Monitorizarea Si Comanda la Distanta a Proceselor Prin Retea Ethernet

Monitorizarea și comanda la distanță a proceselor prin rețea ethernet

Cuprins

Introducere

Cap. I Senzori

Utilizare in monitorizareaparametrilorindustriali

Cap. II Microcontrolere

Utilizareamicrocontrolerelor in urmarireaproceselorindustriale

Posibilitati de monitorizaresi de transmitere in retea

Cap. III Retele de comunicatiiindustriale

Retele de cumunicatii:

ProfiBus

CAN

Ethernet

Cap. IV Sistemeelectronice dedicate pentrumonitorizareasitransmiterea la distanta a comenzilor

Modul Adam

Adam 6000

Adam 6060

Cap. V Realizarepractica

Cap. VI Bibliografie

Capitolul I

Considerații generale

Odată cu dezvoltarea microelectronicii a apărut și noțiunea de “senzor”.Acest progres a introdus in domeniul electronicii și alți termeni esențiali:microprocesor, microcontroller, transputer, actuator etc.Altfel , majoritatea acestor elemente tenice sunt încadrate în categoria de “traductor”.Un traductor are rolul de a converti mărimile fizice în semnale electrice, ce pot fi ulterior prelucrate de aparate de măsură sau calculator.De exemplu, în sfera optoelectronicii termenul folosit este “detector” (detector de infraroșu, fotodetector etc).

Senzorul, conform definițiilor date de unii autori este folosit adesea alături de termenul „traductor” .Sintagma „senzori și traductori” este utilizat fie în sensul în care ambii termeni îndeplinesc aceeași funcție, fie în sensul în care sunt utilizați preferetial sau distinct.

Totuși, senzorul este un dispozitiv care răspunde la variația unui fenomen fizic, spre deosebire de traductor, care este un dispoziv având funcția de convertire a unei forme de energie în altă formă.Prin urmare, termenul de „traductor” poate fi utilizat ca sinonim pentru „senzor” doar daca cel din urmă îmdeplinește condiția de a prezenta la intrare o formă de energie și la ieșire o alta.De exemplu:un termocuplu sesizează variația de temperatură(energie termică) pe care o transformă intr-o variație a forței termoelectromotoare (energie electrică), deci va putea fi numit senzor sau traductor.

Clasificări

Există o mare diversitate de tipuri de senzori, aproximativ 2000, în 100.000 de variante, pe plan mondial.Datorită acestei marii diversității în ceea ce privește procesul de conversie a mărimilor fizice în mărime electronice, există și o multitudine de criterii de clasificare a senzorilor.

Senzorii pot fi clasificați în funcție de modul de fabricație folosit pentru realizarea lor.Prin urmare există următoarele tipuri de tehnologii importante:

Tehnologii ale materialelor feromagnetice;

Tehnologii ale materialelor piezo-ceramice;

Tehnologii ale microelectronicii și a microsistemelor;

Tehnologii ale straturilor subțiri;

Tehnologii ale straturilor groase;

Tehnologii pentru materialele sinterizate;

Tehnologii ale foliilor etc.

Senzorii pot fi clasificați de asemenea și în funcție de tipul mărimii de intrare.Așadar există senzori absoluți și senzori incrementali.Absoluți, când semnalul electric de ieșire poate reprezenta toate valorile posibile ale mărimii fizice de intrare, raportate la un punct de referință.Incrementali, când nu poate fi stabilită o origine.În acest caz fiecare valoare măsurată reprezintă originea pentru cea următoare.

În funție de tipul mărimii de ieșire, clasificarea este următoarea:

Senzori analogici, semnalul de ieșire este proporțional cu mărimea fizică de la intrare.

Sezori numerici(digitali), semnalul de ieșire poate căpata un număr limitat de valori, care cuantifică semanlul fizic de la intrare.

Din punct de vedere al valorilor pe care le poate avea semnalul de la ieșire, pot fi puse în evidență alte două clase de senzori:senzori binari, la ieșire pot exista doar doua valori distincte;senzori cu un număr mare de valori, pot fi analogici sau numerici.

După o altă clasificare, senzori po fi scalari, vectoriali sau matriciali.Clasificarea ține cont de numărul elementelor traductoare și de numărul de dimensiuni atribuite valorii măsurate.De exemplu, un tip de senzor scalar este sonda de temperatura.

Cel mai importan criteriu de clasificare al senzorilor este în funcție de domeniul în care sunt utilizați:

În industrie

Robotică, în procesele de fabricație, controlul calitătii etc.

În protecția mediului înconjurător

În domeniul mijloacelor de transport

Automatizări

În cazul senzorilor folosiți în robotică, ierarhizarea are la bază proprietățile și parametri robotului.În schema de mai jos este redată clasificarea senzorilor din dotarea roboților.

Din cele două ramificații putem deduce gruparea senzorilor în două mari categorii:

Senzorii interni, care ajută la obținerea unor informații în legătură cu modul de funcționare al robotului.

