Automatisation et contrôle industriels

Aujourd'hui systèmes d'automatisation industrielle sont devenus populaires dans de nombreuses industries et jouent un rôle crucial dans le contrôle de plusieurs opérations liées aux processus. En raison de la mise en œuvre d'une grande variété de réseaux industriels avec leur répartition géographique dans l'usine ou l'industrie, la capacité de transfert et de contrôle des données de plancher est devenue plus sophistiquée et plus facile, allant du contrôle de bas niveau au contrôle de haut niveau. Ces réseaux industriels sont acheminés via divers bus de terrain qui utilisent diverses normes de communication comme le protocole CAN, Profibus, Modbus, Device net, etc. Voyons donc comment la communication CAN fonctionne pour automatiser les industries et autres systèmes basés sur l'automatisation .

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Introduction à l'automatisation et au contrôle industriels

La figure ci-dessous montre l'architecture de l'automatisation et du contrôle industriels dans laquelle trois niveaux de contrôle sont effectués pour automatiser l'ensemble du système. Ces trois niveaux sont le contrôle et l'automatisation, le contrôle de processus et le contrôle d'ordre supérieur. Le niveau de contrôle et d'automatisation se compose de divers appareils de terrain tels que des capteurs et des actionneurs pour surveiller et contrôler les variables de processus.

Architecture d'automatisation industrielle

Le niveau de contrôle de processus est un contrôleur central chargé de contrôler et de maintenir plusieurs dispositifs de contrôle tels que Contrôleurs logiques programmables (API) , ainsi que les interfaces graphiques utilisateur comme SCADA et Interface homme-machine (IHM) sont également inclus dans ce niveau. Le niveau supérieur de contrôle des commandes est un niveau d'entreprise qui gère toutes les opérations liées à l'entreprise.

En observant de près le schéma ci-dessus et chacun de ses niveaux et également entre les niveaux, les bus de communication tels que Profibus et Ethernet industriel sont considérés comme connectés pour échanger les informations. Par conséquent, le bus de communication est le composant majeur de l'automatisation industrielle pour un transfert fiable des données entre les contrôleurs, les ordinateurs et également depuis les appareils de terrain.

Réseau de zone de contrôle ou protocole CAN

Modèle d'interconnexion des systèmes ouverts (OSI)

Communication de données est le transfert de données d'un point à un autre. Pour soutenir la communication industrielle, l'Organisation internationale de normalisation a développé un modèle d'interconnexion des systèmes ouverts (OSI) pour assurer le transfert de données entre différents nœuds. Ce protocole et ce cadre OSI dépendent du fabricant. Le protocole CAN utilise les deux couches inférieures, c'est-à-dire les couches physiques et de liaison de données parmi les sept couches du modèle OSI.

Un Controller Area Network, ou protocole CAN est un multi-maître bus de communication série , et c'est un réseau de contrôleurs indépendants. La version actuelle de CAN est utilisée depuis 1990 et a été développée par Bosch et Intel. Il diffuse des messages vers les nœuds présentés dans un réseau en offrant une vitesse de transmission allant jusqu'à 1 Mbps. Pour une transmission efficace, il suit des méthodes fiables de détection d'erreur - et, pour l'arbitrage sur la priorité des messages et la détection de collision, il utilise le protocole d'accès multiple de détection de porteuse. En raison de ces caractéristiques de transfert de données fiables, ce protocole a été utilisé dans les bus, les voitures et autres systèmes automobiles, l'automatisation d'usine et industrielle, les applications minières, etc.

Transmission de données CAN

Protocole CAN n'est pas un protocole basé sur l'adresse, mais un protocole orienté message, dans lequel le message intégré dans CAN a le contenu et la priorité des données transférées. À la réception des données sur le bus, chaque nœud décide de rejeter ou de traiter les données - et ensuite, selon le système, le message réseau est destiné à un nœud unique ou à de nombreux autres nœuds. La communication CAN permet à un nœud particulier de demander les informations à n'importe quel autre nœud en envoyant RTR (Remote Transmit Request).

