CAN (Controller Area Network) Bus är ett robust och allmänt använt kommunikationsprotokoll inom industriell automation, speciellt i PLC (Programmable Logic Controllers). Som en CAN Bus PLC-leverantör har jag bevittnat betydelsen av att förstå de vanliga CAN Bus-ramformaten som används i PLC:er. I den här bloggen kommer jag att fördjupa mig i dessa format, deras tillämpningar och hur de gynnar det industriella ekosystemet.
Förstå grunderna för CAN Bus
Innan vi hoppar in i ramformaten, låt oss kortfattat förstå vad CAN Bus är. CAN Bus är ett seriellt kommunikationsprotokoll som tillåter mikrokontroller och enheter att kommunicera med varandra i ett fordon eller en industriell miljö utan en värddator. Det utvecklades ursprungligen för bilindustrin men har sedan dess hittat sin väg till olika andra sektorer, inklusive tillverkning, robotik och byggnadsautomation.
CAN Bus fungerar på en seriell multimasterbuss, där flera noder kan skicka och ta emot data samtidigt. Protokollet använder ett meddelandebaserat kommunikationssystem, där varje meddelande identifieras av en unik identifierare (ID). Detta ID bestämmer prioriteten för meddelandet på bussen, med lägre ID-värden som har högre prioritet.
Vanliga CAN-buss ramformat
Det finns två huvudtyper av CAN Bus-ramformat: Standard CAN (CAN 2.0A) och Extended CAN (CAN 2.0B).
Standard CAN (CAN 2.0A)
Standard CAN, även känd som CAN 2.0A, använder en 11-bitars identifierare. Denna identifierare används för att bestämma prioritet för meddelandet på bussen. Ramstrukturen för ett standard CAN-meddelande består av flera fält:
- Start av bildruta (SOF): En enda dominant bit som indikerar början av ett nytt meddelande.
- Skiljedomsfält: Det här fältet innehåller 11-bitars identifieraren och en RTR-bit (Remote Transmission request). RTR-biten används för att skilja mellan dataramar och avlägsna ramar.
- Kontrollfält: Den inkluderar identifierarförlängningsbiten (IDE), som alltid är recessiv i CAN 2.0A, och datalängdkoden (DLC), som anger antalet databyte i ramen (0 - 8 byte).
- Datafält: Detta fält innehåller de faktiska data som överförs, med en maximal längd på 8 byte.
- Fält för cyklisk redundanskontroll (CRC).: En 15-bitars CRC-kod används för att upptäcka fel i meddelandet.
- ACK Slot: Den sändande noden skickar en recessiv bit, och de mottagande noderna svarar med en dominant bit om de har tagit emot meddelandet korrekt.
- End of Frame (EOF): En sekvens av 7 recessiva bitar som markerar slutet på meddelandet.
Enkelheten hos 11-bitars identifieraren i CAN 2.0A gör den lämplig för applikationer där antalet noder och meddelanden är relativt litet. Till exempel, i ett småskaligt industriellt automationssystem med ett begränsat antal sensorer och ställdon, kan CAN 2.0A tillhandahålla en kostnadseffektiv och effektiv kommunikationslösning.
Utökad CAN (CAN 2.0B)
Extended CAN, eller CAN 2.0B, använder en 29-bitars identifierare. Denna utökade identifierare ger ett mycket större adressutrymme jämfört med standard-CAN, vilket möjliggör ett större antal unika meddelanden och noder på bussen.
Ramstrukturen för ett Extended CAN-meddelande liknar den för Standard CAN, men med vissa skillnader i skiljedomsfältet:
- Start av bildruta (SOF): I likhet med CAN 2.0A är det en enda dominant bit.
- Skiljedomsfält: Den består av en 11-bitars basidentifierare, en IDE-bit (dominant i CAN 2.0B), en 18-bitars utökad identifierare och RTR-biten.
- Kontrollfält: DLC används för att specificera antalet databyte (0 - 8 byte).
- Datafält: Kan bära upp till 8 byte data.
- Fält för cyklisk redundanskontroll (CRC).: En 15-bitars CRC-kod för feldetektering.
- ACK Slot: I likhet med CAN 2.0A sänder den sändande noden en recessiv bit, och de mottagande noderna svarar med en dominant bit om meddelandet tas emot korrekt.
- End of Frame (EOF): En sekvens av 7 recessiva bitar.
Den utökade identifieraren i CAN 2.0B gör den idealisk för storskaliga industriella automationssystem, såsom de som finns i biltillverkningsanläggningar eller storskaliga robotsystem, där ett stort antal enheter behöver kommunicera med varandra.
CAN FD (flexibel datahastighet)
Utöver Standard och Extended CAN finns det även CAN FD (Flexible Data Rate)-protokollet. CAN FD är en förlängning av CAN 2.0-protokollet som möjliggör högre datahastigheter och större datanyttolaster.
