Průmyslový komunikační podsystém založený na ISO 11898 (CAN)

Cílem uživatele těchto rozhraní je přínos z hlediska produktivity, kterého lze dosáhnout prostřednictvím nižších propojovacích nároků (kabeláž), kratších časů při inicializaci systémů, vyšší kvality výstupu i snížení prostojů. Popsaná rozhraní umožňují dosažení nízkých nákladů při vzájemném propojování nízkonapěťových spínacích a řídicích zařízení, zařízení s řídicími obvody, spínacími prvky a řídicích zařízení (např. řídicími jednotkami, osobními počítači atd.) a eliminují nákladné pevné propojování. Přímá propojitelnost poskytuje zlepšenou komunikaci mezi zařízeními, stejně jako důležité diagnostické možnosti na úrovni nesnadno přístupných zařízení nebo zařízení, která nejsou k dispozici v důsledku pevně propojených rozhraní vstupu/výstupů (I/O).

Popsaná rozhraní jsou založena na komunikačním protokolu orientovaném na vysílání výzvy (broad - cast) sítě řídicích jednotek (CAN - Controller Area Network). Protokol CAN je protokol, který původně vyvinula společností Robert Bosch GmbH pro evropský automobilový trh jako náhradu drahé kabeláže tvořené svazky vodičů ve vozidlech levným síťovým kabelem. Výsledkem je protokol CAN, který má rychlou odezvu a vysokou spolehlivost a byl normalizován jako ISO 11898.
Potřebné čipy jsou k dispozici v širokém sortimentu pouzder s různými teplotními charakteristikami i odolností proti šumu dobře uspokojující potřeby trhu průmyslové automatizace.
Výsledkem širokého využívání CAN jsou popsaná rozhraní poskytující společný soubor možností, které jsou ideálně cíleny na aplikace, které používají jednoduchých zařízeni při omezených vzdálenostech a omezených objemech přenášených dat.
Článek platí pro rozhraní, řídicí jednotka-zařízení, která poskytují definovaná rozhraní mezi nízkonapěťovými spínacími systémy, řídicími systémy, zařízeními s řídicími obvody, spínacími prvky a řídicími zařízeními (např. programovatelnými řídicími jednotkami, osobními počítači atd.). Muže být také použit pro zajištění vzájemného styku jiných zařízení a prvků na rozhraní řídicí jednotka-zařízení.
Stanovuje požadavky na řídicí jednotky a zařízení, která tato rozhraní používají a to nejen specifikací komunikačního protokolu, ale také příslušné elektrické a mechanické charakteristiky. Stanovuje rovněž elektrické zkoušky a zkoušky EMC potřebné pro ověření vlastností každého rozhraní řídicí jednotka-zařízení při jejich připojování na odpovídající řídicí jednotky nebo zařízení.
Popsaná řešení se v průmyslu už používají řadu let pro řešení aplikačních požadavků zahrnujících nízkonapěťové spínací a řídicí systémy, které jsou charakteristické:

• svou schopností napájet připojená zařízení přímo z dané sítě;
• svou schopností provozu v nepříznivých prostředích, jejichž představiteli jsou prostředí, s nimiž se setkáváme na úrovni řízení strojů v průmyslových aplikacích;
• použitím propracovaných pravidel přístupu k médiu CAN umožňující jak organizaci provozu založenou na prioritách uživatelům přiřazovaných, tak účinné řešení občasného konfliktu přístupu;
• širokým rozsahem služeb výměny dat umožňujících přesně se přizpůsobit potřebám výměny dat stejně jako současnou distribuci dat vybranému souboru připojených zařízení;
• jejich schopností současné podpory získávání dat, diagnostiky, výměny zpráv i programování/konfigurování způsobem, jaký systémy propojující řídicí jednotky s nízkonapěťovými spínacími a řídicími systémy v průmyslových aplikacích vyžadují.

Sítě musí být založeny na ISO 11898 a musí podporovat sběr dat, diagnostiku, výměnu zpráv i programování/konfigurování. Musí být popsán vzájemný vztah mezi danou sítí, CAN (ISO 11898) a referenčním modelem OSI (ISO/IEC 7498-1). Sítě musí poskytovat výběr volitelných možností výměny dat, a tím umožňovat optimalizaci využití doby přenosu na základě požadavků konkrétní aplikace. Síť musí po stejném kabelu umožnit výměnu dat i napájení - k dispozici musí být napájení dostačující pro napájení k síti připojených zařízení.

Síťová rozhraní

Pro řešení konfliktních přístupů na přenosové médium musí sítě používat nedestruktivního rozhodování. Přenos po médiu musí být řízen na základě uživatelům přidělených prioritních úrovní. Pravidla přístupu k médiu musí současně podporovat tyto mechanismy výměny:

• hlavní/podřízená (master/slave);
• více hlavních (multi-master);
• rovný s rovným (peer to peer).

Rozhraní řídicí jednotka-zařízení musí obsahovat informace týkající se:

• procedur, tzn. toho, co se stane jako první, druhé, atd. při zapnutí a vypnutí napájení systému rozhraní, i při zahájení a ukončení výměny dat přes tato rozhraní;
• pravidel, tzn. příslušné procedury pro komunikaci přes dané rozhraní;
• služeb, tzn. toho, co se po zařízení požaduje, aby přes rozhraní provádělo;
• protokolu, tj. struktury a obsahu zpráv přes rozhraní procházejících;
• chování zařízení z pohledu sítě;
• mechanických vlastností, tj. tvaru, konstrukce, velikosti kolíků, dále průmyslových komponent propojovacího systému rozhraní;
• elektrických vlastností, tj. napěťových a proudových úrovní i časových úrovní bitů po síti přenášených;
• funkčních vlastností, tj. funkcí, které spojení rozhraní poskytují.

Sítě musí podporovat několik nezávislých aktuálních přenosových rychlostí pro různá vstupní/výstupní data (data 170) dodávaná jedním zařízením.

Atributy sítě

Části této normy týkající se atributů sítě musí specifikovat podrobnosti implementace pro všechny dále uvedené charakteristiky:

• Musí být specifikována rychlost přenosu dat (v bitech za sekundu) a tato rychlost musí být minimálně 125 kbit/s.
• Musí být specifikována maximální délka síťového komunikačního média nebo vzdálenost mezi dvěma konci, která musí být minimálně 400 m při 125 kbit/s.
• Musí být specifikována maximální délka zprávy přenášená po síti v rámci jednoho přenosu a tato délka musí být minimálně 6 bytů. Pro vysílání dat, která tuto maximální délku překračují, musí být podporována fragmentace (tj. rozdělování zprávy do více fragmentů).
• Musí být specifikován maximální počet sítových uzlů v jednom systému a počet uzlů musí být minimálně 64.
• Musí být specifikován maximální příkon přenášený síťovým kabelem pro napájení připojených zařízení, který musí být minimálně 2 A při 24 V dc. Konfigurace sítě musí podporovat připojení více napájecích zdrojů, aby napájení neomezovalo počet uzlů a délku kabelu.