Файл: Конспект лекций Структурная схема классической.pptx

Форматы кадра

• В CAN существуют четыре типа сообщений:
• Data Frame
• Remote Frame
• Error Frame
• Overload Frame

Форматы кадра

• Data Frame – это наиболее часто используемый тип сообщения. Он состоит из следующих основных частей: поле арбитража (arbitration field) определяет приоритет сообщения в случае, когда два или более узлов одновременно пытаются передать данные в сеть
• Поле арбитража состоит в свою очередь из:
• для стандарта CAN-2.0A, 11-битного идентификатора + 1 бит RTR (retransmit);
• для стандарта CAN-2.0B, 29-битного идентификатора + 1 бит RTR (retransmit).

Форматы кадра

• Remote Frame - это Data Frame без поля данных и с выставленным битом RTR (1 - рецессивные бит). Основное предназначение Remote кадра - это инициация одним из узлов сети передачи в сеть данных другим узлом. Такая схема позволяет уменьшить суммарный трафик сети. Однако, на практике Remote Frame сейчас используется редко (например, в DeviceNet Remote Frame вовсе не используется).

Форматы кадра

• Error Frame - это сообщение, которое явно нарушает формат сообщения CAN. Передача такого сообщения приводит к тому, что все узлы сети регистрируют ошибку формата CAN-кадра, и в свою очередь автоматически передают в сеть Error Frame. Результатом этого процесса является автоматическая повторная передача данных в сеть передающим узлом. Error Frame состоит из поля Error Flag, которое состоит из 6 бит одинакового значения (и таким образом Error frame нарушает проверку Bit Stuffing, см. ниже), и поля Error Delimiter, состоящее из 8 рецессивных битов. Error Delimiter дает возможность другим узлам сети обнаружив Error Frame послать в сеть свой Error Flag

Форматы кадра

• Overload Frame - повторяет структуру и логику работы Error кадра, с той разницей, что он используется перегруженным узлом, который в данный момент не может обработать поступающее сообщение, и поэтому просит при помощи Overload-кадра о повторной передаче данных. В настоящее время Overload-кадр практически не используется

• Стандарт CAN определяет следующие методы обнаружения ошибок в сети CAN:
• Check Bit monitoring
• Bit stuffing
• Frame check
• ACKnowledgement Check
• Check CRC

• Check Bit monitoring - каждый узел во время передачи битов в сеть сравнивает значение передаваемого им бита со значением бита которое появляется на шине. Если эти значения не совпадают, то узел генерирует ошибку Bit Error. Естественно, что во время арбитража на шине (передача поля арбитража в шину) этот механизм проверки ошибок отключается.
• Bit stuffing - когда узел передает последовательно в шину 5 бит с одинаковым значением, то он добавляет шестой бит с противоположным значением. Принимающие узлы этот дополнительный бит удаляют. Если узел обнаруживает на шине больше 5 последовательных бит с одинаковым значением, то он генерирует ошибку Stuff Error

• Frame Check - некоторые части CAN-сообщения имеют одинаковое значение во всех типах сообщений. Т.е. протокол CAN точно определяет какие уровни напряжения и когда должны появляться на шине. Если формат сообщений нарушается, то узлы генерируют ошибку Form Error.
• ACKnowledgement Check - каждый узел получив правильное сообщение по сети посылает в сеть доминантный (0) бит. Если же этого не происходит, то передающий узел регистрирует ошибку Acknowledgement Error.
• CRC Check - каждое сообщение CAN содержит CRC сумму, и каждый принимающий узел подсчитывает значение CRC для каждого полученного сообщения. Если подсчитанное значение CRC суммы, не совпадает со значением CRC в теле сообщения, принимающий узел генерирует ошибку CRC Error

• Каждый узел сети CAN, во время работы пытается обнаружить одну из пяти возможных ошибок. Если ошибка обнаружена, узел передает в сеть Error Frame, разрушая тем самым весь текущий трафик сети (передачу и прием текущего сообщения). Все остальные узлы обнаруживают Error Frame и принимают соответствующие действия (сбрасывают принятое сообщение).
• Кроме того, каждый узел ведет два счетчика ошибок:
• Transmit Error Counter (счетчик ошибок передачи) и
• Receive Error Counter (счетчик ошибок приема)