De huvudsakliga skillnaderna mellan CAN FD och de traditionella CAN-protokollen är:
- Data nyttolast: CAN FD kan bära upp till 64 byte data, jämfört med maximalt 8 byte i CAN 2.0A och CAN 2.0B.
- Datahastighet: CAN FD stöder en högre datahastighet i datafältet, som kan vara upp till flera megabit per sekund, beroende på implementeringen.
- Ramstruktur: Ramstrukturen för CAN FD liknar den för CAN 2.0B, men med ytterligare fält för att stödja den högre datahastigheten och större nyttolasten.
CAN FD är väl lämpad för applikationer som kräver höghastighetsdataöverföring, såsom i avancerade förarassistanssystem (ADAS) inom fordonsindustrin eller högpresterande industriella styrsystem.
Tillämpningar av olika CAN-bussramformat i PLC:er
Valet av CAN Bus ramformat i PLC:er beror på applikationens specifika krav.
Småskalig industriell automation
För småskaliga industriella automationssystem, såsom en lokal kontrollpanel för en enskild maskin eller en liten produktionslinje, är standard CAN (CAN 2.0A) ofta tillräcklig. Dess enkelhet och lägre kostnad gör det till ett attraktivt alternativ. Till exempel, i ett enkelt transportbandssystem kan sensorer skicka statusinformation till en PLC med CAN 2.0A-meddelanden, och PLC:n kan skicka styrkommandon till ställdonen i samma format. Du kan utforska vårKompakt Mini PLCsom kan integreras väl med CAN 2.0A-system.
Storskalig industriell automation
I storskaliga industriella automationssystem, såsom en fabrik med flera produktionslinjer och ett stort antal sensorer och ställdon, är Extended CAN (CAN 2.0B) mer lämplig. Det större adressutrymmet som tillhandahålls av 29-bitars identifieraren tillåter ett större antal unika meddelanden och noder på bussen. Till exempel i en monteringsanläggning för bilar kan olika delar av produktionslinjen kommunicera med varandra med hjälp av CAN 2.0B-meddelanden, vilket säkerställer effektiv och tillförlitlig drift.
Höghastighetsdataöverföringsapplikationer
För applikationer som kräver höghastighetsdataöverföring, såsom realtidsövervakning av kritiska processer eller högpresterande robotik, är CAN FD det föredragna valet. VårEtherCAT Bus PLCkan också integreras med CAN FD-system för att tillhandahålla en heltäckande lösning för snabb dataöverföring och kontroll.
Fördelar med att använda CAN Bus i PLC:er
Att använda CAN Bus i PLC:er ger flera fördelar:
- Pålitlighet: CAN Bus använder en differentiell signaleringsteknik, vilket gör den resistent mot elektromagnetisk störning (EMI). Detta är avgörande i industriella miljöer där det finns många källor till EMI, såsom motorer och strömförsörjning.
- Skalbarhet: CAN Bus-protokollet möjliggör enkel tillägg eller borttagning av noder på bussen, vilket gör den lämplig för både småskaliga och storskaliga applikationer.
- Kostnad - Effektivitet: CAN Bus är ett relativt billigt kommunikationsprotokoll jämfört med andra industriella kommunikationsprotokoll. Det kräver mindre ledningar och kan implementeras med hjälp av billiga mikrokontroller.
- Realtidsprestanda: Den prioritetsbaserade skiljemekanismen i CAN Bus säkerställer att högprioriterade meddelanden sänds först, vilket gör den lämplig för realtidsapplikationer.
Våra CAN Bus PLC-lösningar
Som CAN Bus PLC-leverantör erbjuder vi en radCAN Bus PLCprodukter som stöder olika CAN Bus ramformat. Våra PLC:er är designade för att vara pålitliga, lätta att använda och kostnadseffektiva, vilket gör dem lämpliga för ett brett spektrum av industriella applikationer.
Oavsett om du behöver en enkel CAN 2.0A-baserad lösning för ett småskaligt projekt eller en högpresterande CAN FD-aktiverad PLC för ett storskaligt industrisystem, har vi rätt produkt för dig. Vårt team av experter kan också tillhandahålla teknisk support och anpassningstjänster för att säkerställa att våra PLC:er uppfyller dina specifika krav.
Kontakta oss för upphandling
Om du är intresserad av våra CAN Bus PLC-produkter eller har några frågor om CAN Bus-ramformat och deras applikationer i PLC:er, uppmuntrar vi dig att kontakta oss för upphandling och vidare diskussioner. Vårt erfarna säljteam hjälper dig gärna att hitta den bästa lösningen för dina industriella automationsbehov.
Referenser
- Bosch, "Controller Area Network (CAN) Specification Version 2.0," 1991.
- ISO 11898 - 1:2015, "Vägfordon - Controller Area Network (CAN) - Del 1: Datalänklager och fysisk signalering."
- CiA (CAN in Automation), "CANopen — Ett CAN-baserat högre lagerprotokoll för distribuerad industriell automation," 2019.