الأتمتة الصناعية والتحكم

الوقت الحاضر أنظمة الأتمتة الصناعية أصبحت شائعة في العديد من الصناعات وتلعب دورًا حاسمًا في التحكم في العديد من العمليات المتعلقة بالعمليات. نظرًا لتنفيذ مجموعة متنوعة من الشبكات الصناعية بتوزيعها الجغرافي على المصنع أو الصناعة ، فقد أصبحت القدرة على نقل البيانات الأرضية والتحكم فيها أكثر تعقيدًا وسهولة تتراوح من المستوى المنخفض إلى المستوى العالي. يتم توجيه هذه الشبكات الصناعية من خلال حافلات ميدانية متنوعة تستخدم معايير اتصال مختلفة مثل بروتوكول CAN و Profibus و Modbus وشبكة الأجهزة وما إلى ذلك ، لذا دعونا نلقي نظرة على كيفية عمل اتصالات CAN لأتمتة الصناعات وغيرها. الأنظمة القائمة على الأتمتة .

“ما هو الصمام الثنائي pn مفرق ”

مقدمة في الأتمتة الصناعية والتحكم

يوضح الشكل أدناه بنية الأتمتة الصناعية والتحكم حيث يتم تنفيذ ثلاثة مستويات من التحكم لأتمتة النظام بأكمله. هذه المستويات الثلاثة هي التحكم والأتمتة والتحكم في العمليات والتحكم في الترتيب الأعلى. يتكون مستوى التحكم والأتمتة من أجهزة ميدانية مختلفة مثل أجهزة الاستشعار والمحركات لمراقبة متغيرات العملية والتحكم فيها.

هندسة الأتمتة الصناعية

مستوى التحكم في العمليات هو وحدة تحكم مركزية مسؤولة عن التحكم في العديد من أجهزة التحكم وصيانتها مثل أجهزة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs) ، وكذلك واجهات المستخدم الرسومية مثل SCADA و واجهة الآلة البشرية (HMI) يتم تضمينها أيضًا في هذا المستوى. مستوى التحكم في الطلبات الأعلى هو مستوى المؤسسة الذي يدير جميع العمليات المتعلقة بالأعمال.

من خلال مراقبة الرسم البياني أعلاه عن كثب وكل مستوى وكل مستوى وأيضًا بين المستويات ، فإن حافلات الاتصال مثل Profibus و إيثرنت الصناعية ينظر إليها على أنها متصلة بتبادل المعلومات. لذلك ، فإن ناقل الاتصالات هو المكون الرئيسي في الأتمتة الصناعية لنقل موثوق للبيانات بين وحدات التحكم وأجهزة الكمبيوتر وأيضًا من الأجهزة الميدانية.

شبكة منطقة التحكم أو بروتوكول CAN

نموذج ربط الأنظمة المفتوحة (OSI)

اتصالات البيانات هو نقل البيانات من نقطة إلى أخرى. لدعم الاتصالات الصناعية ، قامت المنظمة الدولية للتوحيد القياسي بتطوير نموذج Open Systems Interconnection (OSI) لتوفير نقل البيانات بين العقد المختلفة. يعتمد بروتوكول وإطار OSI هذا على الشركة المصنعة. يستخدم بروتوكول CAN طبقتين سفليتين ، أي الطبقات المادية وربط البيانات من الطبقات السبع لنموذج OSI.

شبكة منطقة التحكم ، أو بروتوكول CAN هو بروتوكول متعدد المستويات ناقل الاتصال التسلسلي ، وهي عبارة عن شبكة من وحدات التحكم المستقلة. تم استخدام الإصدار الحالي من CAN منذ عام 1990 ، وتم تطويره بواسطة Bosch و Intel. يبث الرسائل إلى العقد المقدمة في الشبكة من خلال تقديم سرعة إرسال تصل إلى 1 ميجابت في الثانية. من أجل إرسال فعال ، فإنه يتبع طرق موثوقة لاكتشاف الأخطاء - وللتحكيم بشأن أولوية الرسالة واكتشاف الاصطدام ، فإنه يستخدم بروتوكول وصول متعدد لاستشعار الناقل. نظرًا لخصائص نقل البيانات الموثوقة هذه ، فقد تم استخدام هذا البروتوكول في الحافلات والسيارات وأنظمة السيارات الأخرى والمصانع والأتمتة الصناعية وتطبيقات التعدين وما إلى ذلك.

يمكن نقل البيانات

هل يمكن البروتوكول ليس بروتوكولًا قائمًا على العنوان ، ولكنه بروتوكول موجه نحو الرسائل ، حيث تحتوي الرسالة المضمنة في CAN على محتويات وأولوية البيانات التي يتم نقلها. عند استلام البيانات على الناقل ، تقرر كل عقدة ما إذا كان سيتم تجاهل البيانات أو معالجتها - ثم بناءً على النظام ، يتم توجيه رسالة الشبكة إلى عقدة واحدة أو العديد من العقد الأخرى. يسمح اتصال CAN لعقدة معينة بطلب المعلومات من أي عقدة أخرى عن طريق إرسال RTR (طلب الإرسال عن بُعد).

