книги / Микропроцессорные средства автоматизации энергетических систем. Сети автоматизации

сервиса (0–7) прикладного уровня, которому соответствует данный APDU. Нулевое значение бита ID10 (DIR) поля арбитража указывает на то, что адрес устройства (device adrress) является адресом назначения, а единичное – адресом источника.

Рис. 7.21. ЗаголовокAPDU сети SDS

Чем ниже значения логического адреса, тем выше приоритет сообщения. Бит RTR в SDSCAN-фреймах всегда имеет нулевое значение (удаленный CAN-фрейм в SDS-спецификации не применяется). Блок APDU имеет две формы: укороченную и длинную. Укороченная форма APDU содержит в поле DLC все нули и для передачи данных не используется. В поле данных длинной формы APDU содержится код длины (2–8) поля данных CAN-фрейма, два первых байта которого содержат спецификатор сервиса (service specifier), идентификатор встроенного объекта (EOID) и дополнительные параметры сервиса, а оставшиеся шесть предназначены для передачи собственно данных. При необходимости передачи последовательностей данных более 6 байт используется фрагментированный формат (до 64 фрагментов по 4 байта) длинной формы APDU.

391

Укороченная форма APDU используется в следующих сервисах прикладного уровня:

♦change of state (off, on, off ACK, on ACK) – обнаружение изменения состояния логического устройства;

♦write (on state, off state, on state ACK, off state ACK) – управ-

ление состояниями логического устройства.

К сервисам, использующим длинную форму APDU, относятся следующие:

♦channel – обеспечение как широковещательного (multicast), так и равноправного (peer-to-peer) каналов соединения;

♦connection – открытие/закрытие индивидуальных типов соединения;

♦write – чтение атрибутов объектов устройства;

♦read – изменение атрибутов объектов устройства;

♦action – команда объекту устройства выполнить действие;

♦event – сигнализация объектов устройства о событии.

При инициализации взаимодействия модулей сети SDS используются четыре сервисные функции-примитива:

♦запрос (request) – генерация APDU устройством-инициато- ром соединения;

♦ответ (response) – ответный APDU устройства-ответчика;

♦индикация (indication) – фиксация факта приема APDU уст- ройством-ответчиком;

♦подтверждение (confirm) – подтверждение приема APDU устройством-инициатором.

Сеть SDS всегда требует наличия единственного мастераменеджера сети как минимум на этапе включения для выполнения автонастройки скорости передачи модулей. В процессе работы сети допускается наличие нескольких ведущих устройств 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.

392

Модули с внешним питанием (не от SDS-шины) должны иметь механизм обнаружения пропадания питания шины для блокировки своей активности и выполнения автонастройки скорости после повторного включения сети. В сети SDS возможны четыре скорости передачи данных: 1 Мбит/с, 500, 250 и 125 кбит/с.

7.9.5. Сравнение протоколов прикладного уровня

Несмотря на все разнообразие представленных на рынке протоколов верхнего уровня, все они решают ряд схожих задач: распределение идентификаторов, передача данных более 8 байт и т.п. Задачи эти возникают в связи с функциональной незавершенностью CAN-спецификаций, ограниченных описанием лишь двух нижних уровней сетевого взаимодействия. Тем не менее различия в способах их решения в тех или иных HLP приводят в конечном счете к различиям, порой весьма существенным, в стоимостных и функциональных характеристиках сетей на их основе, что необходимо учитывать при выборе HLP для конкретного приложения. Далеко не последнюю роль играет и поддержка того или иного HLP со стороны производителей CAN-оборудования и инструментальных средств. Самым простым и компактным вариантом объединения несложных промышленных устройств под управлением одного ведущего устройства является стандарт SDS. Несколько более развитые сервисы предоставляет спецификация DeviceNet. Наибольшей гибкостью и возможностью максимально эффективной реализации режима реального времени обладает протокол CAN Kingdom. В отличие от трех других рассмотренных протоколов, CAN Kingdom не касается каких-либо аспектов физического уровня (среда, соединители и т.п.), выходящих за рамки стандарта ISO 11898, и представляет собой высокоуровневую надстройку над канальным уровнем CAN.