HLP - протокол верхнего уровня

• Протоколы верхнего уровня - CAN HLP
• CAL/ CANopen,
• CAN Kingdom,
• DeviceNet и
• SDS (Smart Distributed System)

HLP  CANopen

• CANopen базируется на двух уровнях стандарта CAN (ISO 11898, Bosch CAN Specification 2.0 A/B). В дополнение к спецификациям физического уровня ISO 11898 (среда передачи данных двухпроводная дифференциальная линия), CANopen содержит собственные правила битового квантования, а также определяет три рекомендуемых типа соединителей. Разводкой контактов для всех типов соединителей предусмотрена возможность подачи питания на трансиверы узлов, имеющих гальваническую развязку. В сети CANopen определены восемь градаций скоростей передачи данных: 1 Мбит/с, 800, 500, 250, 125, 50, 20 и 10 Кбит/с.

HLP  CAN Kingdom

• Краеугольным камнем концепции сетевого взаимодействия CAN Kingdom является принцип: «модули обслуживают сеть» (MSN Modules Serves the Network) в отличие от принципа «сеть обслуживает пользователей» (NSM Network Serves the Modules), свойственного компьютерным сетям.
• В сеть CAN Kingdom не существует каких-либо рекомендуемых скоростей передачи данных. Но за первые 200 мс после подачи питания узел обязан настроиться на прослушивание шины на скорости 125 Кбит/ с

• Сеть DeviceNet имеет шинную топологию с отводами. Физической средой передачи является 4- проводной кабель (CAN_H, CAN_L, Vcc, Ground), причем возможны две его разновидности: толстый (внешний диаметр 12,2 мм) и тонкий (6,9 мм). Определены лишь три значения скорости передачи данных 125, 250 и 500 кбит/с.
• Имеется возможность питания модулей от сетевого кабеля (24 В, до 8 А на толстом кабеле), а также допускается применение нескольких источников питания в любой точке шины.

• Сеть DeviceNet допускает «горячее» подключение и отключение модулей. Стандарт DeviceNet содержит также подробное описание многочисленных типов переходников, разветвителей (одиночных и многопортовых), соединителей (Mini, Micro), сетевых отводов и т. п. При описании организации типов данных, сетевого поведения модулей в DeviceNet используется объектно-ориентированная модель.
• Максимальное число узлов в сети DeviceNet 64.

• SDS представляет недорогое и законченное решение для сетевого управления интеллектуальными датчиками и актуаторами от центрального контроллера в системах промышленной автоматизации.
• Шинная топология SDS представляет собой линейную шину (магистраль или транк) с короткими отводами.

• Определены два базовых типа кабельной разводки:
• Mini  (применяемый при сборке транка сети) 4-проводной кабель с максимальной токовой нагрузкой 8 А, 5-контактный разъем;
• Micro (для подключения физических устройств к сети) 4-проводной кабель, 3 А, 4-контактный разъем без отдельного контакта для экрана кабеля.
• Всеми типами кабельной разводки и соединителей предусмотрено подведение питающего напряжения к узлам.

• Сеть SDS требует наличия единственного мастера-менеджера сети как минимум на этапе включения для выполнения автонастройки скорости передачи модулей.
• В процессе работы сети допускается наличие нескольких мастеров на шине, но они должны функционировать в пределах своих адресных доменов, а при включении сети только один из них может брать на себя функцию сетевого менеджера для автонастройки скорости устройств.

• Сеть Foundation Fieldbus представляет собой открытый протокол, позволяющий использовать программно-аппаратные средства различных производителей.
• Стандарт определяет два уровня сети. На нижнем уровне (H1) в качестве физической среды передачи данных за основу взят стандарт IEC 61158-2.

• Стандарт IEC 61158-2 позволяет питать датчики непосредственно от канала связи. Скорость передачи на уровне H1 составляет 31,25 Кбит/с, длина соединения до 1900 м
• На верхнем уровне (протокол Н2) используется Foundation Fieldbus HSE, основанный на сети Fast Ethernet со скоростью передачи 100 Мбит/с.

