Il bus CAN (Controller Area Network) è un protocollo di comunicazione robusto e ampiamente utilizzato nell'automazione industriale, in particolare nei controllori logici programmabili (PLC). In qualità di fornitore di PLC CAN Bus, ho sperimentato in prima persona l'importanza di comprendere i comuni formati di frame CAN Bus utilizzati nei PLC. In questo blog approfondirò questi formati, le loro applicazioni e i benefici che apportano all'ecosistema industriale.
Comprendere le nozioni di base del bus CAN
Prima di passare ai formati frame, capiamo brevemente cos'è il CAN Bus. CAN Bus è un protocollo di comunicazione seriale che consente ai microcontrollori e ai dispositivi di comunicare tra loro all'interno di un veicolo o di un ambiente industriale senza un computer host. È stato originariamente sviluppato per l’industria automobilistica, ma da allora ha trovato la sua strada in vari altri settori, tra cui l’industria manifatturiera, la robotica e l’automazione degli edifici.
CAN Bus funziona su un bus seriale multi-master, dove più nodi possono inviare e ricevere dati contemporaneamente. Il protocollo utilizza un sistema di comunicazione basato su messaggi, in cui ogni messaggio è identificato da un identificatore univoco (ID). Questo ID determina la priorità del messaggio sul bus, dove i valori ID inferiori hanno priorità maggiore.
Formati comuni di frame CAN Bus
Esistono due tipi principali di formati frame CAN Bus: il CAN standard (CAN 2.0A) e il CAN esteso (CAN 2.0B).
PUÒ standard (PUÒ 2.0A)
Il CAN standard, noto anche come CAN 2.0A, utilizza un identificatore a 11 bit. Questo identificatore viene utilizzato per determinare la priorità del messaggio sul bus. La struttura del frame di un messaggio CAN standard è composta da diversi campi:
- Inizio del fotogramma (SOF): Un singolo bit dominante che indica l'inizio di un nuovo messaggio.
- Campo arbitrale: questo campo contiene l'identificatore a 11 bit e un bit di richiesta di trasmissione remota (RTR). Il bit RTR viene utilizzato per distinguere tra frame di dati e frame remoti.
- Campo di controllo: Include il bit di estensione dell'identificatore (IDE), che è sempre recessivo in CAN 2.0A, e il codice di lunghezza dei dati (DLC), che specifica il numero di byte di dati nel frame (0 - 8 byte).
- Campo dati: Questo campo contiene i dati effettivi da trasmettere, con una lunghezza massima di 8 byte.
- Campo Controllo ridondanza ciclico (CRC).: Per rilevare gli errori nel messaggio viene utilizzato un codice CRC a 15 bit.
- Slot ACK: Il nodo trasmittente invia un bit recessivo e i nodi riceventi rispondono con un bit dominante se hanno ricevuto correttamente il messaggio.
- Fine del fotogramma (EOF): Una sequenza di 7 bit recessivi che segna la fine del messaggio.
La semplicità dell'identificatore a 11 bit in CAN 2.0A lo rende adatto per applicazioni in cui il numero di nodi e messaggi è relativamente piccolo. Ad esempio, in un sistema di automazione industriale su piccola scala con un numero limitato di sensori e attuatori, CAN 2.0A può fornire una soluzione di comunicazione economica ed efficiente.
CAN esteso (CAN 2.0B)
Il CAN esteso, o CAN 2.0B, utilizza un identificatore a 29 bit. Questo identificatore esteso fornisce uno spazio di indirizzi molto più ampio rispetto al CAN standard, consentendo un numero maggiore di messaggi e nodi univoci sul bus.
La struttura del frame di un messaggio CAN Esteso è simile a quella del CAN Standard, ma con alcune differenze nel campo di arbitraggio:
- Inizio del fotogramma (SOF): Simile a CAN 2.0A, è un singolo bit dominante.
- Campo arbitrale: Consiste in un identificatore base a 11 bit, un bit IDE (dominante in CAN 2.0B), un identificatore esteso a 18 bit e il bit RTR.
- Campo di controllo: Il DLC viene utilizzato per specificare il numero di byte di dati (0 - 8 byte).
- Campo dati: Può trasportare fino a 8 byte di dati.
- Campo Controllo ridondanza ciclico (CRC).: Un codice CRC a 15 bit per il rilevamento degli errori.
- Slot ACK: Similmente al CAN 2.0A, il nodo trasmittente invia un bit recessivo e i nodi riceventi rispondono con un bit dominante se il messaggio viene ricevuto correttamente.
- Fine del fotogramma (EOF): Una sequenza di 7 bit recessivi.
L'identificatore esteso in CAN 2.0B lo rende ideale per sistemi di automazione industriale su larga scala, come quelli presenti negli impianti di produzione automobilistica o nei sistemi robotici su larga scala, dove un gran numero di dispositivi devono comunicare tra loro.
CAN FD (velocità dati flessibile)
Oltre al CAN Standard ed Esteso esiste anche il protocollo CAN FD (Flexible Data Rate). CAN FD è un'estensione del protocollo CAN 2.0 che consente velocità di dati più elevate e carichi di dati più grandi.