В табл. 7.7 представлены некоторые характеристики четырех HLP. Среди других прикладных CAN-протоколов, получивших признание в последнее время, можно выделить стандарт SAE J1939,

393

Таблица 7 . 7

Сравнительные характеристики четырех CAN HLP

пришедший на смену более старому J1708/J1587 и предназначенный для управления в режиме реального времени узлами транспортных средств (грузовики, автобусы), реализующий режим Plug and Play для модулей и использующий расширенный формат (29битовый идентификатор) CAN-фрейма. Ряд специализированных групп (например, HUG – Hydraulic Users Group) в области промышленной автоматизации работают над собственными дополнениями уже существующих CAN HLP в целях адаптации их параметров к своим областям применения. Следует отметить, что большинство существующих на рынке HLP находятся в процессе развития и да-

394

леки от завершения, особенно в плане формирования библиотек профилей (для тех HLP, в которых они определены), в связи с непрерывным расширением областей применения CAN-сетей.

В последние годы во всем мире наблюдаются стремительный рост числа разработок CAN-сетей и расширение спектра областей применения CAN-технологий. По информации ассоциации CiA, если в1996 году в мире было установлено 11 млн CAN-узлов, то в 2000 году – более 125 млн узлов. Только на основе стандартного и правильно выбранного HLP зачастую становятся возможными создание конкурентоспособной продукции, интеграция в одной сети готовых модулей, экономия средств и времени на разработку самой сети и ряд других, ужеупомянутыхранеепреимуществ.

7.10.PC/CAN ИНТЕРФЕЙСНЫЕ ПЛАТЫ

ИДРАЙВЕРЫ ДЛЯ НИХ

Немаловажную причину в столь стремительном распространении CAN-технологии в мире сыграло то, что CAN-контроллеры и CAN-трансиверы выпускаются очень большими тиражами, а значит, цена на них невысокая и постоянно снижается.

Фирмы Hoheywell и Allan-Bradley разработали и поддерживают сетевые протоколы верхнего уровня SDS и DeviceNet, причем последний является открытым, и на данный момент более 200 фирм выпускают и разрабатывают свои изделия в этом стандарте. Известными в Европе являются стандарты сети верхнего уровня

CANOpen, CAL (Германия) и CAN Kingdom (Швеция). Все эти сети используют CAN-шину на физическом и канальном уровнях. Фирма Advantech выпустила плату PCL-841, имеющую два гальванически развязанных CAN-порта на Philips 82C200, и разрабатывает модули удаленного сбора информации с выходом на CAN. Фирмы Grayhill и Opto22 выпустили недорогие периферийные контроллеры, поддерживающие сеть DeviceNet, в комплекте WAGO I/O System также имеется контроллерсвыходомнаCANOpen, DeviceNet иCAL.

395

Фирма Hilscher выпускает большой набор плат с CAN-прото- колами (CANOpen, DeviceNet, SDS) для распространенных системных шин типа ISA и PCI, мезонинной шины PC/104, а также в виде OEM-модулей для тех изготовителей контроллеров, которые хотят встроить в свои изделия совместимость с CAN-протоколами, не затрачивая время и средства на собственные разработки. Ряд отечественных фирм также выпускает изделия с CAN-протоколом, в том числе в популярном формате MicroPC.

Приведем данные о продукции, распространяемой подразделением IXXAT международной фирмы НПКФ «Дэйтамикро» (г. Таганрог). В 1990 году компания разработала первую CAN-плату. Компания IXXAT внесла большой вклад в спецификацию стандарта CANOpen. Первые реализации CANopen программного обеспечения от IXXAT появились в 1995 году. IXXAT, являясь членом CiA и тесно сотрудничая с главными рабочими группами, а также благодаря приобретенному опыту, выступает значимым партнером в области разработки продукции и систем CANopen. Она предлагает PC/CAN интерфейсные платы, которые позволяют организовать доступ PC-приложений к CAN-сетям с различными стандартами PC-интерфейсов. Пользователь может выбрать оптимальный PC/CANинтерфейс, соответствующий конкретному приложению, требованиям к рабочим характеристикам или имеющимся денежным средствам. Поддерживаются более 10 стандартов PC-интерфейсов, для каждого из которых предлагается несколько CAN-плат (табл. 7.8,

рис. 7.22).

Несмотря на разнообразие PC/CAN-интерфейсов, все интерфейсы могут управляться общим, аппаратно-независимым VCI-драй- вером (виртуальный CAN-интерфейс). Таким образом, можно легко переходить на другие CAN-карты, и даже CAN-карты будущего совместимы с приложением пользователя уже сейчас.

IXXAT сертифицирован по ISO 9001:2000. Прежде чем передать продукцию потребителю, каждая отдельная интерфейсная плата полностью тестируется.

396

Примечание:

*1 – через Generic-версию устройства для Linux и VxWorks функции CAN-интерфейса доступны через TCP/IP-socket-интерфейс.

*2 – через Generic-версию устройства для Linux и VxWorks функции CAN-интерфейса доступны через Bluetooth SPP-коммуникацию и последовательный ASCII-протокол.

*3 – на стадии подготовки.

397

Все PC/CAN интерфейсные платы выполняют имеющие в настоящее время силу требования Европейской директивы по электромагнитной совместимости (EMC Directive) 89/336/EEC и сертифицированы CE (Consultants Europe) согласно следующим стандартам:

–EN 61000-6-2: устойчивость к электромагнитным помехам технических средств, применяемых в промышленных зонах; ГОСТ

Р51317.6.2–99;

–EN 61000-4-2: устойчивость к электростатическим разрядам (к воздушному разряду, 8 кВ; к контактному разряду, 4 кВ); ГОСТ Р

51317.4.2–99;

–EN 61000-4-3: устойчивость к радиочастотному электромагнитному полю, 80 МГц – 1 ГГц, 10 В/м; ГОСТ Р 51317.4.3–99;

–EN 61000-4-4: устойчивость к наносекундным импульсным помехам, 1 кВ; ГОСТ Р 51317.4.4–99;

–EN 61000-4-6: совместимость технических средств – электромагнитная, 150 кГц – 80 МГц, 10 В; ГОСТ Р 51317.4.6–99;

–EN 55022: класс B, стандарт излучения электромагнитных помех коммерческих и бытовых приборов.

IXXAT PC/CAN интерфейсные карты имеют сертификат CSA (Canadian Standards Association) для США и Канады, эквивалент сертификату UL (Underwriters Laboratories Inc.).

IXXAT поставляет продукцию, соответствующую RoHS-ди- рективе (Европейская директива об ограничении вредных веществ, вступившая в силу 1 июля 2006 года).

Согласно европейскому законодательству IXXAT зарегистрирована в EAR (Правила экспортного управления) в Furth, поэтому все распространяемые IXXAT компоненты являются зарегистрированными в B2B. Регистрационный номер IXXAT в EAR – 29724241.

Поддержка стандарта CAN-шины на физическом уровне.

Существуютследующиедватипамикросхем, поддерживающих САN: ♦ встроенные – микросхемы, которые включают в себя CANконтроллер и один из видов интегрированного микроконтроллера (это Intel 80196СА, содержащий в одном кристалле стандартный контроллер 80196 и CAN-контроллер 82527; Philips 82С592 и 82С598,

399

имеющие контроллер 80С51 и CAN-контроллер 82С200; Motorola 68HC05X4, 68HC705X4, 68HC705X32 на основе М6805);

♦ периферийные – микросхемы, которые содержат только CAN-контроллер (это Intel 82527 с 14 фиксированными входными фильтрами, одним типа Mask-and-Match и поддержкой стандартного и расширенного кадров; Philips 82С200 с одним входным фильтром типа Mask-and-Match и поддержкой стандартного кадра; Siemens SAB 81C90, 81C91 c 16 фиксированными входными фильтрами; в качестве драйвера CAN-шины используются также Philips 82C251 или Texas Instruments SN65HVD251).

Компания Infineon предлагает микросхему низкоскоростного трансивера типа TLE 6255, специально спроектированную для несимметричных CAN-систем. Скорость передачи данных, обеспечиваемая трансивером, составляет 33 кбит/с. Для загрузки программного обеспечения или диагностических данных возможна работа со скоростью передачи до 100 кбит/с. В микросхеме предусмотрены такие функции, как управляемая скорость нарастания выходного сигнала, входные двухуровневые режимы запуска и ожидания, обеспечивающие низкие энергозатраты в режиме ожидания (30 мкА), защита от короткого замыкания, перегрева и воздействия электростатического разряда напряжением до 4 кВ (рис. 7.23). Напряжение питания микросхемы– 5,5–28 В, диапазонрабочихтемператур– от40 до125 °С.

Пример процессора с возможностями реализации CAN-прото- кола – микросхема C167CR компании Infineon (рис. 7.24). В микросхеме 16-разрядного микропроцессора объединены достоинства RISC-, CISC-процессоров, перспективных периферийных систем и CAN-модуль (версия 2.0 В), поддерживающий до 15 объектов сообщений и пригодный для применения в автомобильных и промышленных системах. В микросхему, работающую на тактовой частоте 33 МГц, входят СОЗУ емкостью 4 Кбайт, ПЗУ емкостью до 128 Кбайт, многофункциональные и специализированные периферийные устройства. Напряжение питания микросхемы – 5 В, диапазон рабочих температур – от 40 до 125 °С.

400