• В стандарте Foundation Fieldbus определен дополнительный пользовательский уровень (User Level), позволяющий, применяя определенные функциональные блоки, строить промышленные сети с распределенным интеллектом.
• Поддерживается до 65000 сегментов, максимальное число узлов составляет 240 на сегмент.

• Методы обмена сообщениями:
• клиент/сервер (Client/Server);
• издатель/подписчик (Publisher/Subscriber);
• уведомление о событиях (Event Notification).
• Сеть Foundation Fieldbus может быть использована в качестве полной замены аналогового стандарта токовой петли 4÷20 мА.

• Телефонный канал занимает полосу частот от 380 до 3480 Гц. Полоса делится на частотные каналы для передачи (1, 2, 6, 8, 13 и 26 каналов). Скорость передачи данных составляет от 600 до 9600 бод.
• Коаксиальный кабель. Широко использовался вариант 10Base2 на «тонком» коаксиальном кабеле Thin Net. К достоинствам коаксиального кабеля следует отнести сравнительно большое расстояние передачи информации до 10 км, к недостаткам - сложность в монтаже и высокую стоимость.

• Витая пара. Наиболее распространенная физическая среда для построения современных сетей

По наличию экрана, различают следующие типы кабелей:

• Незащищенная витая пара (UTP)  витые пары кабеля не имеют экранирования;
• Фольгированная витая пара (FTP)  витые пары кабеля имеют общий экран из фольги;
• Защищенная витая пара (STP)  каждая пара кабеля имеет собственный экран.

• Кабель UTP подразделяют на ряд категорий:
• Категория 3 (EIA-568A) используется в диапазоне частот до 16 МГц.
• Категория 4 (EIA-568A) используется в диапазоне частот до 20 МГц. Обладает высокой помехоустойчивостью и низкими потерями.
• Категория 5 (TP-PMD) используется в диапазоне частот до 100 МГц для высокоскоростной связи. Скорость передачи до 100 Мбит/с (протокол FDDI), до 155 Мбит/с (протокол ATM) или до 1000 Мбит/с (протокол Gigabit Ethernet)

• Оптоволоконный кабель. Преимущества волоконно-оптических линий связи (ВОЛС):
• нечувствительность к внешним магнитным полям, колебаниям температуры и влажности;
• высокая пропускная способность (> 30 Гбит/с);
• малое затухание в полосе частот (до 0,2 дБ/км);
• отсутствие коротких замыканий;
• малые габариты и масса.
• Различают 3 типа волоконных световодов:
• многомодовый световод со ступенчатым изменением показателя преломления (ПП);
• многомодовый световод с плавным изменением ПП;
• одномодовый световод

• Радиоканал. Служит для организации обмена информацией со значительно удаленными сегментами систем управления. Передача информации организуется с использованием радиомодемов, работающих на базе GSM-технологии.
• Использование радиоканала нецелесообразно внутри предприятия, где на него воздействуют сильные помехи, вызванные работой оборудования.
• К недостаткам радиоканала относят высокую стоимость приемо-передающих устройств, низкую помехозащищенность и трудности в обеспечении секретности передаваемой информации.
• Инфракрасный канал (IR Connection стандарт IrDA 1.1)  осуществляет беспроводную связь между двумя устройствами на расстоянии до нескольких метров. На ИК–канал не влияют электромагнитные помехи, что позволяет использование в производственных условиях. Скорость обмена от 115,2 Кбит/с до 5 Мбит/с. Недостатки ИК–канала: высокая стоимость передатчиков и приемников; трудность обеспечения секретности информации.

• Прямой код удобен при преобразовании сигналов следящих систем, так как при переходе через нуль не меняются старшие разряды кода. В нем используется знаковый разряд.
• Смещенный код исключает применение коммутирующих элементов из схемы ЦАП, является наиболее простым для реализации.
• В дополнительном коде положительные числа преобразуются так же, как в прямом коде, а отрицательные – двоичным дополнением соответствующего положительного числа.

Основные параметры ЦАП:

• Разрешающая способность  определяется количеством двоичных разрядов входного кода;
• Точность  наибольшее значение отклонения аналогового сигнала от расчетного. Обычно выражается в виде половины уровня сигнала, соответствующего младшему значащему разряду (МЗР);