sin arbitraje transfiriendo el mensaje de mayor prioridad y respaldando y esperando el mensaje de menor prioridad. En este protocolo, el dominante es un 0 lógico y el recesivo es un 1 lógico. Cuando un nodo transmite un bit recesivo y otro transmite un bit dominante, el bit dominante gana. Un esquema de arbitraje basado en prioridades decide si se otorgará permiso para continuar la transmisión si dos o más dispositivos comienzan a transmitir al mismo tiempo.

Marco de mensaje CAN

Una red de comunicación CAN puede configurarse en diferentes formatos de mensajes o marcos.

  1. Formato de marco estándar o base o CAN 2.0 A
  2. Formato de cuadro extendido o CAN 2.0 B
Formato de marco estándar o base o CAN 2.0 A

Formato de marco estándar o base o CAN 2.0 A

La diferencia entre estos dos formatos es que la longitud de los bits, es decir, la trama base admite una longitud de 11 bits para el identificador, mientras que la trama extendida admite una longitud de 29 bits para el identificador, que se compone de una extensión de 18 bits y un identificador de 11 bits. El bit IDE difiere del formato de trama extendida CAN y del formato de trama base CAN en el que IDE se transmite como dominante en un caso de trama de 11 bits y recesivo en un caso de trama de 29 bits. También es posible enviar o recibir mensajes en formato de marco base mediante algunos controladores CAN que admiten formatos de marco extendido.

Formato de cuadro extendido o CAN 2.0 B

Formato de cuadro extendido o CAN 2.0 B

El protocolo CAN tiene cuatro tipos de tramas: trama de datos, trama remota, trama de error y trama de sobrecarga. La trama de datos contiene los datos del nodo de transmisión. La trama remota solicita un identificador específico. La trama de error de transmisión detecta cualquier error de nodo y la trama de sobrecarga se activa cuando el sistema inyecta retardo entre los datos o la trama remota. La comunicación CAN puede enlazar hasta 2032 dispositivos en una sola red teóricamente, pero prácticamente está limitada a 110 nodos debido a los transceptores de hardware. Admite cableado de hasta 250 metros con una velocidad en baudios de 250 Kbps con una velocidad de bits de 10 Kbps, la longitud máxima es de 1 km, y la más corta con 1 Mbps es de 40 metros.

Automatización y control industrial mediante protocolo CAN

Esta se implementa proyecto para controlar la industria cargas que funcionan con un motor de CC en función de las variaciones de temperatura del proceso. Varios sistemas de control de procesos Depende de la temperatura. Supongamos que, en el caso de un tanque agitador, después de alcanzar una cierta temperatura, el motor de CC debe encenderse para hacer girar el agitador. Así que este proyecto logra esto con el uso del protocolo CAN, que es una comunicación altamente eficiente y confiable de bajo costo.

En este proyecto se utilizan dos microcontroladores, uno para adquirir datos de temperatura y el otro para controlando el motor DC . El controlador CAN MCP2515 y el transceptor CAN MCP2551 están conectados a ambos microcontroladores para implementar la comunicación CAN para el intercambio de datos.

Automatización y control industrial mediante protocolo CAN

Automatización y control industrial mediante protocolo CAN

El microcontrolador del lado de transmisión monitorea continuamente las temperaturas con el uso de LM35 sensor de temperatura convirtiendo valores analógicos a digitales con ADC adjunto. Estos valores se comparan con los valores establecidos programados en el microcontrolador, y estos valores se violan cuando el microcontrolador envía o transmite los datos al receptor microcontrolador lateral mediante controlador CAN y unidades transceptoras.

La comunicación CAN del lado receptor recibe los datos y los transfiere al microcontrolador que además procesa los datos y controla el motor de CC mediante un controlador de motor IC. También es posible cambiar la dirección del motor con el controlador IC controlado por el microcontrolador.

Por lo tanto, el protocolo CAN permite la comunicación entre pares conectando diferentes nodos en un entorno industrial. Este tipo de comunicación también se puede implementar en otros sistemas de automatización como hogar o edificio , fábrica, etc. Esperamos que este artículo le haya proporcionado una mejor comprensión de la automatización industrial con comunicación CAN. Escríbanos para más información y consultas.

Créditos fotográficos:

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  • Formato de trama extendido o CAN 2.0 B por banda ancha