In der vorliegenden Arbeit wird der Aufbau und die Programmierung eines Feldbussystems für die Steuerungstechnik beschrieben. Die entwickelten Feldbus-Knoten zeichnen sich durch eine modulare und kompakte Bauweise aus. Als Feldbus wird das Controller Area Network (CAN) eingesetzt, das sich durch eine weite Verbreitung in der Automatisierungstechnik und eine Vielzahl preiswerter Controller auszeichnet.
Es sind zwei Modulvarianten entwickelt worden: SLIO-Knoten (Serial Linked I/O) und Master-Knoten. Beide Varianten verfügen über sieben digitale und drei analoge Ein- und Ausgänge. Die SLIO-Knoten basieren auf einem Philips-CAN-Baustein mit wenig Eigenintelligenz, während die Master-Knoten einen DOS-kompatiblen Einchip-PC und einen hochintegrierten CAN-Protokoll-Controller beinhalten und damit genügend Rechenkapazität für anspruchsvolle Automatisierungsaufgaben besitzen. Die Master-Module sind über eine Ethernet-Schnittstelle mit anderen Automatisierungs-Rechnern vernetzbar. Insbesondere ist über einen eingebauten Webserver eine Visualisierung, Bedienung und Fernwartung des gesamten Feldbussystems über herkömmliche Internetbrowser möglich.
Die Arbeit umfaßt zusätzlich eine Marktübersicht über CAN-Controller, Mikrocontroller mit CAN-Schnittstellen und CAN-Transceiver. Es werden Maßnahmen zur Sicherstellung der elektromagnetischen Verträglichkeit geschildert, die zu einer unerläßlichen Aufgabe bei der Planung und beim Aufbau von elektronischen Systemen geworden sind. Eigene Störfestigkeits-Prüfungen und Störemissions-Messungen belegen die Wirksamkeit der vorgenommenen Maßnahmen.
Inhaltsverzeichnis
- Einleitung
- Feldbusse in der Automatisierungstechnik
- Einsatzgebiete, Merkmale
- Profibus
- InterBus-S
- Controller Area Network
- Internettechnologien in der Automatisierungstechnik
- CAN Controller Area Network
- Protokoll
- Busstruktur
- Busarbitrierung, Identifier
- Nachrichtentelegramm-Formate
- Fehlermanagement
- Überlast-Telegramme
- Bittiming und Bitsynchronisation
- Physikalische Ankopplung
- Marktübersicht Protokollcontroller und Transceiver
- Aufbau CAN-Feldbus-Knoten
- Übersicht
- Basisplatine
- Masterplatine
- SLIO-Platine
- Schnittstellenadapter
- Tischgehäuse
- Netzteil
- Programmierung
- Übersicht
- Eigene Typ-Deklarationen
- Kommunikation SC12-SJA1000
- Kommunikation SC12-I²C-Peripherie
- Initialisierung
- I/O-Baustein PCF8574A
- D/A-Wandler AD5311
- A/D-Wandler AD7417
- EEPROM M24C16
- Interruptverarbeitung
- Übersicht
- SJA1000-Interrupt
- Timer-Interrupt
- Timer, Ablaufsteuerung
- CAN-Kommunikation
- SLIO-Knoten
- Identifier, Telegrammformate, I/O-Register
- Digitale I/O-Verarbeitung
- Analoge I/O-Verarbeitung
- Synchronisierung
- Softwareroutinen
- Web-Interface
- Elektromagnetische Verträglichkeit
- Übersicht
- Maßnahmen zur EMV
- Schaltungstechnik
- Überspannungsschutz
- Leiterplattenlayout
- Störfestigkeitsprüfung
- Störemissionsmessungen
- Zusammenfassung
- Zusammenfassung und Ausblick
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Diese Diplomarbeit befasst sich mit der Entwicklung und dem Aufbau eines modularen, kostengünstigen und störunempfindlichen Feldbussystems für die Steuerungstechnik mit einer Schnittstelle zum Internet. Ziel ist die dezentrale Steuerung von Aktoren und die Erfassung von analogen und digitalen Sensorsignalen. Dabei soll das System aus einem Busmaster und mehreren Knotenpunkten bestehen, wobei die Kommunikation zum Steuerrechner über den TCP/IP-Standard erfolgt. Die Arbeit untersucht die Funktionsweise des CAN-Feldbusses, die Auswahl und Programmierung der Hardwarekomponenten sowie die Optimierung der elektromagnetischen Verträglichkeit.
- Entwicklung eines Feldbussystems für die Steuerungstechnik
- Einsatz des CAN-Feldbusses
- Modulare und kompakte Bauweise der Feldbus-Knoten
- Integration einer Ethernet-Schnittstelle für Fernwartung und Visualisierung
- Optimierung der elektromagnetischen Verträglichkeit
Zusammenfassung der Kapitel
- Kapitel 1: Einführung in Feldbusse und Internettechnologien in der Automatisierungstechnik. Vorstellung verschiedener Bus-Systeme und deren Anwendungsgebiete.
- Kapitel 2: Detaillierte Darstellung des CAN-Protokolls und der Funktionsweise des Feldbusses. Überblick über den Markt für CAN-Controller und Transceiver.
- Kapitel 3: Beschreibung des Aufbaus der Feldbus-Knoten, bestehend aus Basisplatine, Masterplatine, SLIO-Platine, Schnittstellenadaptern, Tischgehäuse und Netzteil.
- Kapitel 4: Erläuterung der Programmierung der Feldbus-Knoten, inklusive Kommunikation mit den Hardware-Komponenten, Interrupt-Verarbeitung und CAN-Kommunikation.
- Kapitel 5: Untersuchung der elektromagnetischen Verträglichkeit des Feldbussystems, Darstellung von Maßnahmen zur EMV-Optimierung und Ergebnissen von Störfestigkeitsprüfungen und Störemissionsmessungen.
Schlüsselwörter
CAN-Feldbus, Steuerungstechnik, dezentrale Steuerung, Internet, Feldbus-Knoten, Master-Knoten, SLIO-Knoten, Ethernet, Web-Interface, EMV, Störfestigkeitsprüfung, Störemissionsmessungen, Mikrocontroller, Protokollcontroller, Transceiver.
- Quote paper
- Christian Nause (Author), 2000, Entwicklung und Aufbau eines CAN-Feldbussystems für die Steuerungstechnik mit Schnittstelle zum Internet, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/5187