Transmission de données par protocole CAN

Il offre une transmission automatique des données sans arbitrage en transférant le message et le support de priorité la plus élevée et en attendant le message de priorité inférieure. Dans ce protocole, le dominant est un 0 logique et le récessif est un 1 logique. Lorsqu'un nœud transmet un bit récessif et qu'un autre transmet un bit de domination, alors le bit dominant l'emporte. Un système d'arbitrage basé sur la priorité décide si l'autorisation sera accordée pour continuer la transmission si deux ou plusieurs dispositifs commencent à émettre en même temps.

Cadre de message CAN

Un réseau de communication CAN peut être configuré avec différents formats de trame ou de message.

Format de trame standard ou de base ou CAN 2.0 A
Format de trame étendu ou CAN 2.0 B

Format de trame standard ou de base ou CAN 2.0 A

La différence entre ces deux formats est que la longueur des bits, c'est-à-dire que la trame de base prend en charge une longueur de 11 bits pour l'identifiant, tandis que la trame étendue prend en charge une longueur de 29 bits pour l'identifiant, qui est composée d'une extension de 18 bits et un identifiant de 11 bits. Le bit IDE diffère du format de trame étendue CAN et du format de trame de base CAN dans lequel IDE est transmis comme dominant dans un cas de trame de 11 bits et récessif dans un cas de trame de 29 bits. Il est également possible d'envoyer ou de recevoir des messages au format de trame de base par certains contrôleurs CAN qui prennent en charge les formats de trame étendue.

Format de trame étendu ou CAN 2.0 B

Le protocole CAN a quatre types de trames: trame de données, trame distante, trame d'erreur et trame de surcharge. La trame de données contient des données de nœud de transmission. La trame distante demande un identifiant spécifique La trame d'erreur de transmission détecte toutes les erreurs de nœud et la trame de surcharge s'active lorsque le système injecte un délai entre les données ou la trame distante. La communication CAN peut théoriquement relier jusqu'à 2032 appareils sur un seul réseau, mais elle est pratiquement limitée à 110 nœuds en raison des émetteurs-récepteurs matériels. Il prend en charge le câblage jusqu'à 250 mètres avec un débit en bauds de 250 Kbps avec un débit binaire de 10 Kbps soit la longueur maximale de 1 km, et le plus court avec 1 Mbps étant 40 mètres.

Automatisation et contrôle industriels à l'aide du protocole CAN

Cette projet est mis en œuvre pour contrôler les industriels charges qui sont exécutées par un moteur à courant continu en fonction des variations de température du processus. Divers systèmes de contrôle de processus dépendent de la température. Supposons que, dans le cas d'un réservoir d'agitateur - après avoir atteint une certaine température - le moteur à courant continu doit être mis en marche pour faire tourner l'agitateur. Donc, ce projet atteint cet objectif avec l'utilisation du protocole CAN qui est une communication à faible coût très efficace et fiable.

Deux microcontrôleurs sont utilisés dans ce projet, l'un pour l'acquisition des données de température et l'autre pour contrôle du moteur à courant continu . Le contrôleur CAN MCP2515 et l'émetteur-récepteur CAN MCP2551 sont connectés aux deux microcontrôleurs pour implémenter la communication CAN pour l'échange des données.

Automatisation et contrôle industriels à l'aide du protocole CAN

Le microcontrôleur côté émission surveille en permanence les températures avec l'utilisation du LM35 capteur de température en convertissant les valeurs analogiques en numérique avec ADC attaché. Ces valeurs sont comparées aux valeurs de consigne programmées dans le microcontrôleur, et ces valeurs sont violées lorsque le microcontrôleur envoie ou transmet les données au récepteur microcontrôleur latéral par contrôleur CAN et unités d'émetteur-récepteur.

La communication CAN côté réception reçoit les données et les transfère au microcontrôleur qui traite en outre les données et commande le moteur à courant continu par un circuit intégré de commande de moteur. Il est également possible de changer la direction du moteur avec le pilote IC contrôlé par le microcontrôleur.

Ainsi, le protocole CAN permet la communication peer-to-peer en connectant différents nœuds en environnement industriel. Ce type de communication peut également être implémenté dans d'autres systèmes d'automatisation comme la maison ou le bâtiment , usine, etc. Nous espérons que cet article vous a permis de mieux comprendre l'automatisation industrielle avec la communication CAN. Veuillez nous écrire pour de plus amples informations et questions.

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