Slika br.1 Blok dijagram TMS320x240x CAN modula

 CAN modul ostvaruje dvožičnu komunikaciju sa CAN transceiver-om preko pinova CANTX i CANRX sa jedne strane. Sa druge strane CPU ostvaruje pristup kontrolnim i statusnim registrima, kao i specifičnom memorijskom prostoru (tzv. Mailbox RAM) CAN modula.

 Mailbox-ovi su locirani u delu RAM-a veličine 48 memorijskih reči. U Mailbox RAM-u se nalaze poruke koje su upravo primljene, odnosno upisuju se poruke namenjene za slanje. Mailbox-ovi 0 i 1 su prijemni, dok su 4 i 5 predajni; mailbox-ovi 2 i 3 su konfigurabilni i mogu poslužiti za slanje ili za prijem.

 Svaki od šest mailbox-ova sadrži po četiri 16-bitna registra u kojima može da se smesti maksimalno 8 bajtova podataka, dva 16-bitna registra za identifikator i nekoliko kontrolnih registara. U okviru dva registra za identifikator, pored samog 29-bitnog identifikatora, se nalaze i tri bita kojima se definiše dužina identifikatora, upotreba lokalne maske i auto-answer mod (AAM bit) potreban za automatski odgovor na zahtev za podacima.

 CAN modul šalje ili prima podatke koristeći tip poruke sa podacima čiji je format prikazan na slici br.2. Po prijemu nove poruke se najpre identifikator same poruke upoređuje sa identifikatorima prijemnih mailbox-ova, i ukoliko se ovi poklope poruka se prihvata. Postavljanje lokalne maske omogućava da se određeni bitovi identifikatora mailbox-a maskiraju i ne učestvuju u upoređivanju sa odgovarajućim bitovima identifikatora pristigle poruke. Naravno, lokalnu masku je moguće postaviti samo za prijemne mailbox-ove.

Slika br.2 Format poruke sa podacima

 Prijem poruka sa zahtevom za podacima se može ostvariti samo preko mailbox-ova 0, 1, 2 i 3. Ukoliko stigne poruka u kojoj je setovan RTR bit, CAN modul upoređuje identifikatore ovih mailbox-ova sa identifikatorom pristigle poruke. Identifikatori mailbox-ova se porede počev od mailbox-a broj 3 naniže. Za slučaj kada se identifikatori poklope dalja pretraga se završava. Zavisno od toga da li je identifikaovani mailbox prijemni ili predajni, kao i da li je setovan AAM bit, moguće su sledeće situacije:

 1. Ukoliko je prozvani mailbox konfigurisan za slanje (uočiti da to mogu biti samo konfigurabilni mailbox – ovi 2 i 3), a AAM fleg je setovan, dolazi do automatskog slanja trenutnog sadržaja tog mailbox-a.

 2.Ukoliko je prozvani mailbox konfigurisan kao predajni, a AAM bit nije setovan, prihvaćena poruka sa zahtevom za podacima će biti ignorisana, tj neće biti nikakvog odziva na poruku, kao ni bilo kakve signalizacije ka CPU da je ovakva potuka primljena.

 3. Ukoliko je prozvani mailbox konfigurisan kao prijemni, on poruku prihvata i signilizira CPU preko bita RCR iz prijemnog kontrolnog registra. Odgovor na ovaj zahtev za podacima sada u potpunosti zavisi od odluke CPU.

 Kada CPU želi da pošalje zahtev za podacima, to se ostvaruje sa konfigurabilnim mailbox-ovima 2 i 3. Naime, jedan od njih se najpre konfiguriše kao prijemni mailbox. Tako konfigurisan mailbox je u stanju da pošalje poruku sa zahtevom za podacima. Prijem očekivanih podataka se ostvaruje u istom mailbox-u.

 Dva statusna registra daju informacije o funkcionisanju cele periferije (Global Status Register (GSR)), odnosno o tipu greške koja je nastupila (Error Status Register (ESR)). ESR prikazuje samo prvu grešku koja je nastupila, to jest naredne greške ne menjaju njegov sadržaj. CAN modul ima dva brojača grešaka, po jedan za režim slanja i režim prijema čiji sadržaji su dostupni CPU.

 Kontrolni registri CAN modula omogućavaju konfigurisanje mailbox-ova pomoću kojih se oni uključuju ili isključuju, kontrolišu predajne ili prijemne funkcije, određuju brzinu prenosa i upravljaju prekidima. Postoje dva tipa prekidih zahteva između CAN modula i PIE kontrolera: jedan je iniciran promenom stanja nekog mailbox-a, a drugi usled uočene greške. Oba tipa mogu koristiti visoki i niski nivo prioriteta. Sledeće aktivnosti iniciraju prekid:

• poruka je uspešno primljena ili poslata;
• slanje poruke je prekinuto;
• CPU nije uspeo da upiše poruku za slanje;
• wake-up stanje;
• stara poruka je prebrisana od strane nove poruke;
• CAN modul je onemoguđen da šalje poruke (Bus-off stanje);
• CAN modul je pasivan (Error Passive);
• jedan ili oba brojača grešaka ima vrednost koja je jednaka ili veća od 96;

Maxim MAX3225cpp

 Maxim MAX3225cpp predstavlja RS-232 drajver [12] zadužen za asinhronu serijsku vezu sistema sa periferijama. Maksimalna brzina komunikacije je 1 Mb/s. Podizanje signala na RS-232 nivo se ostvaruje takozvanom naponskom pumpom koja je realizovana u vidu četiri kondenzatora reda veličine 0,1µF. Kolo automatski prelazi u stanje niske potrošnje kada je RS-232 kabl otkačen ili u slučaju da su transmisiona kola zakačene periferije neaktivna, odnosno ukoliko je UART koji pogoni transmitere neaktivan više od 30 sekundi koristeći AutoShutdown Plus aplikaciju. Kolo se ponovo aktivira pri novoj validnoj tranziciji na bilo kom transmiter-skom ili receiver-skom ulazu. Kolo je smešteno u standardnom DIP 20 kućištu.

Philips PCA82C250

 PCA82C250 je interfejs između CAN kontrolera i fizičke magistrale. Primarna upotreba je u industrijskim aplikacijama koje koriste brzine od 40 kb/s do 1 Mb/s. Poseduje zaštite od kratkog spoja ka pozitivnom i negativnom naponu, zaštitu od termalnog preopterećenja koja kontroliše da temperatura spoja ne pređe 165ºC. Kolo zahteva 5V napajanje, i njegovo ulazno kolo za prijem podataka od CAN kontrolera (pin TXD) očekuje za logičku jedinicu napon od 5V, dok njegovo izlazno kolo za slanje podatka ka CAN kontroleru daje napon od 5V za logičku jedinicu. U oba slučaja, logičkoj nuli odgovara naponski nivo od 0V.

 PCA82C250 je spakovan u veoma malo osmopinsko SMD kućište sa oznakom SO-8 (Small Outline package). Dimenzije su mu 4x5mm.

The post Karakteristike i blok dijagram CAN modula jednog digitalnog signalnog procesora appeared first on Automatika.rs.

Slika br.1 Ilustracija primene SIMATIC Manager-a

 Otvaranjem projekta u SIMATIC Manager-u, dobija se osnovni prozor u čijem desnom delu se sa Insert New Object postavlja nova stanica, SIMATIC 300 Station.

Slika br.2 Izbor SIMATIC 300 stanice

 Sa dvoklikom na navedenu stanicu, otvara se prozor za hardversko konfigurisanje HW Config. U folderu SIMATIC 300 biramo opciju RACK-300 koja omogućava izbor šine (rail) na koju postavljamo željeni PLC: CPU 314C-2DP pod oznakom 6ES7 314-6CF02-0AB0, opcija CPU-300.

Slika br.3 Izbor tipa CPU PLC-a i šine (rail)

 Nakon odabira tipa CPU modula automatski se otvara prozor za podešavanje parametara PROFIBUS mreže, odabrano je: adresa master stanice 2, tip profila DP, brzina prenosa informacija 1.5Mbps, adrese ulaznih portova 124 do 126 i izlaznih 124 do 125.

Slika br.4 Podešavanje PROFIBUS komunikacije

 Nakon obavljenih podešavanja prikazanih na Slici br.4 prozor HW Config-a prikazuje raspored modula master uređaja (U slot br.1 je naknadno ubačen napojni modul PS 307 2A, u slot br.2 CPU 314C-2DP, itd.) i kao i simbol za DP master sistem.

Slika br.5 Prikaz modula master uređaja

 FC302 i EM277 PROFIBUS DP modul dodajemo nakon odabira master uređaja i parametara PROFIBUS komunikacije, potrebno je u mrežu dodati sve slave uređaje. Ukoliko se željeni uređaji ne nalaze u hardver katalogu, koji se nalazi na desnoj strani HW Config prozora, potrebno ih je naknadno ubaciti instaliranjem tzv. GSD fajlova (device database files). GSD fajl sadrži sve potrebne podatke za podešavanje komunikacije željenog slave uređaja. Ovi fajlovi se mogu naći na sajtu proizvođača čiji uređaj želimo da povežemo u PROFIBUS mrežu.