Le principali differenze tra CAN FD e i tradizionali protocolli CAN sono:
- Carico utile dei dati: CAN FD può trasportare fino a 64 byte di dati, rispetto al massimo di 8 byte in CAN 2.0A e CAN 2.0B.
- Velocità dati: CAN FD supporta una velocità dati più elevata nel campo dati, che a seconda dell'implementazione può arrivare fino a diversi megabit al secondo.
- Struttura del telaio: La struttura del frame di CAN FD è simile a quella di CAN 2.0B, ma con campi aggiuntivi per supportare una velocità dati più elevata e un carico utile maggiore.
CAN FD è particolarmente adatto per applicazioni che richiedono un trasferimento dati ad alta velocità, come nei sistemi avanzati di assistenza alla guida (ADAS) nell'industria automobilistica o nei sistemi di controllo industriale ad alte prestazioni.
Applicazioni di diversi formati di frame CAN Bus nei PLC
La scelta del formato del frame CAN Bus nei PLC dipende dai requisiti specifici dell'applicazione.
Automazione industriale su piccola scala
Per i sistemi di automazione industriale di piccole dimensioni, come un pannello di controllo locale per una singola macchina o una piccola linea di produzione, il CAN standard (CAN 2.0A) è spesso sufficiente. La sua semplicità e il costo inferiore lo rendono un'opzione interessante. Ad esempio, in un semplice sistema di nastri trasportatori, i sensori possono inviare informazioni sullo stato a un PLC utilizzando messaggi CAN 2.0A e il PLC può inviare comandi di controllo agli attuatori nello stesso formato. Puoi esplorare il nostroMini PLC compattoche può essere ben integrato con i sistemi CAN 2.0A.
Automazione industriale su larga scala
Nei sistemi di automazione industriale su larga scala, come una fabbrica con più linee di produzione e un gran numero di sensori e attuatori, il CAN esteso (CAN 2.0B) è più appropriato. Lo spazio di indirizzi più ampio fornito dall'identificatore a 29 bit consente un numero maggiore di messaggi e nodi univoci sul bus. Ad esempio, in uno stabilimento di assemblaggio automobilistico, diverse sezioni della linea di produzione possono comunicare tra loro utilizzando messaggi CAN 2.0B, garantendo un funzionamento efficiente e affidabile.
Applicazioni di trasferimento dati ad alta velocità
Per le applicazioni che richiedono un trasferimento dati ad alta velocità, come il monitoraggio in tempo reale di processi critici o la robotica ad alte prestazioni, CAN FD è la scelta preferita. NostroPLC bus EtherCATpuò anche essere integrato con i sistemi CAN FD per fornire una soluzione completa per il trasferimento e il controllo dei dati ad alta velocità.
Vantaggi dell'utilizzo del bus CAN nei PLC
L'utilizzo del CAN Bus nei PLC offre numerosi vantaggi:
- Affidabilità: Il bus CAN utilizza una tecnica di segnalazione differenziale che lo rende resistente alle interferenze elettromagnetiche (EMI). Ciò è fondamentale negli ambienti industriali in cui sono presenti molte fonti di EMI, come motori e alimentatori.
- Scalabilità: Il protocollo CAN Bus consente una facile aggiunta o rimozione di nodi sul bus, rendendolo adatto sia per applicazioni su piccola che su larga scala.
- Costo - Efficacia: CAN Bus è un protocollo di comunicazione relativamente economico rispetto ad altri protocolli di comunicazione industriale. Richiede meno cablaggio e può essere implementato utilizzando microcontrollori economici.
- Prestazioni in tempo reale: Il meccanismo di arbitraggio basato sulla priorità nel CAN Bus garantisce che i messaggi ad alta priorità vengano trasmessi per primi, rendendolo adatto per applicazioni in tempo reale.
Le nostre soluzioni PLC CAN Bus
In qualità di fornitore di PLC CAN Bus, offriamo una gamma diPLC CAN-Busprodotti che supportano diversi formati di frame CAN Bus. I nostri PLC sono progettati per essere affidabili, facili da usare ed economici, rendendoli adatti ad un'ampia gamma di applicazioni industriali.
Che tu abbia bisogno di una semplice soluzione basata su CAN 2.0A per un progetto su piccola scala o di un PLC abilitato CAN FD ad alte prestazioni per un sistema industriale su larga scala, abbiamo il prodotto giusto per te. Il nostro team di esperti può anche fornire supporto tecnico e servizi di personalizzazione per garantire che i nostri PLC soddisfino i vostri requisiti specifici.
Contattaci per l'approvvigionamento
Se sei interessato ai nostri prodotti PLC CAN Bus o hai domande sui formati frame CAN Bus e sulle loro applicazioni nei PLC, ti invitiamo a contattarci per l'approvvigionamento e ulteriori discussioni. Il nostro esperto team di vendita sarà lieto di assistervi nella ricerca della soluzione migliore per le vostre esigenze di automazione industriale.
Riferimenti
- Bosch, "Specifica Controller Area Network (CAN) versione 2.0", 1991.
- ISO 11898 - 1:2015, "Veicoli stradali - Controller Area Network (CAN) - Parte 1: Livello di collegamento dati e segnalazione fisica."
- CiA (CAN in Automation), "CANopen — Un protocollo di livello superiore basato su CAN per l'automazione industriale distribuita", 2019.