Senzori externi, folosiți pentru obținerea unor informații în legătură cu relația robot-mediu.

În schema de mai jos este prezentată o clasificare a senzorilor externi, mai exact relația robot/mediul încunjurător.

Trebuie menționat faptul ca evaluarea anumitor tipuri de senzori are la bază în principiu, o serie de parametri:dimensiunea, greutatea, sensibilitatea, consumul de energie, natura semnalului de ieșire și modul de prelucrarea al acestui semnal, sensibilitatea, precizia, rezoluția, repetabilitatea etc.

Schema bloc al unui senzor cu semnale intrare/ieșire:

În schema de mai jos sunt prezentate principalele caracteristici ale senzorilor

Tinand cont de marea diversitate a senzorilor, atat in ceea ce priveste principiile lor constructive, cat si domeniile de aplicatie in acest capitol voi prezenta senzorii utilizati in industrie

Senzori si comunicatii acopera gama completa de comunicare industriala cu fir si wireless si de senzori. Acesti senzori sunt atat pentru automatizarea fabricilor, instrumente pentru procese si analize, cat si pentru comunicare industriala. Oferta pentru automatizarea proceselor, de exemplu, contine toate metodele importante de masurare pentru a obtine presiune, temperatura, nivel si debit, precum si cromatografe si sisteme de analiza. Produsele – senzori pentru automatizarea fabricatiei, de exemplu, sunt senzorii de siguranta BEROS, RFID (Identificarea Frecventei Radio). In cadrul gamei de comunicare industriale se afla Wireless-ul Industrial LAN, Ethernet-ul Industrial, Profinet, Profibus, Interfata – AS si KNX/EIB, precum si sistemele pentru controlul telecomandat si controlul statiilor de procesare.

Senzorii optici din seriile ML4.2 și ML6 oferă un design standard universal cu beneficiile unei carcase în miniatură. Cu o precizie de comutare ridicată și o gamă întreagă de versiuni, ei sunt ideali pentru monitorizarea proceselor de poziționare extrem de precise și de sesizare a evenimentelor rapide într-o mașină.

Seria ML4.2 – senzori fotoelectrici miniaturali Această serie de senzori robuști și flexibili are un ecran de protecție rezistent la zgâriere și la agenți chimici. Se pretează în mod special în zone cu nivel înalt de murdărie și praf ca industria de hârtie, tipografii sau industria de împachetare. Bucșe metalice solide și robuste pentru o montare sigură, opțiunea de fixare prin spate și conceptul familiar de afișaj clar și funcțional de la Pepperl + Fuchs se combină pentru a produce un senzor perfect adaptat nevoilor dumneavoastră.

Acești senzori fotoelectrici miniatură îndeplinesc toate criteriile importante pentru o interfață ușoară cu utilizatorul, economisire a timpului și aplicarea universală în automatizările industriale. Micul fascicul roșu, vizibil clar, este îngust și oferă cele mai bune premise pentru detectarea de piese de mici dimensiuni sau de detectare precise a muchiilor.

Familia existentă de senzori de precizie a fost extinsă pentru a oferi soluții fiabile și rentabile pentru aplicațiile dumneavoastră. Noii senzori retro-reflexiv și senzorii difuzi cu suprimare de fundal sunt potriviți pentru detectarea fără eroare a muchiilor, în funcție de distanța față de țintă. 
Ei detecteaza de asemenea materiale transparente, reflectorizante și de culoare închisă, cu mare precizie. Senzorii duali cu suprimare a fundalului sunt ideali pentru aplicatii dificile cum ar fi detectarea marginilor sau a obiectelor transparente sau lucioase împachetate în folie sau plastic.

Principii funcționale

• Senzori thru-beam extrem de rapizi cu frecvența de comutare mare și distanțe de detecție de până la 10m
• Senzori retro-reflectivi cu optică coaxială fără punct mort și distanțe de detecție de până la 6m
• Senzori retro-reflectivi pentru detecția fiabilă a obiectelor reflectorizante și a sticlei transparente, comutabili în senzori fotoelectrici standard cu distanța de detecție de până la 6m

Seria ML6 – senzori fotoelectrici miniaturali Această serie de senzori fotoelectrici cu lentilă din plastic acceptat în industria alimentară și opțiuni de montaj flexibile permite soluții de sesizare precise în spații restrânse.