 Nakon instaliranja potrebnog GSD fajla Options>Install GSD file u hardverskom katalogu se pojavljuje ikona željenog slave uređaja, u ovom slučaju je to FC302 koga uvodimo u hardversku konfiguraciju jednostavnim prevlačenjem i priključenjem na PROFIBUS mrežu.

Slika br.6 Izbor FC302 slave uređaja i PPO2 objekta

 Adresa FC302 je podešena na 3, izabran je tip komunikacionog objekta PPO 2, modul konzistentan, koji sadrži parametarski i procesni deo, tako da je moguće izvršiti promenu parametara frekventnog regulatora i prikupiti podatke o procesu. Izbor PPO objekta u master konfiguraciji je automatski snimljen u frekventnom regulatoru i može se pročitati u par.9-22 frekventnog regulatora.

 Dvoklikom na ikonu FC302 sa slike br.6, dobijemo prozor kao na slici br.7 u kom se može postaviti sadržaj PPO telegrama, PCD oblast. Obavezno je potrebno dozvoliti autokonfigurisanje FC302.

Slika br.7 Izbor sadržaja PCD dela

 Parametri P915/0 do P915/9 su procesni podaci koje master PLC CPU 314C-2DP upisuje u slave FC302. Oni mogu biti vrednosti ramp up i ramp down time, limit brzine i momenta, itd. slika br.7 (Master to Slave). Vrednosti parametara koje PLC šalje su smeštene u delu njegove memorije koja predstavlja tabličnu sliku procesnih izlaza, tzv. PQW oblast su prikazane na slici br.8.

 Parametri P916/0 do P916/9 su procesni podaci koje master PLC CPU 314C-2DP čita sa slave-a FC302, kao npr. trenutne vrednosti brzine, struje, frekvencije itd. Slika br.8 (Slave to Master). Vrednosti parametara koje PLC prima su smeštene u delu njegove memorije koja predstavlja tabličnu sliku procesnih ulaza, tzv. PIW oblast.

Slika br.8 Ulazna i izlazna memorijska slika PLC-a

 Nakon izvršene konfiguracije slave uređaja FC302 za rad na PROFIBUS mreži, potrebno je dodati drugi slave uređaj EM 277 PROFIBUS DP modul. Kao što je pomenuto, ovaj modul omogućava priključenje S7-200 PLC-a na PROFIBUS mrežu u funkciji slave uređaja. Pre podešavanja parametara ovog modula za rad u PROFIBUS mreži, potrebno je objasniti način komunikacije između master uređaja, PLC-a S7-300, i slave uređaja PLC-a S7-200 sa dodatim modulom EM 277.

 Svrha PROFUBUS DP konekcije je razmena podataka, gde master uređaj igra glavnu ulogu.
Podaci koje master šalje slave-u su označeni kao izlazni podaci (Output data), dok su podaci koje slave šalje master-u su označeni kao ulazni podaci (Input data). Podaci koji stižu u slave uređaj su takođe označeni kao izlazni (Output) iako oni predstavljaju ulazne podatke slave-a. Takođe podaci koji se vraćaju master-u su označeni kao ulazni (inputs) iako oni predstavljaju izlazne podatke slave-a. Na Slici br.9 je prikazan memorijski model koji opisuje razmenu podataka između master S7-300 i slave S7-200 CPU 224XP uređaja korišćenjem EM 277 Profibus DP modula.

Slika br.9 Princip razmene podataka između mastera CPU 314C- 2DP i slave-a CPU 224 XP preko EM 277modula

 Kao što je prikazano na slici br.9 master šalje podatke iz njegove izlazne oblasti (output area) u izlazni bafer (output buffer) slave-a (Receive mailbox). Iz ulaznog bafera (input buffer) slave-a (Send mailbox) master preuzima podatke i smešta ih u njegovu ulaznu oblast (input area). Izlazni i ulazni bafer S7-200 PLC-a su smešteni u njegovu V memorijsku oblasti (Variable memory). Ulazna i izlazna oblast S7-300 PLC-a je smeštena u PI i PQ memorijsku oblast, respektivno.

 Da bi omogućili komunikaciju između master-a i slave-a moraju se prvo definisati adrese, odnosno veličina memorijskih oblasti za prijem i slanje podataka na obe strane. Veličina memorijskih oblasti zavisi od količine podataka koja će se prenositi. Za potrebe realizovanog pogona izabrano je 4 word-a za slanje i 4 worda za prijem podataka (4 Word Out/4 Word In), slika br.10 (EM 277 modul se ne nalazi u HW katalogu, pa je potrebno instalirati njegov GSD fajl, koga predhodno treba preuzeti sa Siemens-ovog sajta, adresa modula je podešena na 4 pomoću obrtnih prekidača). Moglo se izabrati i 8 bytes out/8 bytes in ili 8 byte buffer I/O, jer je u pitanju ista količina podataka koja se prenosi, jedina je razlika u konzistentnosti podataka. U izabranoj konfiguraciji 8 baytes dozvoljeno je izvršenje korisničkog interapta u CPU tokom prenosa podataka, dok je u konfiguraciji 4 word dozvoljeni izvršenje korisničkog interapta jedino između word-ova. U konfiguraciji 8 bayte buffer je onemogućeno izvršenje korisničkog interapta u CPU tokom prenosa ove količine podataka.

 Podešavanje startne adrese izlaznog bafera (Receive malbox) slave-a vrši se iz prozora koji se otvara dvoklikom na EM 277 modul, Slika 46. Upisom broja 1000 u polje I/O Offset in V-memory definišemo startnu adresu izlaznog bafera na lokaciji VB 1000. Pošto je izabrana konfiguracija od 4 word-a za slanje i prenos slave automatski postavlja veličinu izlaznog bafera na 4 worda, odnosto 8 bajta, što znači da je krajnja adresa izlaznog bafera (Receive malbox) slave-a VB 1007, startna adresa ulaznog bafera (Send mailbox) VB 1008, a krajnja VB 1015, kao što je prikazano na slici br.9.

Slika br.10 Insertovanje drugog slave uređaja, EM 277 modula i podešavanje startne adrese Output baffer-a S7-200 PLC-a

 Potrebno je napomenuti da programer određuje startnu adresu output baffer-a slave uređaja, koju master šalje slave-u prilikom njegove konfiguracije. Slave koristi ovu informaciju za podešavanje svojih Send i Receive memorijskih oblasti.

 Podešavanje startne adrese ulazne i izlazne oblasti (Input and Output area) master-a vrši se iz prozora koji se otvara dvoklikom na polje 4 Word Out/4 Word In koje je slektovano u donjoj polovini HW Config prozora kao slici br.11. Startne adrese Output i Input oblasti su podešene na 10 (PQ 10 i PI 10 respektivno), dok se krajnje adrese ovih oblasti same generišu, jer su veličine ovih oblasti poznate, i one iznose PQ 17 i PI 17.

 Slika br.11 Podešavanje startnih adresa Input i Output blasti S7-300 PLC-a

 Potrebno je izvršiti podešavanje MPI komunikacije koja predstavlja vezu između PC računara i S7-300 PLC-a. Podešavanja MPI komunikacije vrše se isključivo iz programa NetPro koga pokrećemo iz HW Config prozora. Iz NetPro prozora moguće je vršiti i sva podešavanja vezana za PROFIBUS, ali u slučaju PROFIBUS-a inicijalna podešavanja kao što su izbor modula u okviru slave uređaja i PPO tipa moraju se obaviti u HW Config-u.

Podešavanje MPI komunikacije

 Podešavanje MPI mreže (podrazumeva se da je u Simatic Manageru/Options>Set PG/PC Interface komunikacija podešena na PC Adapter (MPI)), se vrši njenim obeležavanjem u NetPro prozoru i izborom iz menija Edit>Object Properties. Brzinu prenosa podataka treba postaviti na 187.5 kbit/s, što je ujedno i najveća moguća brzina za MPI komunikaciju. Moguće je i, ukoliko je to potrebno, posebno podesiti svaki uređaj koji je partner u komunikaciji. Koršćene stanice su simbolički prikazane u vidu blokova, dok su PROFIBUS i MPI protokoli simbolički predstavljni linijama. Konačan izgled podešavanja u alatu NetPro prikazan je na slici br.12.

Slika br.12 Podešavanja u NetPro alatu

 Posle svega potrebno je kompajlirati i snimiti navedena podešavanja, pritiskom na odgovarajuće dugme u HW konfiguratoru. Posle toga konfiguraciju je iz HW config potrebno download-ovati u PLC S7-300. Time se automatski ima da podešavanja koja su snimljena u PLC-u budu direktno preko PROFIBUS-a preneta i u FC302 (što se lako može proveriti npr., proverom par.P9-15 direktno na njegovom displeju) i u S7-200 PLC ( što se lako može primetiti signaliziranjem diode DX MODE na EM 277 modulu- signalizira trenutak kada EM 277 DP modul ulazi u mod razmene podataka sa master-om S7-300 i ostaje uključena sve dok traje razmena podataka).

Napomena: Kao primer su korišćeni sledeći uređaji: PLC CPU 314C-2DP, FC302 i EM277 PROFIBUS DP moduli. Dalja upustva i pojašnjenja pojmova možete prinaći u sledećoj literaturi: Realizacija elektromotornog pogona primenom PROFIBUS i USS komunikacije, autor: Milorad Kaplarević.

