Entwicklung und Aufbau eines CAN-Feldbussystems für die Steuerungstechnik mit Schnittstelle zum Internet

Inhaltsverzeichnis

1. Feldbusse in der Automatisierungstechnik

1.1. Einsatzgebiete, Merkmale

1.1.1 Profibus

1.1.2 InterBus-S

1.1.3 Controller Area Network

1.2. Internettechnologien in der Automatisierungstechnik

2. CAN – Controller Area Network

2.1. Protokoll

2.1.1 Busstruktur

2.1.2 Busarbitrierung, Identifier

2.1.3 Nachrichtentelegramm-Formate

2.1.4 Fehlermanagement

2.1.5 Überlast-Telegramme

2.1.6 Bittiming und Bitsynchronisation

2.1.7 Physikalische Ankopplung

2.2. Marktübersicht Protokollcontroller und Transceiver

3. Aufbau CAN-Feldbus-Knoten

3.1. Übersicht

3.2. Basisplatine

3.3. Masterplatine

3.4. SLIO-Platine

3.5. Schnittstellenadapter

3.6. Tischgehäuse

3.7. Netzteil

4. Programmierung

4.1. Übersicht

4.2. Eigene Typ-Deklarationen

4.3. Kommunikation SC12-SJA1000

4.4. Kommunikation SC12-I2C-Peripherie

4.4.1 Initialisierung

4.4.2 I/O-Baustein PCF8574A

4.4.3 D/A-Wandler AD5311

4.4.4 A/D-Wandler AD7417

4.4.5 EEPROM M24C16

4.5. Interruptverarbeitung

4.5.1 Übersicht

4.5.2 SJA1000-Interrupt

4.5.3 Timer-Interrupt

4.6. Timer, Ablaufsteuerung

4.7. CAN-Kommunikation

4.8. SLIO-Knoten

4.8.1 Identifier, Telegrammformate, I/O-Register

4.8.2 Digitale I/O-Verarbeitung

4.8.3 Analoge I/O-Verarbeitung

4.8.4 Synchronisierung

4.8.5 Softwareroutinen

4.9. Web-Interface

5. Elektromagnetische Verträglichkeit

5.1. Übersicht

5.2. Maßnahmen zur EMV

5.2.1 Schaltungstechnik

5.2.2 Überspannungsschutz

5.2.3 Leiterplattenlayout

5.3. Störfestigkeitsprüfung

5.4. Störemissionsmessungen

5.5. Zusammenfassung

6. Zusammenfassung und Ausblick

7. Literatur- und Quellenverzeichnis

Zielsetzung und Themen

Das Hauptziel dieser Arbeit ist die Entwicklung und der Aufbau eines modularen, kostengünstigen und störunempfindlichen Feldbussystems basierend auf dem CAN-Protokoll, welches über eine Ethernet-Schnittstelle in ein Web-Interface integriert wird, um eine komfortable Fernwartung und Visualisierung über Standard-Internetbrowser zu ermöglichen.

• Entwicklung von CAN-Feldbusknoten (Master- und SLIO-Knoten)
• Implementierung einer Ethernet TCP/IP-Schnittstelle zur Fernbedienung
• Maßnahmen zur Sicherstellung der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV)
• Durchführung von Störfestigkeits- und Störemissionsmessungen

Auszug aus dem Buch

Zusammenfassung der Kapitel

1. Feldbusse in der Automatisierungstechnik: Die Einleitung in die Thematik der industriellen Feldbussysteme und der zunehmenden Vernetzung von Automatisierungsebenen.

2. CAN – Controller Area Network: Detaillierte technische Erläuterung des CAN-Protokolls, seiner Busstruktur, Arbitrierungsverfahren und Fehlermanagement-Mechanismen.

3. Aufbau CAN-Feldbus-Knoten: Beschreibung des Hardware-Aufbaus der Basisplatine sowie der Master- und SLIO-Knoten inklusive der Schnittstellenanbindung.

4. Programmierung: Ausführliche Dokumentation der Softwareentwicklung für den Einchip-PC SC12, die Kommunikation mit CAN-Controllern, I2C-Peripherie und die Web-Interface-Implementierung.

5. Elektromagnetische Verträglichkeit: Analyse der EMV-Maßnahmen am System sowie Darstellung der Ergebnisse aus Störfestigkeits- und Störemissionsprüfungen.

6. Zusammenfassung und Ausblick: Kritische Reflexion der erreichten Ergebnisse und potenzielle zukünftige Erweiterungsmöglichkeiten durch moderne Webtechnologien.

Schlüsselwörter

CAN-Bus, Feldbus, Automatisierungstechnik, Master-Knoten, SLIO, Ethernet, TCP/IP, Webserver, Mikrocontroller, SJA1000, EMV, Störfestigkeit, Störemission, Hardware-Entwicklung, Programmierung.

Häufig gestellte Fragen

Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?

Die Arbeit befasst sich mit der Entwicklung und dem Aufbau eines Feldbussystems auf Basis des CAN-Protokolls für die Steuerungstechnik, das zusätzlich eine Schnittstelle zum Internet zur Fernwartung bietet.

Was sind die zentralen Themenfelder?

Die Arbeit deckt die Hardware-Entwicklung von Knotenmodulen, die Protokollgrundlagen des CAN-Bus, die Software-Implementierung sowie umfangreiche EMV-Analysen ab.

Was ist das primäre Ziel der Forschungsarbeit?

Das Ziel ist der Entwurf eines modularen und kostengünstigen Systems, das industrielle Automatisierungsaufgaben über Standard-Internetbrowser visualisierbar und steuerbar macht.

Welche wissenschaftliche Methode wurde verwendet?

Es wurde ein ingenieurwissenschaftlicher Ansatz verfolgt, bestehend aus Literaturrecherche, Komponentenauswahl, Schaltungsentwurf, Aufbau von Prototypen und deren experimenteller Validierung im Absorberraum.

Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?

Der Hauptteil gliedert sich in die theoretische Fundierung des CAN-Protokolls, den konkreten Aufbau der Hardware-Module sowie die detaillierte Beschreibung der Software-Programmierung und der EMV-Sicherungsmaßnahmen.

Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?

Zentrale Begriffe sind CAN-Bus, Automatisierungstechnik, Einchip-PC SC12, Web-Interface, EMV-gerechtes Design und Echtzeit-Kommunikation.

Wie wird die Störfestigkeit des Systems gewährleistet?

Die Störfestigkeit wird durch galvanische Trennung über Optokoppler, die Verwendung von Transildioden gegen Überspannungen sowie ein EMV-gerechtes Leiterplattenlayout mit getrennten Masseflächen erreicht.

Welche Rolle spielt der Einchip-PC SC12?

Der SC12 fungiert als Busmaster, der die Protokollabwicklung übernimmt, den Webserver für das Interface bereitstellt und die angeschlossenen I/O-Bausteine über den I2C-Bus steuert.