• Senzori difuzi cu suprimare a fundalului, cu diferențiere ușoară alb-negru și distanță de detecție fixă de 20mm, 40mm, 60mm și 80mm, ca versiuni ajustabile până la 150 mm
• Senzor dual cu două spoturi și două ieșiri independente
• Senzor dual cu două spoturi cu inter-relaționare logică OR
• Versiuni speciale pentru aplicații specifice piețelor diverse

Beneficiiledumneavoastră

• Senzori miniaturali puternici și universali pentru fiecare sarcină complexă
• Pretabili pentru poziționare de mare precizie cu acuratețe de comutare maximă și cel mai rapid timp de reacție
• Opțiuni de montaj sofisticate pentru montare ușoară fără cleme
• Detectarea cu fiabillitate a obiectelor și distanța fixă de detecție asigură disponibilitatea mare a mașinilor
• Insensibil la murdărie și praf pentru o mai mare siguranță în funcționare
• Poziționare a obiectului țintă fiabilă, fără diferențe de culoare la versiunea -8-H
• Imunitate excepțională la vesiunea thru-beam
• Imunitate mare prin protecție împotriva interferențelor reciproce și luminii exterioare

Noul senzor de mărime M8: Imun la sudură, fabricat în totalitate din INOX noutate de la Contrinex

Mic, robust și fiabil: senzorul totul din metal și imun la sudură de la Contrinex este acum disponibil în varianta de gabarit redus de M8. Acești senzori oferă o stabilitate mecanică remarcabilă și sunt practic indestructibili. Întrucât sunt foarte ușor de curățat și operează la distanțe mari, acești senzori reprezintă soluția ideală în sistemele de sudură, cum ar fi în industria automotive.

Conducerea unui proces presupune informații cât mai complete și corecte asupra parametrilor mărimilor fizice care caracterizează acel proces. În cazul unui proces automatizat, conducerea sistemului se face fără intervenția omului, pe baza informațiilor culese din proces cu ajutorul traductoarelor. Firma Aurocon COMPEC, vă oferă o plajă foarte largă de senzori și traductoare pentru aplicații de automatizare, precum și accesoriile necesare acestora.

Într-o definiție succintă senzorul este un sistem destinat determinării unei sau unor proprietăți, cuprinzând atât traductorul, care transformă mărimea de intrare în semnal electric util, cât și circuite pentru adaptarea și conversia semnalelor, și eventual pentru prelucrarea și evaluarea informațiilor. Există foarte multe clasificări ale senzorilor și traductoarelor: cu sau fără contact, absoluți sau incrementali (în funcție de mărimea de intrare), analogici sau digitali (în funcție de mărimea de ieșire) etc. Senzorii și traductoarele sunt elemente tipice ale sistemelor de automatizare. De asemenea sunt utilizați și în cazul cercetării, analizelor de laborator – senzorii și traductoarele fiind incluse în lanțuri de măsurare complexe, care sunt conduse automat. Alegerea senzorilor și traductoarelor trebuie făcută ținând cont de proprietatea de monitorizat, de domeniul în care variază aceasta, de dimensiunile ce trebuie respectate sau de geometria sistemului, de condiții speciale de mediu sau de lucru, de tipul mărimii de ieșire și nu în ultimul rând de cost. Firma Aurocon COMPEC vă oferă senzori și traductoare ce acoperă toate aplicațiile de automatizare și monitorizare. Astfel pot fi identificați senzori de proximitate, traductoare de tip Hall, traductoare de deplasare și viteză, senzori și traductoare de forță, senzori de temperatură, senzori de umiditate, senzori pentru gaze, senzori de curent, switch-uri optice, senzori de presiune, cititoare de coduri de bare etc.

Senzori de proximitate

În sens larg proximitatea se referă la gradul de apropiere dintre două obiecte, dintre care unul reprezintă sistemul de referință. Senzorii de proximitate sunt senzori de investigare, a căror particularități constau în distanțele mici de acțiune (zecimi de mm și mm), și în faptul că în multe cazuri sunt utilizați la sesizarea prezenței în zona de acțiune.

Senzori de proximitatecapacitivi

Senzoriicapacitivi se bazeazăpevariațiacapacitățiielectriceîntr-un circuit, și au avantajulcă pot detectașiobiectenemetalice.Sunt însă sensibili la factori perturbatori, cum ar fi murdărirea feței active.

În cele ce urmează vă este prezentat un exemplu din cadrul ofertei de astfel de senzori și anume un senzor capacitiv cu domeniu mare de detecție și rezistență la temperaturi ridicate.
Cu o plajă de la 5mm (M5) până la 120mm (M32), acest tip de senzor dispune de o construcție din oțel și PTFE, precum și cabluri speciale, ce permit lucrul la temperaturi de la -200°C la +250°C. Pentru fiecare senzor este necesar un amplificator.
• Ieșire PNP normal deschissau normal închis;
• Amplificator cu reglareasensibilității.

Caracteristicitehnice

Senzorii

Materialulcarcasei: Otelinoxidabil V2A/PTFE

Temperatura de lucru: -200 oC la + 250 oC

Clasa de protectie: IP67

Distanta de sensibilitate: M6 5mm

M8 10mm

M12 25mm

M18 50mm

M30 100mm

M32 120mm

Lungimecablu: 2m

Amplificator

Tensiune de alimentare: de la 18 la 360 Vdc

Iesire: PNP N.I/N.D

Curentiesire: 2×250 mA max

Cadere de tensiune: 2,5 V max

Curent in gol: tipic 50mA

Temperatura de lucru: de la -25oC la 70oC

Clasa de protective : IP68

Senzori de proximitateinductivi

Aceștiasuntceimairăspândiți, fiindrealizațiîntr-o plajălargă de varianteșitipodimensiuni.Elementul activ al unui astfel de senzor este un sistem format dintr-o bobină și un miez de ferită. Obiectul a cărui prezență se determină trebuie să fie metalic. Mărimea de ieșire poate fi analogică (proporțional cu distanța dintre suprafața activă și obiect), sau statică (aceeași valoare atât timp cât senzorul este activat).
Oferta firmei Aurocon COMPEC este foarte bogată, pornind de la variante economice, la variante cu performanțe ridicate.

Un exemplu poate fi sezorul analogic cu procesor integrat M18 – Analog Plus. Este vorba despre un senzor analogic inductiv cu procesor încorporat, ce oferă 3 ieșiri de tip switch independente, plus o ieșire analogică liniară pe întreg domeniul de măsurare. Este un dispozitiv ideal pentru aplicații ce necesită măsurare precisă fără contact, și nu necesită circuit de control, putându-se autocontrola, economisind astfel timp, spațiu de panou și intrări în PLC. Unitatea de programare este opțională, putând fi folosită pentru programarea punctelor de switch și monitorizarea ieșirilor dispozitivului. 
Programarea punctelor de declanșare poate fi făcută oriunde în intervalul de sensibilitate, de către unitatea de programare sau de către PLC. 
• Ieșirea analogică 0-10V prezintă o neliniaritate de ±3% pe întreg domeniul de măsurare;
• Programare de la distanță a funcțiilor – ideal pentru zone cu poziții inaccesibile sau greu accesibile;
• Clasă de protecție ridicată, cu rezistență mare le șoc și vibrații.

Caracteristicitehnice

Distanta de sensibilitate: 5mm

Tensiune de alimentare: de la 15 la 30 Vdc

Iesiri: 3 de tip PNP plus una linear analogical 0-10Vdc

Rezistenta de sarcina: >=2kΩ

Neliniaritate maxima: +- 3%

Clasa de protective: IP67

Temperatura de lucru: -10 la +70oC

Conectare: cablu PUR de 5m

Protectie: la scurtcircuitsiinversare de polaritate

Senzori de proximitateultrasonici

Funcționarea se bazeazăpemăsurareaduratei de propagare a unuisemnalultrasonorîntreemitorșiobiect, iardistanțamaximă de lucruesteînfuncție de naturatraductorului (piezoceramic, electrostatic etc.) și de frecvență. Iată de exemplu un senzor ultrasonic analogic M30 – acesta este destinat controlului exact al oricărei suprafețe plane solide, lichidă sau pulbere. Senzorul dispune de ieșire de tensiune și de curent, cu 12 biți rezoluție, de funcție de evaluare memorată și compensare de temperatură. Sunt disponibile trei domenii de sensibilitate: 500mm, 2000mm, 4000mm acoperind o plajă largă de aplicații, incluzând controlul nivelului. La început trebuie stabiliți parametri de lucru, cu memorarea limitelor de evaluare A1 și A2, cu compensarea de temperatură etc.

Caracteristicitehnice

Temperatura de lucru: -25-+70oC

Clasa de protectie: IP65

Tensiunea de alimentare: 10-30Vdc

Domeniile de sensibilitate: 60-500mm

200-2000mm

500-4000mm

Timp de raspuns

30 ms Senzor 500 mm

100ms Senzor 2000mm

300ms Senzor 4000mm

Iesiri 4 – 20 mA, T <500Ω

Frecventatraductorului:

380 kHz Senzor 500mm

175 kHz Senzor 2000mm

86 kHz Senzor 4000mm

Conector: M12

Variatia cu temperature: 0.2%/oKfaracompensare de temperatura

Senzori de proximitateoptici

În cazul în care obiectele investigate se găsesc la distanțe mai mari, senzorii inductivi și capacitivi devin inutilizabili, domeniul fiind acoperit cu bune rezultate de senzorii optici. Aceștia funcționează fie pe principiul transmisiei unui fascicul de lumină, fie pe principiul reflexiei.

Iată spre exemplu un senzor de proximitate optic cu reflexie, M18. Acest senzor cu cabluri deja montate, cu LED de stare, are o carcasă etanșă din poliamidă, ce-i conferă o clasă de protecție IP67. Suprafața activă poate fi standard sau la 90°. Ieșirile sunt de tip PNP normal deschis sau normal închis. Dispozitivul este protejat la scurtcircuit sau la inversare de polaritate

Caracteristicitehnice

Domeniul de sensibilitate: 3000mm (cu reflectorulfurnizat)

Tensiunea de alimentare: 10 – 30 Vdc

Curent (alimentare): 25mA + curentul de iesire

Curent de iesire: 200mA (max)

Frecventa de comutatie: 1000 Hz (max)

Domeniul de temperature: -20oC – +60oC

Capitolul III

Rețele de comunicații industriale

Rețelele în informatica industrială constituie tehnologii prin intermediul cărora este posibil transferul de informație printr-un canal de transmisie.Astfel, prin intermediul componentelor unui sistem de transmisie:emițător, canalul de comunicație și receptor se pot efectua comunicațiile la distanță.

În construirea unui astfel de sistem pentru asigurarea eficienței trebuie luate în calcul următoarele aspecte:

utilizarea unor metode simple de implementare – categorizarea sistemului pe anumite nivele interconectate astfel încât fiecare nivel să îndeplinească un set de funcții.Cel mai utilizat model pe nivele este modelul OSI(Open Systems Interconnection Basic Reference Model).În acest mod procesul de testare devine mai ușor;

siguranța în ceea ce privește detectarea erorilor și corectarea lor.Calitatea sistemului de transmisie poate fi apreciat în funcție de raportul numărul de biți eronați/numărul de biți transmiși.

În telefonie o rată de 10-4 BER (bir error rate) este considerată defect.Spre deosebire de o rată de 10 -5 BER care este acceptabilă dar sunt necesare lucrări de mentenanță deoarece aceste erori sunt sesizabile în timpul conversație.

Pentru a putea depista erorile, odată cu transmiterea datelor efective este necesară, de asemenea transmiterea unor informații suplimentare.Un exemplu în acest sens ar putea fi protocolul TCP(Transmission Control Protocol) care presupune transmiterea sumei biților din pachet în headerul pachetului.Cu specificarea că această sumă nu acoperă erorile de anulare ale pachetelor sau de ordine de transmitere.

Prin urmare, putem deduce faptul că pentru detectarea și corectarea erorilor este nevoie de o cantitate mai mare de informație, fapt care duce la creșterea costurilor în cea ce privește puterea de calcul, cât și lărgimea de bandă.

flexibilitatea – capacitatea protocolului de a localiza anumite probleme de topologie ale rețelei.

În cele ce urmează, voi prezenta cele mai folosite protocoale de comunicație în domeniul industrial.

Fieldbus este o magistrală a rețelei de comuncație industrială distribuită în timp real.Pentru ca un sistem industrial să poată funcționa în parametrii normali este nevoie de un sistem de control ierarhizat.Astfel, la nivelul ierarhic superior se află interfața Om-Mașină(HMI – Human Machine Interface), de unde operatorul este capabil să monitoriseze intreg sistemul.

Această interfață se află intr-o strânsă relație cu următorul nivel, care este reprezentat de circuite logice programabile(PLC) sau printr-un sistem care poate fi în timp real sau nu, de exemplu Ethernet.

Magistrala Fieldbus reprezintă următorul nivel, care îndeplinește funcția de a conecta PLC-urile la diverse componente cu anumite roluri, cum ar fi:senzorii, motoarele, întrerupătoarele etc.

În figurile de mai jos este prezentat un sistem de cablare normală, comparativ cu un sistem de cablare cu Fieldbus.

Necesitatea transmiterii acestor semnale de la un nivel la altul în sistemul ierarhizat de control a dus la apariția unui număr foarte mare de cabluri. Cu cât sistemul este mai complex cu atât numărul de cabluri este mai mare. De aceea a apărut necesitatea construirii unei magistrale comune la care aceste instrumente să fie conectate, elimininându-se astfel un număr mare de cabluri.În timp principalele caracteristici ale diferitelor magistrale au fost implementate in PROFIBUS.

Există trei versiuni de Profibus:

PROFIBUS-FMS(Field Message Specification) bazatpemodelul Client-Server;

PROFIBUS-DP(Descentralized Peripherals) asigură controlul rapid de la distanță a unor intrări sau ieșiri;

PROFIBUS-PA(Process Automation) folosit in automatizareaproceselor.

Fig…Versiuni PROFIBUS

PROFIBUS-FMS (Field Message Specification) oferă o gama extinsă de funcții.Mesajele Fieldbus ofera o solutie rapidă la diverse probleme complexe.

PROFIBUS-DP(Descentralized Peripherals) reprezintă cea mai rapidă variantă de PROFIBUS.Transmisia unui 1Kbyte de date de intrare sau ieșire are loc în mai puțin de 2ms.Acest tip este destinat pentru comunicarea între sistemele automate descentralizate. Comunicarea se face prin transferuri periodice. Fiecare dispozitiv din rețea trimite periodic datele de intrare si ieșire către dispozitivul de control automat și către dispozitivul master de clasa 1.

Ulterior a apărut o nouă variantă a PROFIBUS-DP numit PROFIBUS-DPV1.Acesta pe langă operațiile periodice acest pune la dispoziția utilizatorului și funcții acicle precum mesaje de alarmă, de diagnostic, monitorizare și parametrizare.

PROFIBUS-PA are la bază protocolul PROFIBUS-DPV1 și a fost special proiectat pentru automatizarea proceselor.În cazul acestui protocol se urmărește îndeplinirea următoarelor criterii:

transmisia sigură;

unele dispozitive sunt alimentate de cablurile magistralei ;

siguranța datelortransmise;

standardizareafuncțiilor

Cea mai utilizată tehnologie de transmisie este RS485(o pereche de fire răsucite ecranate) sau RS485-IS (două perechi de fire răsucite ecranate).Urmată de MBP(Manchester Coded, Bus Powered) care este folosit în automatizarea proceselor undeunele dispozitive sunt alimentate direct de magistrală, și nu în ultimul rând fibra optică aceastafiind folosită în medii cu interferențe electromagnetice, utilizat mai ales atunci canddistanțele dintre dispozitive sunt mari.

2. Controller Area Network(CAN)

2.1 Broadcast

Termenul “broadcast” în cazul nostru se referă la transmiterea unui pachet de date care va fi recepționat de orice membru al rețelei.

2.3 Magistrala CAN

Magistrala CAN este o magistrală serială, diferențială, definită de către ISO 11898 (Organizația Națională de Standardizare) ea a fost dezvoltată în anii 1980 de Robert Bosch și este destinată pentru conectarea mai multor module de control în cazul dispozitivelor electronice.

Dezvoltată în mod special în industria auto pentru a înlocui sistemul complex de cabluri cu o magistrală ce conține doar două fire.Comunicația CAN este utilizată de asemenea și în transporturi, agricultură(la echipamentele staționare dar și cele forestiere) dar și în domeniul științei(accelerator de protoni, telescoape astronomice).

2.4 Mesajele CAN

 Dacă facem o monitorizare în timp real putem observa că rata de transmitere a mesajelor poate diferi de la un caz la altul.Fiecare mesaj are propria prioritate în rețeaua CAN.Fiecare mesaj are un identificator propriu.Identificatorul cu cel mai mic număr binar are cea mai mare prioritate.

Posibilele conflicte la accesul pe bus se pot remedia la nivel de bit.Toate acele stații (noduri) din rețea cu transmisie recesivă și observatorul dominant pierd competiția pentru accesul pe bus..Toate aceste stații devin automat stații de tip “Receiver” a mesajelor cu cea mai mare prioritate și nu pot avea facilitatea de transmisie a datelor pana cand bus-ul nu va fi disponibil din nou.

Formatul de bază al mesajelor CAN

SOF Start of Frame;

RTR Remote Transmission Request;

IDE Identifier Extension care diferențiază un cadru de bază de unulextins ;

DLC Data Length Code – numărul de biți din câmpul de date;

CRC – asigură integritatea cadrului de date;

EOF – End of Frame;

IFS Intermission Frame Space – numărul minim de biți care separădouămesaje consecutive.

Transferul mesajelor este efectuat și controlat de cinci tipuri diferite de cadre:

Cadrul de date (Data Frame) care transportă datele de la emițător la receptor;

Cadrul cerere de date (Remote Frame) este transmisă de un nod care solicită transmiterea unui cadru de date cu același identificator;

Cadruleroare (Error Frame) estetransmis de oricedispozitiv care a detectat o eroare;

Cadrul supraîncărcare (Overload Frame) este folosit pentru asigurarea unei întârzieri suplimentare între cadrele de date sau cerere de date.

Cadrele de date sau cerere de date sunt separate de celelalte cadre printr-un spațiu inter-cadre (Interframe Space).

2.5 Prelucrarea erorilor

Magistrala CAN admite cinci tipuri de erori:

Eroarea de bit este produsă atunci când un nod nu recepționează de pe linie același bit transmis.În anumite cazuri particulare nu este generată această eroare.

Eroarea de bit de adaus se generează dacă există 6 biți egali în câmpurile start cadru, arbitrare, control, date și secvența CRC.

Eroarea CRC este semnalată dacă restul polinomului CRC calculat nu este identic cu codul recepționat.

Eroarea de formă este detectată dacă într-un câmp de formă fixă sunt detectați unul sau mai mulți biți incorecți.

Eroarea de confirmare este generată de un emițător care nu monitorizează un bit dominant pe poziția ACK SLOT.

Dacă o eroare este detectată automat se generează un mesaj de eroare care va anunța celelalte noduri să ignore mesajul primit.Pentru a reduce numărul erorilor produse de un dispozitiv eventual defect, standardul CAN obligă un nod să fie în una din cele trei stări care urmează:

-eroare activă – nodul ia parte la comunicația pe linie trimițând un indicator de eroare atunci când eroarea a fost detectată;

– eroare pasivă – nodul ia parte la comunicația pe linie trimițând un indicator de eroare pasivă atunci când eroarea a fost detectată; astfel, după o emisie, un nod pasiv va aștepta înainte de iniția transmisia următoare;

-nelegat la magistrală – nodul nu are nici o influență asupra liniei de comunicație.

Pentru limitarea erorilor, în fiecare dispozitiv sunt implementate două numărătoare: unul pentru erorile de transmisie, respectiv recepție.Voi enumera cateva reguli pe care aceste număratoare trebuie să le respecte.

a) când un receptor detectează o eroare atunci este incrementat contorul de erori la recepție, cu excepția cazului când a fost detectată o eroare de bit în timpul transmiterii unui indicator de eroare activă sau indicator de supraîncărcare;

b) în situația în care un receptor, după transmiterea unui indicator de eroare, detectează primul bit ca bit dominant, contorul de erori la recepție este mărit cu 8;

c) când un emițător trimite un indicator de eroare, contorul de erori la transmisie este mărit cu 8; ca excepții la această regulă, când nu se modifică contorul, trebuie menționate eroarea de confirmare a unui emițător pasiv și eroarea de bit de adaus survenită pe timpul arbitrării;

d) dacă un emițător detectează o eroare de bit în timpul transmiterii unui indicator de eroare activă sau indicator de supraîncărcare, contorul de erori de transmisie este mărit cu 8 etc.

3.Ethernet-ul

“Ethernet-ul este printre primele tehnologii care au impact în viața de zi cu zi a oameniilor de pe intreg globul” gasim precizat pe site-ul IEEE.A fost inventat în perioada 1973-1975 de compania Xerox, Digital și Intel.

Caracteristicile arhitecturii Ethernet sunt următoarele:

este o tehnologie în care transmisia se face in banda de bază;

folosește o topologie magistrală sau stea;

transmite de obicei la 10 Mbps;

se bazează pe metoda de acces CSMA/CD de organizare a traficului pe segmentele de cablu.

3.1 Protocolul CSMA/CD

MA (Multiple Access) – mai multe dispozitive Ethernet pot transmite în acelaș timp

CD (Collision Detection) – mai multe dispozitive Ethernet transmit accidental în același timp, capabile să depisteze erorile;

CSMA s-a dovedit a fi mult mai eficient decât primele decât tehnicile precedente: ALOHA dar și slotted ALOHA.Ambele metode permit o utilizare scăzută a capacității de transmisie.Astfel, următorul pas în dezoltarea acestei tehnici prezintă o serie de avantaje. CSMA (carrier sense multiple access) sau "ascultă înainte de a vorbi" (LBT – Listen Before Talk) reprezintă metode potrivit cărora o stație ce dorește să emită un bloc trebuie înainte “să asculte” linia pentru a determina dacă nu cumva în acel moment se transmite un bloc de către o altă stație.

În cazul CSMA dacă linia este ocupată se respectă un algoritm care are rolul de a determina ce trebuie să execute fiecare stație.În acest algoritm o stație ce dorește să emită un bloc ascultă linia și respectă următoarele regului:

Dacă linia este liberă, începe emisia; altfel se trece la pasul 2;

Dacă linia este ocupată, continuă să asculte până când se detectează linie liberă; apoi transmite imediat;

Dacă este o coliziune (determinată prin lipsa ACK) se așteaptă un interval de timp aleator după care se trece la pasul 1;

Protocolul CSMA/CD impune după modelul de mai sus, respectarea umătorilor algoritmi:

Dacă linia este liberă, se emite (după un scurt interval de timp interblocuri); altfel se trece la pasul 2;

Dacă linia este ocupată, continuă să asculte până când este detectată linie liberă; apoi emite imediat;

Față de algoritmi protocolului anterior elementele de noutate sunt:

Dacă este detectată o coliziune în timpul emisiei, se transmite un anumit bloc (jam) pentru ca toate stațiile să știe că a avut loc o coliziune;

După transmiterea blocului jam se așteaptă un interval de timp aleator după care se trece la pasul 1.

Pașii enumerați sunt dependenți de un parametru numit:slot time, care se referă, în princiupiu la timpul necesar detectării coliziunii.Acest parametru descrie patru aspecte importante ale tratării coliziunii:

Există o limită superioară a intervalului de timp necesar pentru detectarea coliziunii;

Există o limită superioară a timpului de achiziție de la linie (timpul după care transmisia nu va mai suferii o coliziune);

Există o limită superioară a lungimii unui fragment de bloc generat de o coliziune;

Există o regulă de încercare a retransmisiei.

Trebuie menționat faptul că este necesară depistarea coliziunii inainte de terminarea transmisiei. Acest lucru se impune în majoritatea sistemelor ce folosesc CSMA/CD, inclusiv în standardul IEEE 802.3. În caz contrar, performanțele sistemului scad la nivelul protocolului CSMA în care coliziunile nu sunt detectate.

Ethernet fragmentează datele în pachete, care la rândul lor sunt împărțite în cadre.Un cadru constituie un pachet de informații transmise ca o singură unitate.Un cadru poate avea între 64-1518 bytes lungime.Prin urmare, datele dintr-un cadru pot avea deci între 46 – 1500 bytes.

Un astfel de cadru este Ethernet II, folosit pentru TCP/IP.

Fig….Exemplu de cadru Ethernet II

După cum reiese din schemă cadrul este alcătuit din:

Preambul – marchează începutul cadrului;

Destinație și sursă – reprezintă adresele transmițătorului și al destinatarului;

Tip – folosit pentru identificarea protocolului la nivel de rețea(IP/IPX);

CRC (informații de verificare) – câmp alocat pentru verificarea erorilor.

În viziunea clasică, tehnologia Ethernet prezintă patru tipuri de cablări:

10Base5 -cablu coaxial gros care poate avea pâna la 100 de noduri pe fiecare segment(calculatoare, repetoare etc).La cablare se folosesc următoarele componente:transceiverele(trasnmiter+receiver), cablurile de transceiver, cablul de conectare AUI sau DIX și conectori de serie N

10Base2 – cablu coaxial subțire în componența căreia intră următoarele:conectori BNC bară, conetori BNC T și terminatori BNC.Avantajele acestui tip de cablu sunt cele referitoarele la costurile de achiziție, ușurința în ceea ce privește instalarea, respectiv configurarea.

10Base-T – cablu torsadat(UTP, STP sau FTP) pentruconectareacalculatoarelor.Rețeaua 10BaseT oferăavantajeleuneitopologii de tip “stea”

10Base – cablu fibră optică folositpentru a legacalculatoareleși repetoarele. Topologia 10BaseF esteutilizatăacoloundecablultrebuiesăacoperedistanțemariîntrerepetoare (distanțaîntredouăsaumaimulteclădiri)

Fiecare tip de mediu de comunicație se caracterizează printr-o serie de parametri limită acceptați. În tabelul următor voi prezenta câteva din variantele specificate de implementările IEEE 802.3.

Modul ADAM-6060

Adam 6060 este un modul de mare densitate I / O cu o interfață 10/100 Base-T Ethernet pentruconectivitate continua.Imbinand un port Ethernet cu o paginaweb , Adam 6060 oferă 6 relee (de la A) de ieșireși 6 canale de intraredigitale.

Acestasuporta contact de AC 120V-0.5 Asi DC 30 V – 1 A. DI suportacanalele de intrare ale dispozitivului de blocarepentrumonitorizareasemnalului, șipoate fi utilizatca 3 kHz contra șifrecvențăcanale de intrare. Vizavi de funcțiileinteligente DI, canalelesusțin, de asemenea, ieșire de impuls.

Specificatii Adam 6060

Comunicare : 10/100 Base-T Ethernet

Protocoale de sprijin: Modbus/TCP, TCP/IP, UDP, HTTP, ICMP, ARP

Digital Input

Canale : 6

In conditii de uscat: Logic level 0: Legat la masa

Logic level 1: Deschis

In conditii de umed: Logic level 0: 0~3 VDC

Logic level 1: 10~30 VDC

Frecventa maxima de filtru: 6 kHz

Intrarea de tip counter suporta 3 kHz

Gama de intrare in frecventa: 0.2 Hz ~ 3 kHz

Relay Output

Canale: 6 (de la A)

Contact rezistiv : AC : 120 V – 0.5 A

DC: 30 V – 1 A

Tensiunea de strapungere: 500 VAC (50/60 Hz)

Timpul de pornire: 7 milisecunde

Timpul de oprire: 3 milisecunde

Timpul total de comutare: 10 milisecunde

Rata maxima de comutare: 20 operatiuni/minut

Rezistentaelectrica:

La 12 V/10 mA 5 x 107 operatii

La 6 V/100 mA 1 x 105operatii

La 60 V/500 mA 5 x 105operatii

La 30 V/ 1000 mA 1 x 106operatii

La 30 V/ 2000 mA 2 x 105operatii

Rezistentamecania: 108operatii

Suportaimpuls la iesire (maxim 3 Hz)

General:

Incorporat in timer-ul Watchdog

Configuratiegrup

Protectieizolare: 2000 VDC

Putereintrare: nereglementat 10 ~ 30 VDC

Putereconsumata: 3 W (max) – 24 VDC

Protectie de putere la inversare

Umiditate de functionare: 20 ~ 95 % RH ( faracondensare)

Umiditate de stocare: 0 ~ 95 % RH ( faracondensare)

Temperatura de functionare: -10 ~ 70o C

Temperatura de stocare: -20 ~ 80o C

Aplicareatraseelor

Alocareaadrese in Modulul Adam- 6060

Pebaza Modbus / TCP Standard, adreselecanalelor I / O din Adam 6000 module sunt definite de o regulăsimplă. Toatecanalele de intraredigitale din Adam 6060 li se permitesăutilizezecacontoarepe 32 de biți (fiecarecontoreste format din douăadrese, 0 si 1 logic).