The post SIMATIC Manager – Softver koji omogućava detaljno konfigurisanje mreže appeared first on Automatika.rs.

 Za 24V uređaje, to je realizovano korišćenjem EtherCAT P tehnologije koje je povezana preko specijalnih M8 konektora. Da bi obezbedili dodate mogućnosti napajanja preko jednog kabla, novi tipovi ENP i ECP konektora kombinuju EtherCAT ili EtherCAT P komunikaciju sa dodatnim provodnici električne energije u jednom kablu. Oni us jednostavni za upotrebu, mehanički su kodirani kako bi sprečili greške pri instalaciji, nivo zaštite je IP67.

 Fleksibilan dizajn ovog kabla omogućuje njegovo povezivanje sa mnogim aplikacijama. Neograničena otvorenost za mešovite mrežne topologije omogućava fleksibilne konektore između:

– EtherCAT P komunikacija sa integrisanim napajanjem (jedno rešenje sa M8 konektorom)

– Jedno kablovsko rešenje koje koristi hibridne kablove koji kombinuju EtherCAT ili EtherCAT P komunikacioni element sa dodatnim provodnicima el. energije (jedno rešenje kabla sa novim ENP ili ECP konektorom)

– Konvencionalno rešenje sa dva kabla i odvojenim napajanjem (EtherCAT preko M8 / PJ45 konektora ili EtherCAT/EtherCAT P preko ENP/ECP konektora)

 ECP i ENP konektori primenjuju kombinaciju komunikacionih i energentskih elemenata u različitim klasama performansi koje se kreću u rasponu od 3-64A u jednom kompaktnom dizajnu.

 Najveće prednosti ovih konektora su to što je sada sistem sveden samo na osnovne elemente. Sistem je jednostavan za korišćenje zbog ”bajonetskih” veza sa mehaničkim i bojnim kodiranjem. Takođe, ovi konektori omogućuju korišćenje manjeg broja, tanjih i jeftinijih kablova.

 ECP i ENP konektori sa EtherCAT P kodiranim M8 konektorima, pokrivaju korišćenje svih aplikacija i sistema do neverovatnih 480 V AC i maksimalno 64 A. Visoka fleksibilnost sistema za povezivanja, dostupna je u većini područja primene. U zavisnosti od specifičnih potreba, nekada se koristi EtherCAT i EtherCAT P pojedinačno ili u kombinaciji. Tipični zahtevi za male i srednje sisteme pokriveni su EtherCAT P sa do 3 A u kombinaciji sa M8 ili ECP konektorima. Nasuprot tome, serija ENP konektora korisna je pri većim instalacijama koje uključuju dužu daljinu prenosa.

The post Prenos informacija i električne energije preko istog kabla appeared first on Automatika.rs.

DP – V1

Ključna novina koja je implemetnirana u ovoj verziji DP protokola je mogućnost aperiodične razmene podataka između master-a i slave-a. Ova funkcionalnost se dominantno koristi za izmenu parametara i kalibraciju slave uređaja u toku rada, kao i za unapređenje dijagnostike slave uređaja kroz alarmne i status poruke. Kombinovanje periodičnog i aperiodičnog prenosa podataka je ilustrovana na slici 1. Master označen sa 1 na početku ciklusa poseduje token i započinje periodični ciklus u kom se obraća svakom od njemu pridruženih slave-ova šaljući im ili preuzimajući podatke od njih. Kada se i završi obraćanje i poslednjem slave-u tipično do početka narednog ciklusa preostaje izvesni vremenski interval koji se naziva vremenski procep. U tom periodu master 1 predaje token master-u 2 koji onda može da pristupi željenom broju slave-ova, očita njihova stanja ili podatke itd.

Slika br.1 – Periodična i aperiodična komunikacija na DP-V1

Inspekcija stanja slave uređaja je uz pomoć protokola DP–V1 zanatno poboljšana kroz specijalne statusne i alarmne poruke. Oba tipa poruka imaju smer od slave-a ka master-u. Statusna poruka služi da izvesti master o trenutnom statusu slave uređaja u nehavarijskim uslovima rada i na nju master ne mora da odgovori. Alarmnu poruku slave šalje u slučaju nastupanja nekih havarijskih uslova i na nju se očekuje eksplicitni odgovor master-a. Slave ne šalje novu alarm poruku pre nego do njega ne stigne potvrda od master-a o prijemu prethodne.

DP – V2

 Ova verzija protokola unosi mnoštvo novih funkcija od kojih su najznačajnije: mogućnost direktne slave-slave komunikacije, sinhronizaciju rada master-a i slave-ova, očitavanje iz i učitavanje u slave željenog programskog koda i drugo. DP–V2 po prvi put unutar DP komunikacionog protokola uvodi mogućnost direktne komunikacije slave čvorova na mreži. To se postiže broadcast porukama koje odašilje slave (u takvoj ulozi on se u PROFIBUS dokumentaciji naziva “publisher”). Master, ali i ostali slave-ovi su u stanju da registruju poruke. Ako ti slave-ovi imaju potrebu za informacijama koje šalje publisher, onda je njima u procesu inicijalizacije i konfiguracije omogućeno da prihvate i uskladište ovu poruku. Slave-ovi koji primaju ovu poruku se nazivaju i PROFIBUS literaturi “subscribers”. Slika 2 ilustruje opisanu slave-slave razmenu podataka.

Slika br.2 Slave – slave razmena podataka

 Primenom ove nove funkcionalnosti se otvaraju mogućnosti za razvoj sasvim novih aplikacija. Kako master nije više obavezno uključen u svaku razmenu podataka na komunikacionoj liniji, to se značajno povećava brzina odziva, u nekim slučajevima čak i do 4 puta.

 Sinhronizovan rad više uređaja na mreži je problem koji je bilo veoma teško rešiti primenom DP-V1 protokola. DP-V2 to rešava na dva načina. Prvi način podrazumeva primenu globalne upravljačke broadcast poruke koja omogućava početnu sinhronizaciju slave uređaja ili održavanje već postignute sinhronizacije sa devijacijom manjom od jedne μs. Visoki proiritet ove poruke omogućava očuvanje ove sinhronizacije i u slučajevima izuzetno opterećene komunikacione linije. Drugi način podrazumeva primenu tzv. vremenskih markera (″time stamp″). Ove poruke šalje master svim slaveovima i u njih upisuje podatak o trenutnoj vrednosti sistemskog sata. Tako se postiže sinhronizacija događaja na slave-ovima unutar intervala od jedne ms. Ova funkcionalnost je posebno povoljna za sinhronizaciju razlićitih procesa na mreži sa više master-a.

 DP-V1, a samim tim i naprednija varijanta protokola DP-V2 podržavaju upis ili čitanje blokova podataka od strane master-a. U DP-V2 je to unapređeno na taj način što je omogućeno masteru da po potrebi očita (upload) ili upiše (download) kod u posebne memorijske oblasti na slave uređaju. Time se automatizuje do tada jedan manuelni posao. Čak što više, master ima nove mogućnosti da kontroliše funkcionisanje slave-a (stop, start, restart i sl.) ili da aktivira nove funkcije već startovanog pogona (kao što bi bila akvizicija izmerenih vrednosti i sl.).

 Usložnjavanje komunikacionog algoritma je iziskivalo sofisticiraniji način adresiranja uređaja na mreži. U tom cilju se zahteva podela slave uređaja na jedan ili više modula. Ovi moduli se koriste za realizaciju periodična razmena podataka. Svakom modulu se pridružuje jedinstveni identifikator. Kada master šalje poruku, on na tačno određena mesta u njoj pozicionira idnetifikator. Slave analizira poruku, uoči identifikator i ako se on poklopi sa njegovim identifikatorom prihvata dalji sadržaj poruke. Slična je situacija i kada slave šalje podatke master-u. Tada slave u poruku umeće identifikator da bi master znao od kog uređaja je prosleđena ta poruka.

 Blokovsko aperiodično čitanje i upis podataka koje uvode poslednje dve verzije protokola, DP-V1 i DP-V2 je zahtevalo dalje usložnjavanje mehanizma adresiranja. Stoga se sada određene memorijske oblasti unutar modula dele na segment kojim se pristupa preko tzv. indeksa. Svaki blok podataka je maksimalne dužine do 244 bajta i nemu se pristupa tako što se unutar adresnog segmenta aperiodične poruke sa podacima navedu i identifikator i indeks.

 Dalja upustva i pojašnjenja pojmova možete prinaci u sledećoj literaturi: Implementacija CAN protokola na pogonskom kontroleru baziranom na TMS320LF2407 digitalnom signal procesoru, Autori: Željko Pantić i Igor Stamenković.

The post Verzije Profibus DP komunikacijskog protokola – DP-V1 i DP-V2 protokoli appeared first on Automatika.rs.

DP-V0

 DP-V0 realizuje osnovne funkcionalnosti DP protokola, pod kojima je uglavno podrazumeva ciklična razmena podataka kao i dijagnostika uređaja periferijskog modula, kao i celog komunikacionog kanala. Centralni kontroler (master) je u stanju da periodično (ciklično) čita ulazne informacije od slave-ova i šalje izlazne informacije istima. Da bi se to postigle u realnom vremenu nije dovoljno da komunikacioni kanal ima veliku propusnu moć. Bitna je i struktura samog protokola koji treba da obezbedi jednostavan mehanizam za rukovanje porukama, mogućnost brze dijagnostike stanja i otpornost na smetnje usled preslušavanja signala.

 Dijagnostičke funkcije koje implementira DP-V0 omogućavaju proveru opšte spremnosti uređaja na mreži za normalan rad (tj. detekciju stanja pregrejanosti, podnapona, prenapona i sl.), proveru I/O podsistema uređaja, kao i ispravnost funkcionisanja samog komunikacionog kanala (npr. detekciju kratkog spoja između provodnika prenosnog medijuma).

 DP protokol definiše tri tipa uređaja: DPM1 (DP master Class 1), DPM2 (DP master Class 2) i Slave uređaje. DPM1 predstavlja formalan opis centralnog kontrolera koji periodično razmenjuje podatke sa distribuiranim slave uređajima. Tipični predstavnici ove grupe su PLC ili PC. DPM1 ostaruje aktivan periodičan pristup magistrali i u okviru njega vrši čitanje i upis podataka prema slave-ovima. DPM2 takođe ostvaruje aktivan pristup na komunikacionu liniju ali to koristi samo u periodima konfigurisanja novog komunikacionog čvora. Van tih perioda DPM2 najćešće nije ni aktivan na liniji. DPM2 su specijalni uređaji koji pomažu konfigurisanje novog čvora i učestvuju u procesu dijagnosticiranja uzroka otkaza i oporavka uređaja nakon njega. Slave je periferijski uređaj koji se prema komunikacionoj liniji ponaša pasivno, tj. nikad sam ne generiše već samo reaguje na direktne upite. Takvo ponašanje slave-a je krajnje jednostavno za implementaciju.

 DP-V0 mreža se može realizovati sa jednim (mono-master) i više (multi-master) master-a. U slučaju mono-master konfiguracije samo jedan master je aktivan na mreži u toku rada. Primer takve sistema je prikazan na slici br.1. Na njoj je PLC centralna upravljačka komponenta, dok su slave-ovi povezani na njega preko prikazanog prenosnog medijuma. Ovakva konfiguracija obezbeđuje najkraće trajanje jednog komunikacionog ciklusa, tj. omogućava najefikasniji prenos.

Slika br.1 PROFIBUS DP mono-master sistem

 Multi-master konfiguracija podrazumeva da je više master-a povezano na komunikacionu liniju. Međutim, na nivou DP-V0 i dalje postoje određena ograničenja u toliko što je svaki slave na mreži pridružen samo jednom master-u. To znači da samo taj master može da upisuje sadržaj u ulazne registre tog slave-a, dok svi master-i na liniji mogu da prihvataju njegove izlazne podatke i čitaju njegove statusne registre. Projektant mreže je odgovoran za pridruživanje slave-ova odgovarajućem master-u.

 Da bi se obezbedio visok nivo zamenljivosti uređaja istog tipa, a različitih proizvođača, izvršena je standardizacija ponašanja sistema. Kako je ponašanje sistema dominantno određeno akcijom DPM1 uređaja, to su njegova stanja grupisane u tri kategorije: pasivno stanje (stop), režim brisanja (clear) i operativno stanje (operate). U pasivnom stanju nema komunikacije između DPM1 i slave-a. U režimu brisanja DPM1 može da čita statusne registre slave-a, ali van tog intervala izlaz slave-a su u neaktivnom stanju. Operativno stanje posrazumeva periodični radni režim u kom DPM1 prima informacije od slave i piše u njegove interne registre. Da bi master izvestio slaveove o planiranoj aktivnosti, on šalje multicast komandu svim pridruženim slave-ovima sa sadržajem koji opisuje planirane aktivnosti.

 Način reagovanja sistema na grešku u procesu razmene informacija je definisan u vreme konfigurisanja DPM1 uređaja. Prema tome razlikujemo dve mogućnosti: ako se detektuje greška u procesu komunikacije, DPM1 može da prevede problematični slave uređaj u pasivno stanje u kom on nije više u stanju da vrši razmenu informacija po komunikacionoj liniji, ili da nastavi sa normalnim radom u kom slučaju korisnik preuzima odgovornost za dalje reagovanje celog sistema.

 DP-V0 definiše tri tipa komunikacije između DPM1 uređaja i slave-a: parametrizaciju, konfiguraciju i razmenu podataka. U procesu parametrizacije i konfigurisanja DPM1 ili DPM2 uređaji prosleđuju slave-u informacije o njegovoj adresi (rednom broju), njegovom tipu, formatu i dužini informacija koje se razmenjuju i slično. Sistem može biti konfigurisan tako da master može u toku normalnog rada porukama za razmenu informacija po potrebi rekonfigurisati bilo koji slave na mreži.

 Pored razmene podatak DMP1 može svim, ili grupi slave-ova slati i izvestan broj kontrolnih komandi čiji je zadatak da omoguće sinhronizaciju rada master-a na neki događaj na slave uređaju. U toj grupi komandi razlikujemo sync i freeze komande. Obe komande uzrokuju da slave obustavi slanje podatka master-u do prijema naredne iste komande. Razlika među njima je u tome što u slučaju sync komande slave neprekidno update-uje svoj sadržaj pri promeni vrednosti svojih eksternih ulaza, dok u slučaju freeze komande sadržaj se čuva, a informacije sa eksternih ulaza se u tom periodu nepovratno gube.

 U toku konfigurisanja sistema, dizajner mreže definiše i jedan bitan bezbedonosni parametar. To je period monitoringa komunikacione linije. Naime i master i slave prate komunikaciju na mreži i reaguju u slučaju da se ne ostvari ni jedna transmisija u predviđenom vremenskom intervalu. DPM1 to realizuje preko više tajmera pri čemu je za svaki slave rezervisan po jedan tajmer. Slave monitoring komunikacije ostvaruje korišćenjem dobro poznate watchdog funkcionalnosti. Pored toga, u multimaster konfiguraciji, slave je zadužen i za kontrolu pristupa, tj. dužan je da spreči direktan pristup (pristup koji podrazumeva na samo čitanje stanja već i upis podataka) onom DPM1 uređaju kojem konkretni slave nije pridružen u procesu konfigurisanja sistema.

Dalja upustva i pojasnjenja pojmova mozete prinaci u sledecoj literaturi: Implementacija CAN protokola  na pogonskom kontroleru baziranom na TMS320LF2407 digitalnom signal procesoru, autori: Željko Pantinć i Igor Stamenković.

The post Profibus DP komunikacioni protokol – DP-V0 protokol appeared first on Automatika.rs.

 Najčešće tehnike realizacije LAN su:

• Eternet
• Token Ring
• FDDI (Fiber Distributed Data Interface)

 FDDI se isključivo koristi kao spona između LAN baziranih na Eternet i Token Ring tehnikama.

 Token Ring mreža je LAN u kojoj se za povezivanje računara koristi topologija zvezde ili prstena, i u kojoj se kao mehanizam za sprečavanje “sudara” podataka pri pokušaju istovremenog slanja od strane dva ili više čvorova koristi specijalni bit koji se naziva token. Ovaj tip mreže u osnovi podrazumeva da neprekidno jedna “prazna” poruka cirkuliše između čvorova. Čvor koji želi da pošalje podatke umeće token u praznu poruku (to se najčešće postiže prostom promenom odgovarajućeg bita u poruci), dok u ostatak poruke unosi bajtove podataka i identifikator prijemnog čvora. Čvorovi koji nakon toga detektuju token na taj način saznaju da je neko već aktivan na liniji za prenos. Složenost protokola (što se inače manifestuje i kroz relativno malu brzinu prenosa – tipično ispod 10Mb/s), kao i smanjena pouzdanost cele LAN bazirane na Token Ring tehnici su glavni razlozi njene sve ređe primene.

 Eternet je daleko najčešće korišćena LAN tehnika. Ovaj sistem je još 1972. godine za svoje potrebe razvila firma Xerox PARC. U neznatno izmenjenoj verziji u odnosu na prvobitnu, Eternet je i svetski ozvaničen 1985. godine od strane IEEE organizacije kroz standard IEEE 802.3, i do danas je postigao toliku popularnost da pokriva oko 85% LAN struktura u svetu.

 Kao fizički medijum za prenos poruka (a što odgovara prvom nivou OSI referentnog modela) Eternet primenjuje optička vlakna, kablove sa upredenim provodnicima ili koaksijalne kablove.

 Za formiranje paketa podataka za slanje (Frame of Data) Eternet koristi MAC (Medium Access Control) protokol, koji u potpunosti definiše drugi nivo OSI referentnog modela. MAC protokol enkapsulira korisne informacije sa 14-bajtnim zaglavljem (tzv. Protocol Control Information – PCI) i 4-bajtnim CRC (Cycle Redundancy Check) poljem, kojim se poruka i završava. Poruke su međusobno razdvojene kratkim periodom neaktivnosti na liniji (idle period) u trajanju od 9.6 μs, i uvodnom porukom dužine 8 bajtova. Period neaktivnosti na liniji je neophodan da bi se elektronskim sklopovima prijemnog čvora omogućio dodatni vremenski interval za kompletiranje obrade prethodno primljene poruke. Uvodna poruka se sastoji od 62 naizmenične logičke jedinice i nule, uz dve logičke jedinice na samom kraju.

 Zadatak ove poruke je da omogući sinhonizaciju digitalne fazno kontrolisane petlje (Digital Phase Lock Loop) prijemnika na takt predajnika. Zaglavlje poruke ima tri funkcije:

1. da definiše adresu prijemnika; pri tome se može specificirati jedinstven prijemni čvor (unicast mode), grupa prijemnih čvorova (multicast mode) ili pak specificirati da su mogući prijemnici svi dostupni čvorovi (broadcast mode);
2. da definiše adresu predajnog čvora;
3. da specificira tip protokola (najčešće korišćen je IP mrežni protokol);
   Na kraju poruke se dodaje 32-bitni CRC, koji treba da obezbedi detekciju eventualne greške u primljenoj poruci. Interesantno je da MAC ne obezbeđuje predajniku nikakvu povratnu informaciju ukoliko je analizom CRC polja detektovana greška u primljenoj poruci.

 Eternet mreža može biti korišćena da obezbedi deljeni pristup grupi čvorova povezanih na isti fizički medijum. Za te čvorove se često kaže sa formiraju oblast sudara (Collision Domain). Koji od posmatranih čvorova treba da prihvati poruku sa fizičkog medijuma se rešava preko adresa prijemnika u zaglavlju poruke. Problemi prosleđivanja informacija u suprotonom smeru i mogući “sudari” na liniji za prenos se rešavaju pomoću ranije pomenutog CSMA/CD protokola. Naime, kako Eternet koristi Mančester kod za kodovanje pojedinačnih bitova na mreži, to se prenos bilo logičke jedinice, bilo logičke nule može detektovati “slušanjem” linije za prenos. Osnovu ovog protokola predstavlja činjenica da čvor pre slanja paketa podataka najpre preko svog predajnika “sluša” fizički medijum za prenos ne bi li otkrio da li je na njemu prisutan signal nosioca. To se najčešće vrši merenjem struje koja postoji u kablu (tipična njena vrednost je između 18 i 20mA). Ako se signal nosioca ne detektuje, započinje se sa slanjem poruke.

 Godinama, Eternet se razvijao i dobijao nove karakteristike mrežne inteligencije. Danas, Eternet omogućava četiri brzine prenosa podataka:

1. 10BASE-T Eternet omogućava performanse od 10Mb/s kroz kabl sa upredenim parom bakarnih provodnika;
2. FAST Ethernet omogućava deset puta brzi prenos (oko 100Mb/s) uz zadržavanje kompatibilnosti sa 10BASE-T realizacijom;
3. Gigabit Ethernet, kao što mu samo ime kaže, omogućava brzinu protoka podataka i do 1 Gb/s i tipično se implementira kao veza između dve skretnice (Ethernet Switch);
4. 10 Gigabite Ethernet predstavlja danas najbržu standardizovanu verziju Ethernet tehnologije. On uključuje mnoge napredne mrežne usluge i zbog svog veoma širokog propusanog opsega predstavlja odličnu osnovu za razvoj računarskih mreža na širem geografskom području, kao što su MAN (Metropoliten Area Network) koje se tipično primenjuju na nivou jednog grada ili jedne manje oblasti i WAN (Wide Area Network) koji se primenjuje za mnogo veća geografska rastojanja.

 Uočavajući da Ethernet postaje dominantno rešenje u realizaciji LAN, mnoge industrijske kompanije su poželele da ga primene u cilju zamene tradicionalnih fieldbus arhitektura kao što su Modebus, ProfiBus i sl. Tako nastaje takozvani industrijski Ethernet koji primenjuje modifikovanu verziju klasičnog Ethernet-a, a predstavlja osnovu za realizaciju fabričkih upravljačkih mreža. Mada je industrijski Ethernet baziran na istom standardu kao i tradicionalna verzija, implementacija ova dva rešenja nije identična. Svaki komunikacioni protokol koji pretenduje na širu primenu u industriji mora da zadovolji tri osnovna zahteva: bezbednost poruka, pouzdanost rada i maksimalni nivo determinističkog ponašanja.

 Osnovna razlika izme|u industrijskog i tradicionalnog Etherneta je u tipu hardvera koji koriste. Oprema za industrijski Ethernet je dizajnirana tako da radi i u grubim industrijskim uslovima. To uključuje primenu industrijskih komponenti, specifične metode hlađenja, izlaznu relejnu signalizaciju i sl. Napajanje je prilagođeno industrijskom okruženju, a to podrazumeva primenu 24-voltnog DC napajanja uz obaveznu primenu i redundantnog izvora za napajanje u cilju povećane pouzdanosti.

 Analizirajući strukturu koju nudi OSI referentni model, može se konstatovati da je tradicionalni Ethernet dominantno lociran na njegovom drugom nivou (data link layer). Specijalizacija koja je učinjena kod industrijskog Ethernet-a omogućila je da se za ovaj detaljnije definišu i treći nivo (network layer) i četvrti nivo (transport layer) OSI referentnog modela. Na nivou 3 OSI referentnog modela se vodi računa o logičkom adresiranju i rutiranju poruka. Na tom nivou industrijski Ethernet dominantno koristi Internet Protocol (IP) koji je jezgro Word Wide Web adresiranja i rutiranja. Na nivou 4 se vodi račina o tačnosti sekvence podataka i imunosti na greške u prenosu. Industrijski Ethernet na tom nivou uobičajeno koristi dva protokola: poznatiji Transmission Control Protocol (TCP), te manje poznat i ređe korišćen User Datagram Protocol (UDP).

 Industrijski Ethernet se odlikuje i u specifičnoj realizaciji multicast tipa prenosa. Naime, kod njega se često primenjuje tzv “proizvođač – korisnik” (producer – consumer) komunikacija, u kojoj jedan uređaj predstavlja izvor informacija koje prosleđuje tako da ih više uređaja može koristiti. Iako je osnovna ideja identična, zahtevi koji se postavljaju pred takve realizacije u tradicionalnom i industrijskom Ethernetu su različite. Dok se tradicionalni Ethernet dominantno fokusira na što bolje iskorišćenje raspoloživog propusnog opsega, industrijski Ethernet prioritet stavlja na specifičan zahtev za sinhronizovanim pristupom podacima od strane svih prijemnh čvorova, tj. garantovanju da će svi prijemnici podatke dobiti u isto vreme. To je u skladu sa zahtevom za što većim determinizmom u prenosu upravljačkih signala u industrijskom okruženju. Ovaj specifičan zahtev je ispunjen uključivanjem u industrijski Ethernet nekih naprednih funkcija za organizaciju i prioritiranje multicast prenosa.

 Industrijski Ethernet se često susreće i pod nazivom Switched Ethernet. Ime potiče od činjenice da ovakva Ethernet arhitektura isključivo koristi skretnice (switches), a ne i hub-ove u implementaciji LAN. Time se postiže da svaki čvor poseduje sopstveni segment mreže i komunicira isključivo sa skretnicom, a nikada direktno sa drugim čvorom. Zbog toga od nekog čvora najpre prihvata skretnica, a zatim prosleđuje do ciljnog čvora kroz samo jedan segment mreže. Tako se postiže da više korisnika može istovremeno slati podatke bez usporavanja prenosa.

 Specifičnost industrijskog Etherneta je skoro isključiva primena full-duplex veza, tj. dva odvojena provodna kanala za prijem i predaju podatak između čvora i skretnice. Implementacijom specifične mrežne inteligencije na industrijski Ethernet moguće je realizovati fabričku komunikacionu infrastrukturu koja poseduje fleksibilnost i zaštitu poruka karakterističnih za tradicionalne fieldbus protokole, uz istovremeno daleko širi propusni opseg, otvorenu arhitekturu (open connectivity) i standardizaciju koju nudi Ethernet platforma.

Sva dalja objašnjenja možete pronaći u sledećim materijalima: Implementacija CAN protokola na pogonskom kontroleru baziranom na TMS320LF2407 digitalnom signal procesoru

The post Industrijski Eternet – Industrial Ethernet appeared first on Automatika.rs.

Formiranje osnovne jedinice za merenje vremena na TTCAN mreži

 Izvršavanje osnovnog ciklusa na mreži je u svakom čvoru kontrolisano preko tzv. ciklusnog vremena (cycle time). Ciklusno vreme garantuje TT rad ovog protokola. Brojač koji meri ovo vreme se restartuje nakon svakog završetka osnovnog ciklusa. Rezolucija sa kojom se može iskazati ciklusno vreme je tzv. mrežna vremenska jedinica (network time unit – NTU). U osnovnoj verziji TTCAN protokola, NTU je jednak nominalnom vremenskom intervalu trajanja jednog bita i fiksnog je trajanja.

 U proširenoj verziji TTCAN potokola, NTU se dobija deljenjem vremenskog intervala trajanja sistemskog takta definisanog učestanošću oscilatornog kola konkertnog čvora sa odgovarajućim koeficijentom (time unit ratio – TUR). U tom slučaju se NTU izražava u sekundama. Koeficijent TUR nije fiksan već se neprekidno koriguje u toku rada, a sve u cilju postizanja što bolje usklađenosti između globalnog i ciklusnog vremena. Mehanizam za korekciju vrednosti TUR je relativno složen i njegovo izlaganje bi prevazišlo okvire ovog kratkog pregleda TTCAN protokola. Dovoljno je samo reći da se u tom procesu koristi informacija o vrednosti globalnog vremena koja je u proširenom TTCAN protokolu dostupna kroz polje podataka referentne poruke. Opisani postupak izračunavanja mrežne vremenske jedinice i ciklusnog vremena za slučaj proširenog TTCAN protokola je prikazan na slici br.1.

Slika br.1 Generisanje NTU

Sinhronizacija rada čvorova na mreži

 Sinhronizacija svih čvorova, uključujući i vremenski master, se obavlja na isti način. Međutim, sam način kako se to izvodi zavisi od toga da li je na konkretnoj mreži implementirana osnovna ili proširena verzija TTCAN protokola. Način sinhronizacije u slučaju osnovne verzije TTCAN protokola ilustrovan je na slici br.2

Slika br.2 Sinhronizacija ciklusnog vremena (osnovna verzija TTCAN protokola)

 Kao što se sa slike može videti, SOF bit svake poruke uzrokuje da se podatak o lokalnom vremenu upiše u lokalni registar svakog čvora označen na slici sa Sync_Mark. Nakon toga, svaki čvor ispituje da li se radi o refentnoj poruci. Ako je to slučaj, sadržaj Sync_Mark registra se prepiše u Ref_Mark registar, i automatski oduzme od vrednosti lokalnog vremena formirajući na taj način podatak o ciklusnom vremenu. Dakle u tom trenutku, ciklusno vreme će biti jednako vremenskom intervalu koji je protekao od trenutka detektovanje prvog bita referente poruke, i nastaviće da se menja na dalje u skladu sa lokalnim vremenom sinhronišući tako sve aktivnosti na čvoru. Tačnost sinhronizacije u ovom slučaju je zavisna od brzine prenosa na mreži i tipično je na nivou trajanja jednog bita CAN poruke.

 Sinhronizacija rada čvorova na mreži sa proširenim TTCAN prokolom je bazirana na tzv. globalnom vremenu (global time). Postupak proračuna globalnog vremena je ilustrovan na slici br.3, i biće u najkraćim crtama opisan u daljem tekstu.

Slika br.3 Računanje globalnog vremena (proširena verzija TTCAN protokola)

 Vremenski master u okviru polja za podatke referentne poruke šalje svoju (po definiciji ispravnu) vrednost globalnog vremena. To je najčešće vrednost vremenskog trenutka kada vremenski master odašilje prvi SOF bit svoje poruke. Svaki čvor, kada detektuje da se radi o referentnoj poruci prihata taj podatak i na osnovu njega formira tzv. lokalni offset, kao razliku globalnog vremena vremenskog mastera i vrednosti lokalnog vremena kada je prihvaćen prvi bit referentne poruke. Tokom narednog osnovnog ciklusa svaki čvor koriguje vrednost lokalnog vremena lokalnim ofsetom i tako formira svoje globalno vreme. Na ovaj način se nezavisno od brzine prenosa poruka na mreži, može postići tačnost sihronizacije od 1μs što tipično zadovoljava i najstrože zahteve proizvođača vozila. Treba konstatovati da vremeski master podatak o globalnom vremenu može dobijati i od nekog eksternog izvora, pa se u tom smislu veoma često koristi GPS sistem.

Implementacija TTCAN protokola

 Nakon što je podnet predlog za standardizaciju TTCAN protokola, nekoliko proizvođača je već realizovalo čipove koji implementiraju ovaj protokol. Paralelno sa tim razvijaju se i softverski alati, koji se delom preuzimaju od osnovnog CAN sistema, a delom razvijaju specijalno za TTCAN primenu.

 Firma Bosch je implementirala TTCAN protokol u FPGA kolu, da bi ubrzo proizvela i stand-alone kontroler koji podržava i osnovni i prošireni TTCAN protokol, i pin kompatibilan je sa poznatijim CAN kontrolerima: Intelovim 82527 i Simensovim CC170.

 Ubrzo je i firma Atmel razvila svoj CAN kontoler koji u potpunosti podržava i TTCAN protokol. Razvojem i proizvodnjom sličnih čipova bave se i Motorola, NEC i drugi.

 Između ostаlog, prisutni su i pokušaji da se izvrši uključivanje karakteristika TTCAN protokola u trenutno znatno rasprostranjeniji CANopen protokol.

The post TTCAN protokol – Formiranje čvorova, sinhoronizacija i implementacija appeared first on Automatika.rs.

 CANopen je originalno razvijan za primenu u aplikacijama koje upravljaju kretanjem, tj. za najkompleksniju oblast industrijske automatizacije. Tu su zahtevi veoma rigorozni: poruke moraju biti što kraće, sa visokim stepenom iskorišćenosti sadržaja poruke za prenos korisne informacije. Takođe, pouzdanost prenosa uz ispunjenje strogih vremenskih zahteva po pitanju odziva na zahtev za prenosom poruke, jasno su ukazivali da CAN protokol mora biti osnova na kojoj će biti razvijan ovaj viši protokol. Neke od ovih zahteva zadovoljavo je i bazični CAN protokol. Međutim, on je imao i mnogo ograničenja (npr. korisna informacija u komunikaciji između dva uređaja je limitirana na 8 bajtova), što je neizostavno zahtevalo razvoj nadređenog protokola koji koji bi u sebe uključio bazični CAN protokol.

 Ciljna grupa za primenu CANopen protokola su distribuirani sistemi sa lokalnom inteligencijom, dakle, ona ista oblast primene u kojoj su za sada dominantni fieldbus sistemi kao što je recimo Profibus. Međutim, prednosti CANopen protokola su jednostavnost realizacije, visoka pouzdanost i izuzetno kratko vreme reagovanja. Pored toga, CANopen ima veoma kratko vreme oporavka nakon detektovane greške u prenosu. Često se zbog toga kaže će da CANopen bazirana mreža pre detektovati grešku i ponovo poslati ispravnu poruku, nego što će TCP/IP bazirana mreža i detektovati da je nastupila greška u prenosu. CANopen protokol vrši segmentaciju velikih poruka u osmobajtne pakete i šalje ih, paket po paket, u okviru poruke dužine 111 bitova. To omogućava da poruka većeg prioriteta uvek prekine prenos velike poruke nakon što se prenos jednog paketa završi. Prenos preostalih paketa će biti nastavljen čim mreža ponovo postane slobodna. Nasuprot tome, TCP/IP protokol zahteva integritet i neprekidnost čak 1500 bajtova, što je krajnje nepovoljno za primenu u real time aplikacijama.

 Još jedna vrlo važnu osobina CANopen protokola, a koju poseduje i DeviceNet, je zamenljivost i međusobni rad proizvoda različitih proizvođača koji podržavaju CANopen protokol. O toj karakteristici ovog protokola će biti više reči kasnije.

 CANopen je otvoreni sistem, ne samo u smislu da nije vlasništvo nijednog većeg proizvo đača ili grupacije, već i u pogledu njegove fleksibilnosti. Naime, CANopen se može konfigurisati da podržava najrazličitije mrežne strukture i topologije. On čak omogućava međusobnu komunikaciju slave uređaja. Sve to je moguće zbog njegove jednostavnosti što prouzrokuje i male memorijske zahteve. Na primer, veličina koda za osmobitni mikrokontroler koji piše i čita osmobitne podatke preko CANopen mreže je manja od 5k bajtova.

 CANopen podržava dva puta više čvorova na mreži od DeviceNet-a, čak 127, dok je izbor mogućih brzina prenosa podataka daleko veći: 1 Mb/s, 800 kb/s, 500 kb/s, 250 kb/s, 125 kb/s, 50 kb/s, 20 kb/s i 10 kb/s.

Osnovna struktura CANopen protokola

 Dva osnovna elementa u strukturi CANopen protokola su: komunikacioni profil (Communication profile) i profil uređaja (Device profile).

Profil uređaja

 Koncept profila uređaja je uveden da bi bilo moguće umrežavanje uređaja različitih proizvođača bez potrebe za pisanjem specijalizovanog softvera za svaki pojedinačni uređaj. U tom cilju CiA je prezentovala precizno uputstva koja omogućavaju proizvođačima uređaja da realizuju svoje uređaje u skladu sa predefinisanim profilima. Tek za uređaje koji su u skladu sa predefinisanim profilima, CANopen može da garantuje osnovi set mrežnih funkcija. Da bi se omogućilo postizanje dodatnih funkcionalnosti, u okviru profila je određen i jedan opcioni deo u kome proizvođači mogu definisati dodatne karakteristike uređaja, opet na kontrolisan način. Kao pomoć proizvođačima, dostupan je veliki broj standardnih profila za različite tipove uređaja: I/O module, kontrolere, merne uređaje i sl.

 Ovi profili su implementirani u obliku standardizovane baze podataka koja se naziva rečnik objekata (object dictionary). Taj rečnik objekata je u obliku ASCII karaktera zapisan u fajl koji se najčešće susreće pod nazivom EDS (Electronic Data Shit). Uz pomoć specijalnog softverskog alata, ova baza se može konfigurisati prema željenom uređaju, nakon čega se dobija tzv. DCF (Device Configuration File). Važno je razumeti da ovaj fajl sa rečnikom objekata ne mora biti prisutan na uređaju, ali mora u procesu instalacije tog uređaja na mrežu biti dostupan master-u (aplikaciji) koji tu inicijalizaciju vrši, bilo preko CANopen mreže, bilo putem Interneta, ili na bilo koji drugi razumljiv način.

CANopen rečnik objekata je tipično podeljen u 4 segmenta:

• Segment tipova podatak – u ovom segmentu je definisano koje sve tipove podataka podržava posmatrani uređaj; među njima mogu biti i tipovi podataka definisani od strane proizvođača.
• Segment komunikacionog profila -u ovom segmenu se, pored podataka o tome koji se konkretni uređaj koristi, nalaze i neki osnovni podaci o samom uređaju; takođe, ovde je mapirano i koji je tip svake vrste poruke koju konkretni uređaj razmenjuje preko mreže.
• Segment profila uređaja – ovaj segment predstavlja opis onih bazičnih osobina uređaja koji obezđuje da svi uređaji istog tipa, a od različitih proizvođača povezani na CANopen mrežu pokazuju isto bazično ponašanje.
• Segment definisan od strane proizvođača – ovo je opcioni segmen u kome proizvođač može da definiše neke dodatne funkcionalnosti specifične za njegov uređaj, ali na unapred propisan način.

Komunikacioni profil

 Komunikacioni profil zahteva da na mreži mora postojati bar dva čvora od kojih u svakom trenutku bar jedan mora biti master a drugi slave. Za takvu mrežu, CANopen protokol definiše nekoliko metoda za prenos i prijem poruka preko CAN linija. Te poruke za nas predstavljaju tzv. komunikacione objekte. CANopen razlikuje sinhroni i asinhroni mehanizam prenosa podataka.

 Sinhroni prenos je podržan preko dva tipa poruka: predefinisanih poruka (Sync Object, Time Stamp Object i Emergency Object), kao i PDO tipa poruka. Ovaj mod omogućava uređaju na mreži da bude strogo sinhronizovan sa taktom master-a. To je izuzetno bitno u nekim primenama vezanim za kontrolu kretanja. U takvim aplikacijmama je upravljačka petlja najčešće zatvorena preko CANopen linije, što zahteva sinhronizovano uzorkovanje podataka. U ovom modu rada, na raspolaganju je nekoliko parametara koji ga mogu prilagoditi konkretnoj aplikaciji. Na primer, moguće je definisati da se odbirci nekog ulaznog signala uzimaju i proseđuju preko mreže svaki n-ti ciklus i sl.

 Asinhroni prenos je podržan preko tri tipa poruka: poruka za administriranje na mreži (Network administration message), SDO i PDO tipova poruka. Asinhroni prenos omogućava uređaju da automatski obavesti druge uređaje da se neki događaj ostvario, smanjujući na taj način vreme reagovanja. Ovaj mod rada omogućava redukovanje opterećenja mreže, kao i visoke performanse u komunikaciji uz relativno malu brzinu prenosa.

Tipovi komunikacionih objekata (tipovi poruka)

 CANopen protokol pravi razliku između četiri osnovna tipa podataka (komunikacionih objekata):

• Poruke za administriranje na mreži (Layer Management (LM) i Network Management (NMT)) – ove poruke se koriste u svrhu kontrole uređaja na mreži; pod tim se podrazumeva dinamička distribucija identifikatora pojedinačnim uređajima, kontrolu stanja i komunikacionog moda jednog ili više čvorova na mreži, periodačan polling čvorova na mreži ne bi li se detektovao eventualni otkaz nekog od njih i sl.
• Poruke sa servisnim podacima (Service Data Object (SDO)) – ove poruke se šalju asinhrono, i tipično se primenjuju u dva slučaja; prva primena je u procesu konfigurisanja uređaja na CANopen mrežu; pod tim se podrazumeva inicijalizacija parametara čvora, kao i učitavanje određenog programa u uređaj; druga primena SDO je za prenos poruka koje su veće od 8 bajtova u formi više CAN telegrama; zajednička osobina za obe primene SDO je da se radi o porukama relativno niskog prioriteta.
• Poruke sa podacima procesa (Process Data Object (PDO)) – PDO se tipično koristi za poruke velike brzine i visokog prioriteta; podaci u PDO poruci su ograničeni na dužinu od 8 bajtova; format ovih poruka, kao i dužina i tip podataka koji se njima prenose se mogu konfigurisati korišćenjem SDO poruka; ovaj tip poruke se može odaslati od bilo kog čvora mreže ka jednom ili više drugih čvorova na mreži; PDO poruke se mogu prenositi i asinhronim i sinhronim mehanizmom; u slučaju asinhronog mehanizma, taj proces može biti iniciran bilo zahtevom od nekog drugog čvora (remote request), bilo određenim događajem na konkretnom uređaju.
• Predefinisane poruke, kao što su Sync Object, Time Stamp Object i Emergency Object –  emergency message je poruka najvišeg prioriteta i rezervisana je da izvesti o havarijskom stanju na uređaju koji je odašilje; Sync Object predstavlja podršku za razvoj aplikacija u realnom vremenu.

CANopen upravljanje mrežom – proces inicijalizacije

 Za razliku od DeviceNet protokola, CANopen protokol ne koristi predefinisanu šemu za raspodelu identifikatora. Po priključenju na mrešu svaki uređaj dobija tzv. inicijalizacioni identifikator poruke koji je najčešće određen stanjem nekih DIP prekidača na samom uređaju. Nakon podizanja mreže, master najpre uspostavlja dijalog sa svakim pojedinačnim slave-om preko NMT servisa. Kada je veza uspostavljna, master najpre svakom od slave-ova prosleđuje identifikatore za njihove SDO-PDO poruke. Nakon toga master upisuje potrebni kod i inicijalizuje preostale parametre svakom od slave-ova. Ove operacije master realizuje preko svojih 5 različitih NMT poruka (Start_Remote_Node, Stop_Remote_Node, Enter_Pre-Operational _State, Reset_Node i Reset_Communication), a sa druge strane slave podržava preko svoje mašine stanja (state machine) sa 4 predefinisana stanja: Initialisation, Pre_Operational, Operational i Prepared.

The post CANopen – Viši CAN protokol appeared first on Automatika.rs.

 Oba imaju zadatak da preko DeviceNet mreže uspostave tzv. Explicit Message Connection koji ne predstavlja ništa drugo do sposobnost novopriključenog, nekonfigurisanog porta da prihvata poruke sa mreže sa unapred predifinisanim identifikatorima. Preko tog “kanala” od strane nekog drugog čvora na mreži šalju se takozvane eksplicitne poruke. Eksplicitna poruka predstavlja 8-bitnu informaciju neophodnu za konfiguraciju novopriključenog čvora i locirane su u polju podataka standardne poruke sa podacima CAN protokola. Kao identifikator u CAN poruci koriste se dva specijalno rezervisana identifikatora, tako da ostali čvorovi na mreži neće reagovati na ove poruke.

 Po završetku konfigurisanja zatvara se komunikacioni “kanal“, nakon čega se konfigurisani čvor ponaša kao standardni DeviceNet čvor sa pridruženim setom identifikatora. U toku procesa konfiguracije čvor koji se konfiguriše pošalje 27 i primi 1701 eksplicitnu poruku.

Raspodela indentifikatora poruka unutar DeviceNet mreže

 Metode za raspodelu identifikatora poruka predstavljaju jedan od najznačajnijih segmenata sistema baziranih na CAN protokolu. Od raspodele identifikatora u velikoj meri zavisi efikasnost sistema, sposobnost filtriranja poruka i opterećenost mreže. Posmatrajući ovaj segment viših CAN protokola, može se konstatovati da DeviceNet i CANopen po ovom pitanju imaju sasvim različit pristup. Naime, izuzimajući određeni broj identifikatora rezervisanih u svrhu upravljanja mrežom, CANopen protokol ne koristi nikakvu predefinisanu šemu za dodelu identifikatora. Nasuprot tome, DeviceNet protokol koristi predefinisane identifikatore.

 DeviceNet mreža postavlja specifične zahteve po pitanju dužine identifikatora poruka. Naime, upotreba 29–bitnog identifikatora ne samo da se ne zahteva, već nije ni dozvoljena. Ovaj protokol definiše podelu 11-bitnog identifikatora u 3 različite grupe. Svakom od maksimalno 64 čvora pripada set identifikatora iz svake od grupa, pri čemu su ovi raspodeljeni ravnomerno na svaki od čvorova. Rezervacija maksimalnog broja identifikatora za maksimalni broj čvorova na mreži implicira da za mrežu sa manje od 64 čvora identifikatora nepostojećih čvorova neće biti dostupni za ostatak sistema. Identifikatori prve grupe se koriste za poruke visokog prioriteta. Svakom čvoru pripada po 16 identifikatora iz ove grupe. Identifikatori treće grupe su namenjeni za poruke niskog prioriteta i u ovom slučaju svakom čvoru pripada po pet. Druga grupa identifikatora je namenjena kao podrška za starije uređaje sa smanjenim mogućnostima filtracije identifikatora. To su tzv. osnovni CAN kontroleri (Basic CAN Type Controllers) koji imaju mogućnost filtriranja samo osam najznačajnijih bitova identifikatora.

Implementacija master-slave komunikacije na DiviceNet mreži

 Iako je osnovna namena DeviceNet protokola tzv. Peer-to-peer ili Multi-Master komunikacija, on implementira i uprošćenu komunikacionu šemu baziranu na master-slave relacijama. Ova predefinisana šema se naziva set predefinisanih master-slave veza (Predefined Master-Slave Connection Set). Ovaj uprošćeni model povezivanja pojednostavljuje prenos I/O poruka koje se i najčešće koriste u upravljačkim aplikacijama. Naime, mnogi senzori i aktuatori su dizajnirani tako da izvršavaju neke predefinisane funkcije u kojima je tip i količina podataka koje uređaj proizvodi i/ili koristi poznat odmah po uključenju. Takvi uređaji poseduju objekte za konekciju na mrežu koji su, zbog jednostavnosti postavljenog zadatka, skoro u potpunosti konfigurisani samim ukuljučenjem uređaja. Po priključenju na mrežu takvog uređaja master-u preostaje da jedino interno označi “vlasništvo” nad novouvedeni slave-om, nakon čega može odmah da se započne sa prenosom podataka.

 Slave može generisati podatke koristeći jedan od više unapred definisanih tipova, kao i koristiti specifične, aplikacijski definisane, tipove podataka. On može primati poruke metodom prozivanja (polling). Slave-ovi konfigurisani za ovaj mod komunikacije primaju poruke od master-a na sekvencijalan način, po redosledu definisanom u internoj listi master-a. Učestanost sa kojom se određeni slave proziva zavisi od broja čvorova u internoj listi master-a, realizovane brzine prenosa DeviceNet mreže, veličine poruka koja se predaje pojedinačnom čvoru, ali i od internog vremenskog rasporeda master-a. Podaci koje generiše master mogu biti Unicast ili Multicast tipa. Metod master-slave komunikacije se odlikuje najvećim stepenom determinističkog ponašanja DeviceNet mreže.

 Slave može biti konfigurisan da ciklično, na precizno definisane vremenske intervale generiše poruke master-u. Ovaj tip komunikacije omogućava da se učestanost prenosa podataka prilagodi zahtevima aplikacije. To opet, zavisno od same aplikacije, može značajno redukovati protok informacije po mreži, i omogućiti bolje iskorišćenje raspoloživog propusnog opsega. Detaljnija analiza ovog metoda razmene poruka je data u poglavlju koje se bavi TTCAN protokolom.

 Konačno, slave uređaj može biti konfigurisan tako da poruke generiše na promenu nekog od svojih stanja (Change of State (COS) Message). Za ovaj mod rad vezana su dva dodatna konfiguraciona parametra. Prvi od njih definiše vremenski interval nakon koga slave mora da pošalje unapred definisanu poruku (tzv. Heartbeat Message) u slučaju da se u toku tog intervala ne desi promena nijednog od analiziranih stanja. Ovim se obezbeđuje da se master obavesti da je slave “živ” i aktivan bez obzira što ne šalje očekivane I/O poruke. Drugi, korisnički podesivi parametar, je tzv. Production Inhibit Time parametar, čiji je zadatak da ograniči frekvenciju pojavljivanja COS poruke i tako spreči da posmatrani čvor zaguši komunikacionu liniju. Ova dva parametra pružaju dizajneru mreže moćno sredstvo da optimalno prilagodi karakteristike aplikacije propusnom opsegu mreže.

Više o DeviceNet protokolu pronađite OVDE.

 Naponema: Dalja objašnjenja pojmova korišćenih u ovom tekstu možete naći u  radu Implementacija CAN protokola. Autori: Željko Pantić, Igor Stamenković

The post Konfiguracija uređaja na DeviceNet mreži appeared first on Automatika.rs.

 DeviceNet je jedan od tri mrežna standarda (DeviceNet, ControlNet i Eternet/IP) koji koristi identičan aplikacijski sloj, tzv. Common Industrial Protocol (CIP), što je prikazano na slici br.1.Slika br.1 CIP model

 CIP je strogo objektno orijentisan protokol. U skladu sa CIP protokolom, model jednog DeviceNet čvora je prikazan na slici br.2. Taj model uključuje nekoliko objekata. Neki od njih su zahtevani od strane DeviceNet-a, a neki od njih su definisani od strane proizvođaža DeviceNet opreme u cilju postizanja dodatnih funkcionalnosti. Svaki objekat ima svoje atribute, servise i ponašanje prema okruženju. Glavne karakteristike i namene objekata prikazanih na slici br.2 su date u Tabeli 1.

Slika br.2 Modela DeviceNet objekta

Tabela 1: Opis funkcionalnosti objekata DeviceNet čvor

 Da bi se postigao međusobni rad i zamenljivost uređaja različitih proizvođača povezanih na mrežu sa implementirani CIP protokolom, morao se definisati tzv. profil uređaja (Device profile), koji predstavlja minimalni set objekata, konfiguracionih opcija i tipova I/O poruka za konkretni tip uređaja. Treba uočiti da je pojam profila jednog DeviceNet uređaja širi od pojma modela jednog DeviceNet čvora, tj. uvek je jedan model DeviceNet čvora uključen u opis konkretnog DeviceNet profila.

 Na taj način se postiže da svi uređaji koji slede isti profil imaju iste tipove I/O poruka, iste konfiguracione opcije i odgovaraju na iste komande na identičan način. Neki od mnogobrojnih definisanih profila su: AC pogon, DC pogon, komunikacioni adapter, anlaser, ventil, fotoelektrični senzor, diskretni I/O uređaj opšte namene i slično. Na taj način se za svaki uređaj implementira minimalni set zajedničkih osobina, čime se postiže zajednički rad na istoj mreži uređaja različitih tipova i uređaja proizvedenih od strane različitih proizvođača.

 Kako pomenute tri mreže (DeviceNet, ControlNet i Eternet/IP) koriste CIP kao zajednički aplikacijski sloj, to dodatno olakšava pisanje aplikativnog softvera, jer programer koji to radi ne mora više čak ni da zna kojom od pomenutih mreža su njegovi uređaji povezani.

 Adresiranje objekata unutar DeviceNet čvora je bazirano na hijerarhijskoj šemi koja se sastoji od 4 identifikatora: MAC-ID (Medium Access Control Identifier), ClassID, InstanceID i AttributeID. Zadatak MAC-ID je da identifikuje konkretni čvor među ostalim čvorovima na liniji. Zadatak ClassID je da u datom čvoru identifikuje klasu objekata da bi u njoj InstanceID mogao da identifikuje odgovarajući primerak te klase. Konačno, AttributID omogućava pristup odgovarajućem atributu identifikovanog primerka.

 Fizički sloj DeviceNet protokola

 DeviceNet poseduje jedinstvenu karakteristiku da mu je napajanje prisutno na mreži. To omogućava da uređaj adekvatne snage bude napajan direktno sa mreže, čime se smanjuje broj njegovih priključaka, kao i fizičke dimenzije uređaja. Zavisno od primenjenog kabla nominalna struja na linijama za napajanje može da dostigne vrednost i do 8A.

 Jedinstvena karakteristika DeviceNet-a je i mogućnost da se napajanje može uvesti na proizvoljnom mestu u mreži. To omogućava da se u aplikacijama gde je pouzdanost veoma bitna ostvari redundantni sistem napajanja.

 Ovaj protokol podržava brzine prenosa od 125 kb/s, 250kb/s i 500 kb/s. Brzina od 1Mb/s, koju podržavaju neki drugi protokoli (npr. CANopen) nije podržana od strane DeviceNet protokola. Razlog leži u činjenici da maksimalna dužina komunikacione linije veoma brzo opada sa porastom brzine prenosa (npr. za brzine prenosa od 125 kb/s ona iznosi 500 m, dok za brzine od 500 kb/s ona iznosi samo 100 m), tako da bi za brzine prenosa od 1 Mb/s ta dužina bila neprihvatljivo mala.

 DeviceNet dozvoljava najviše 64 aktivna čvora na mreži, pa je i po tom kriterijumu jedan od najrestriktivnih viših CAN protokola. Takođe, DeviceNet postavlja i strože zahteve po pitanju karakteristika linijskih primopredajnika (bus transceiver-a), tako da ako neki primopredajnik zadovoljava specifikacije iz ISO 11898 standarda, ne znači da će uspešno funkcionisati primenjen na DeviceNet mreži.

 Ovaj protokol podržava i izolovani i neizolovani dizajn komunikacione linije. Izbor konketnog rešenja dominantno zavisi od tipa uređaja. Ako uređaj nije električno povezan sa okruženjem i napaja se preko DeviceNet mreže (što je recimo slučaj sa većinom senzora), onda se on tipično ne izoluje od mreže. Sa druge strane, uređaji koji poseduju eksternu električnu vezu skoro isključivo pristupaju mreži preko jednog izolacionog segmenta. Ako se za izolaciju koristi neki optički sistem, mora se voditi računa i o njegovoj brzini, jer se njegovo kašnjenje superponira na kašnjenje linijskog primopredajnika.

The post DeviceNet – Viši CAN protokol appeared first on Automatika.rs.