CAN بروتوكول نقل البيانات

يوفر نقلًا تلقائيًا للبيانات بدون تحكيم عن طريق نقل الرسالة ذات الأولوية القصوى ودعمها وانتظار الرسالة ذات الأولوية الأقل. في هذا البروتوكول ، السائد هو 0 منطقي ، والمتنحي هو منطقي 1. عندما ترسل عقدة بت متنحي وأخرى ترسل بتًا مهيمنًا ، فإن البتة السائدة تفوز. يقرر نظام التحكيم القائم على الأولوية ما إذا كان سيتم منح الإذن لمواصلة الإرسال إذا بدأ جهازان أو أكثر الإرسال في نفس الوقت.

هل يمكن إطار الرسالة

يمكن تكوين شبكة اتصالات CAN مختلفة الإطار أو تنسيقات الرسائل.

تنسيق الإطار القياسي أو الأساسي أو CAN 2.0 A
تنسيق الإطار الممتد أو CAN 2.0 ب

تنسيق الإطار القياسي أو الأساسي أو CAN 2.0 A

يتمثل الاختلاف بين هذين التنسيقين في أن طول البتات ، أي أن الإطار الأساسي يدعم طول 11 بت للمعرّف ، بينما يدعم الإطار الممتد طول 29 بت للمعرّف ، والذي يتكون من امتداد 18 بت و معرف 11 بت. تختلف بتة IDE عن تنسيق الإطار الممتد CAN وتنسيق الرتل الأساسي CAN حيث يتم إرسال IDE على أنه مهيمن في حالة إطار 11 بت ومتنحي في حالة إطار 29 بت. من الممكن أيضًا إرسال رسائل أو استقبالها بتنسيق الإطار الأساسي بواسطة بعض وحدات التحكم في CAN التي تدعم تنسيقات الإطارات الموسعة.

تنسيق الإطار الممتد أو CAN 2.0 ب

يحتوي بروتوكول CAN على أربعة أنواع من الإطارات: إطار البيانات والإطار البعيد وإطار الخطأ وإطار التحميل الزائد. يحتوي إطار البيانات على بيانات عقدة الإرسال يطلب الإطار البعيد لخطأ إرسال معرف محدد يكتشف أي أخطاء في العقدة وينشط إطار التحميل الزائد عندما يقوم النظام بحقن التأخير بين البيانات أو الإطار البعيد. يمكن أن يربط اتصال CAN حتى 2032 جهازًا على شبكة واحدة نظريًا ، ولكنه يقتصر عمليًا على 110 عقدة بسبب أجهزة الإرسال والاستقبال للأجهزة. وهو يدعم كابلات تصل إلى 250 مترًا بمعدل باود 250 كيلوبت في الثانية بمعدل بت 10 كيلوبت في الثانية وهو أقصى طول يبلغ 1 كيلومتر ، وأقصر 1 ميغابت في الثانية 40 مترًا.

الأتمتة الصناعية والتحكم باستخدام بروتوكول CAN

هذه يتم تنفيذ المشروع للسيطرة على الصناعية الأحمال التي يتم تشغيلها بواسطة محرك DC بناءً على التغيرات في درجة حرارة العملية. متنوع أنظمة التحكم في العمليات تعتمد على درجة الحرارة. لنفترض أنه في حالة وجود خزان محرك - بعد الوصول إلى درجة حرارة معينة - يجب تشغيل محرك التيار المستمر لتدوير المحرك. لذلك يحقق هذا المشروع ذلك باستخدام بروتوكول CAN الذي يتميز بكفاءة عالية وموثوق به ومنخفض التكلفة.

تم استخدام اثنين من وحدات التحكم الدقيقة في هذا المشروع ، أحدهما للحصول على بيانات درجة الحرارة والآخر من أجل التحكم في محرك التيار المستمر . يتم توصيل CAN Controller MCP2515 وجهاز الإرسال والاستقبال CAN MCP2551 بكلا المتحكمات الدقيقة لتنفيذ اتصال CAN لتبادل البيانات.

الأتمتة الصناعية والتحكم باستخدام بروتوكول CAN

المتحكم الجانبي المرسل يراقب باستمرار درجات الحرارة باستخدام LM35 جهاز استشعار درجة الحرارة عن طريق تحويل القيم التناظرية إلى رقمية مع ربط ADC بها. تتم مقارنة هذه القيم مع القيم المحددة المبرمجة في وحدة التحكم الدقيقة ، ويتم انتهاك هذه القيم عندما يرسل الميكروكونترولر أو ينقل البيانات إلى جهاز الاستقبال متحكم جانبي بواسطة وحدة تحكم CAN ووحدات الإرسال والاستقبال.

يتلقى اتصال جانب الاستقبال البيانات وينقلها إلى وحدة التحكم الدقيقة التي تعالج البيانات وتتحكم في محرك التيار المستمر عن طريق محرك IC لمحرك. من الممكن أيضًا تغيير اتجاه المحرك مع تحكم IC للسائق بواسطة متحكم دقيق.

وبالتالي فإن بروتوكول CAN يمكّن الاتصال من نظير إلى نظير عن طريق ربط العقد المختلفة في البيئة الصناعية. يمكن أيضًا تنفيذ هذا النوع من الاتصال في بلدان أخرى أنظمة التشغيل الآلي مثل المنزل أو المبنى ، المصنع ، إلخ. نأمل أن يكون هذا المقال قد أعطاك فهمًا أفضل للأتمتة الصناعية باستخدام اتصالات CAN. يرجى الكتابة إلينا لمزيد من المعلومات والاستفسارات.

اعتمادات الصورة: