Bài giảng Hệ thống thông tin công nghiệp - Chương 6.3: CAN. Những nội dung chính trong chương này gồm có: Giới thiệu chung, kiến trúc giao thức, cấu trúc mạng và kỹ thuật truyền dẫn, cơ chế giao tiếp, cấu trúc bức điện, bảo toàn dữ liệu, các hệ thống dựa trên CAN.
AMBIENT/
Chủ đề:
Nội dung Text: Bài giảng Hệ thống thông tin công nghiệp - Chương 6.3: CAN
- Hệ thống
thông tin công nghiệp
6.3 CAN
4/15/2006
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
- 6.3 CAN
1. Giới thiệu chung
2. Kiến trúc giao thức
3. Cấu trúc mạng và kỹ thuật truyền dẫn
4. Cơ chế giao tiếp
5. Cấu trúc bức ₫iện
6. Bảo toàn dữ liệu
7. Các hệ thống dựa trên CAN
6.3 CAN © 2006 - HMS 2
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
- 1. Giới thiệu chung
CAN (Controller Area Network) xuất phát là một
phát triển chung của hai hãng Bosch và Intel
Lúc ₫ầu ₫ược sử dụng trong công nghiệp ôtô
Công nghệ này cũng ₫ã thâm nhập ₫ược vào một
số lĩnh vực tự ₫ộng hóa quá trình công nghiệp.
Chuẩn hóa quốc tế trong ISO 11898
6.3 CAN © 2006 - HMS 3
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
- 2. Kiến trúc giao thức
Phần chính của lớp vật lý:
— truyền tín hiệu, phương thức ₫ịnh thời, tạo nhịp bit (bit
timing), phương pháp mã hóa bit và ₫ồng bộ hóa.
— không qui ₫ịnh các ₫ặc tính của các bộ thu phát, với
mục ₫ích cho phép lựa chọn môi trường truyền cũng
như mức tín hiệu thích hợp cho từng lĩnh vực ứng dụng.
Lớp liên kết dữ liệu:
— Lớp ₫iều khiển truy nhập môi trường (MAC) là phần cốt
lõi trong kiến trúc giao thức CAN. Lớp MAC có trách
nhiệm tạo khung thông báo, ₫iều khiển truy nhập môi
trường, xác nhận thông báo và kiểm soát lỗi.
— Lớp ₫iều khiển liên kết logic (LLC) ₫ề cập tới các dịch vụ
gửi dữ liệu và yêu cầu dữ liệu từ xa, thanh lọc thông
báo, báo cáo tình trạng quá tải và hồi phục trạng thái.
6.3 CAN © 2006 - HMS 4
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
- CAL, DeviceNet, SDS Líp øng dông
Líp 3-6
(Kh«ng thÓ hiÖn)
LLC - §iÒu khiÓn
liªn kÕt logic Líp liªn kÕt
MAC - §iÒu khiÓn truy d÷ liÖu
CAN
nhËp m«i tr−êng
M· hãa bit,
T¹o nhÞp/®ång bé nhÞp
Líp vËt lý
(Bé thu ph¸t)
M«i tr−êng truyÒn dÉn
6.3 CAN © 2006 - HMS 5
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
- 3. Cấu trúc mạng & KT truyền dẫn
CAN không qui ₫ịnh cụ thể về chuẩn truyền dẫn
cũng như môi trường truyền thông
Cáp ₫ôi dây xoắn kết hợp với chuẩn RS-485 ₫ược
sử dụng rộng rãi nhất (cấu trúc mạng thích hợp
nhất là ₫ường trục/₫ường nhánh, chiều dài
₫ường nhánh < 0.3m)
Phương pháp truy nhập bus CSMA/CA, tốc ₫ộ
truyền tối ₫a là 1Mbit/s ở khoảng cách 40m và
50kbit/s ở khoảng cách 1000m.
Hai trạng thái logic của tín hiệu là mức trội
(dominant) và mức lặn (recessive)
Nhồi bit (bit 0 sau 5 bit 1) + NRZ
6.3 CAN © 2006 - HMS 6
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
- 4. Cơ chế giao tiếp
Truy nhập bus: CSMA/CA
Đặc trưng của CAN là phương pháp ₫ịnh ₫ịa chỉ và
giao tiếp hướng ₫ối tượng
Tự do, linh hoạt theo kiểu yêu cầu-₫áp ứng
Một trạm gửi dữ liệu bằng khung REMOTE FRAME
Trạm có khả năng cung cấp nội dung thông tin ₫ó sẽ
gửi trả lại một khung dữ liệu DATA FRAME có cùng
mã căn cước với khung yêu cầu
6.3 CAN © 2006 - HMS 7
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
- 5. Cấu trúc bức ₫iện
Mỗi thông báo ₫ược coi là một ₫ối tượng, có một
căn cước riêng biệt (IDENTIFIER, 11/29 bit)
4 kiểu bức ₫iện:
— Khung dữ liệu (DATA FRAME) mang dữ liệu từ một trạm
gửi tới các trạm nhận.
— Khung yêu cầu dữ liệu (REMOTE FRAME) ₫ược gửi từ
một trạm yêu cầu truyền khung dữ liệu.
— Khung lỗi (ERROR FRAME) ₫ược gửi từ bất kỳ trạm nào
phát hiện lỗi bus.
— Khung quá tải (OVERLOAD FRAME) tạo một khoảng
cách thời gian bổ sung giữa hai khung dữ liệu hoặc yêu
cầu dữ liệu trong trường hợp một trạm bị quá tải.
Giữa hai khung ít nhất 3 bit lặn (INTERSPACE)
6.3 CAN © 2006 - HMS 8
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
- Khung dữ liệu/yêu cầu dữ liệu
Kho¶ng c¸ch gi÷a 2 khung hoÆc
khung qu¸ t¶i
(Interframe Space / Overload Frame)
Sè bit 1 12 hoÆc 32 6 0...64 15 1 1 1 7
Khëi ®Çu khung KÕt thóc khung
(Start of Frame) (End of Frame)
Ph©n xö X¸c nhËn ACK
(Arbitration Field) (1 bit ACK slot,
1 bit ACK delimiter)
KiÓm so¸t lçi CRC
§iÒu khiÓn D÷ liÖu (15 bit CRC sequence,
(Control Field) (Data Field) 1 bit CRC delimiter)
6.3 CAN © 2006 - HMS 9
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
- Khung dữ liệu/yêu cầu dữ liệu
Khởi ₫ầu khung là một bit trội, sử dụng cho ₫ồng
bộ hóa.
Ô phân xử là mức ưu tiên của bức ₫iện, chiều dài
12 bit (khung chuẩn) và 32 bit (khung mở rộng):
— mã căn cước dài 11 hoặc 29 bit.
— bit RTR (Remote Transmission Request), phân biệt giữa
khung dữ liệu (bit trội) và khung yêu cầu dữ liệu (bit lặn).
Ô ₫iều khiển dài 6 bit, trong ₫ó 4 bit cuối mã hóa
chiều dài dữ liệu (bit trội = 0, bit lặn = 1).
Ô dữ liệu có chiều dài từ 0..8 byte, trong ₫ó mỗi
byte ₫ược truyền ₫i theo thứ tự từ bit có giá trị cao
nhất (MSB) ₫ến bit có giá trị thấp nhất (LSB).
6.3 CAN © 2006 - HMS 10
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
- Khung dữ liệu/yêu cầu dữ liệu
Ô kiểm soát lỗi: 15 bit CRC và 1 bit lặn phân
cách. Đa thức phát
G = X15 + X14 + X10 + X8 + X7 + X4 + X3 + 1
Ô xác nhận ACK (Acknowlegment) 2 bit lặn. Mỗi
trạm nhận ₫ược bức ₫iện phải kiểm tra mã CRC,
nếu ₫úng sẽ phát chồng một bit trội trong thời
gian nhận ₫ược bit ARC ₫ầu tiên (ARC slot). Như
vậy, một bức ₫iện ₫ược truyền chính xác sẽ có
một bit ARC trội nằm giữa hai bit lặn phân cách
(một bit phân cách CRC và một bit phân cách
ACK).
Kết thúc khung ₫ược ₫ánh dấu bằng 7 bit lặn.
6.3 CAN © 2006 - HMS 11
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
- Khung báo lỗi
Kho¶ng trèng gi÷a 2 khung hoÆc
Cê lçi khung qu¸ t¶i
(Error Flag) (Interframe Space / Overload Frame)
Sè bit 6 0...6 8
XÕp chång cê lçi Ph©n c¸ch lçi
Error delimiter
møc lÆn
møc tréi
Tr¹ng th¸i logic cña tÝn hiÖu trªn bus
(tr−êng hîp lçi chñ ®éng)
6.3 CAN © 2006 - HMS 12
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
- Khung báo lỗi
Cờ lỗi (Error Flag):
— Lỗi chủ ₫ộng (Active Error): Dạng cờ lỗi chủ ₫ộng bao
gồm sáu bit trội liền nhau.
— Lỗi bị ₫ộng (Passive Error): Dạng cờ lỗi bị ₫ộng bao gồm
sáu bit lặn liền nhau, trừ trường hợp nó bị ghi ₫è lên bởi
các bit trội từ các trạm khác.
Phân cách lỗi (Error Delimiter): 8 bit lặn liên tục
6.3 CAN © 2006 - HMS 13
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
- Khung báo quá tải
Kho¶ng trèng gi÷a 2 khung hoÆc
Cê qu¸ t¶i khung qu¸ t¶i
(Overload Flag) (Interframe Space/Overload Frame)
Sè bit 6 0...6 8
XÕp chång cê qu¸ t¶i Ph©n c¸ch qu¸ t¶i
(Overload delimiter)
møc lÆn
møc tréi
Tr¹ng th¸i logic cña tÝn hiÖu trªn bus
6.3 CAN © 2006 - HMS 14
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
- 6. Bảo toàn dữ liệu
Theo dõi mức tín hiệu của mỗi bit truyền ₫i và so
sánh với với tín hiệu nhận ₫ược trên bus
Kiểm soát qua mã CRC
Thực hiện nhồi bit (nhồi một bit nghịch ₫ảo sau
năm bit giống nhau)
Kiểm soát khung thông báo.
6.3 CAN © 2006 - HMS 15
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
- Khả năng phát hiện lỗi
Phát hiện ₫ược tất cả các lỗi toàn cục
Phát hiện ₫ược tất cả các lỗi cục bộ tại bộ phát
Phát hiện ₫ược tới 5 bit lỗi phân bố ngẫu nhiên
trong một bức ₫iện
Phát hiện ₫ược các lỗi ₫ột ngột có chiều dài nhỏ
hơn 15 bit trong một thông báo
Phát hiện ₫ược các lỗi có số bit lỗi là chẵn
Tỉ lệ lỗi còn lại (xác suất một thông báo còn bị lỗi
không phát hiện) nhỏ hơn 4.7*10-11 .
6.3 CAN © 2006 - HMS 16
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
- 7. Các hệ thống dựa trên CAN
CANopen: “CAN-Bus của châu Âu”
— CAN in Automation phát triển dựa trên CAN, sử dụng lớp
vật lý theo chuẩn ISO 11898 (gần ₫ồng nhất với RS-485).
— Lớp ứng dụng của CANopen ₫ược ₫ịnh nghĩa trên cơ sở
của CAL (CAN Application Layer).
— Các lĩnh vực ứng dụng tiêu biểu là các hệ thống ₫iều
khiển chuyển ₫ộng, các dây chuyền lắp ráp và xử lý
nguyên liệu.
— Ví dụ, các thiết bị ₫ược nối mạng có thể là các khối cảm
biến ₫a kênh, cảm biến thông minh, van khí nén, bộ ₫ọc
mã vạch, cơ cấu truyền ₫ộng và giao diện vận hành.
6.3 CAN © 2006 - HMS 17
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
- Ưu ₫iểm của CANOpen:
— Độ tin cậy cao nhờ các biện pháp bảo toàn dữ liệu tốt
— Hiệu suất sử dụng ₫ường truyền lớn
— Thích hợp với ₫iều khiển chuyển ₫ộng tốc ₫ộ cao và ₫iều
khiển mạch vòng kín hơn so với các hệ thống mạng khác
dựa trên CAN.
Nhược ₫iểm của CANOpen (cũng là của CAN)
— ràng buộc về tốc ₫ộ truyền và chiều dài mạng,
— lượng dữ liệu hạn chế ở 8 byte trong mỗi bức ₫iện.
6.3 CAN © 2006 - HMS 18
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
- SDS (Smart Distributed System)
Cơ sở hạ tầng truyền thông trong một số hệ thống
₫iều khiển phân tán (DCS) của Honeywell.
Đặc tính tiêu biểu là tính năng thời gian thực,
phù hợp với cả các hệ thống ₫iều khiển có cấu
trúc tập trung cũng như phân tán.
SDS hoạt ₫ộng chủ yếu theo cơ chế hướng sự
kiện, ₫iều khiển theo thời gian (time-driven) hay
hỏi tuần tự ₫iều khiển theo chương trình (polling).
Ứng dụng tiêu biểu trong các dây chuyền lắp ráp,
xử lý nguyên liệu, ₫óng gói và phân loại sản
phẩm.
6.3 CAN © 2006 - HMS 19
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
- DeviceNet
Hãng Allen-Bradley phát triển dựa trên cơ sở của CAN,
dùng nối mạng cho các thiết bị ₫ơn giản ở cấp chấp hành.
Nay ₫ược hiệp hội ODVA (Open DeviceNet Vendor
Association) quản lý và ₫ược dự thảo chuẩn hóa IEC 62026-
3.
Bổ sung một số chi tiết thực hiện lớp vật lý và ₫ưa ra các
phương thức giao tiếp kiểu tay ₫ôi (Peer-to-Peer) hoặc
chủ/tớ (Master/Slave).
Cấu trúc mạng là ₫ường trục/₫ường nhánh, trong ₫ó chiều
dài ₫ường nhánh hạn chế dưới 6 m.
Ba tốc ₫ộ truyền ₫ược qui ₫ịnh là 125 kbit/s, 250 kbit/s và
500 kbit/s, tương ứng với các chiều dài tối ₫a của ₫ường
trục là 500 m, 250 m và 100 m.
6.3 CAN © 2006 - HMS 20
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Thêm vào BST
Báo xấu
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
