I vantaggi dei transceiver CAN e il loro ruolo nel massimizzare l’efficienza nelle applicazioni industriali.
Il mercato industriale si sta evolvendo rapidamente, con tecnologie emergenti che soddisfano la crescente domanda di innovazione ed efficienza. Le applicazioni industriali utilizzano molte interfacce diverse, tra cui Ethernet, RS-485 e Controller Area Network (CAN), per comunicare dati sensibili al tempo tra diverse apparecchiature. I progettisti devono considerare molti obiettivi e compromessi diversi quando scelgono quale interfaccia utilizzare.
CAN è stato uno dei primi protocolli a fornire una comunicazione dati affidabile in ambienti industriali difficili e rumorosi e rimane ancora oggi molto popolare. I transceiver CAN, che forniscono il livello fisico del protocollo CAN, offrono elevata efficienza energetica, elevate velocità di trasmissione dati e dimensioni fisiche ridotte, pur rimanendo robusti e affidabili, il che li rende una buona scelta per molte applicazioni industriali. In questo articolo, introdurremo i vantaggi dei transceiver CAN e discuteremo del loro ruolo nel massimizzare l’efficienza nelle applicazioni industriali.
La Figura 1 mostra varie applicazioni industriali che in genere utilizzano i transceiver CAN per fornire dati.
Figura 1. Inverter solare, gruppo di continuità (UPS), sistema HVAC, controllori logici programmabili e un sistema di accumulo di energia si affidano a CAN.
Garantire la comunicazione in ambienti industriali: il ruolo dei transceiver CAN
I transceiver CAN sono essenziali nei sistemi di automazione industriale perché consentono a dispositivi come sensori, controllori e attuatori di comunicare convertendo segnali digitali in segnali differenziali analogici che possono essere inviati a lunga distanza su un bus. Il transceiver garantisce che i dati vengano trasmessi in modo affidabile e che la rete sia protetta da danni elettrici. Ciò rende lo scambio di dati più efficiente e la comunicazione più accurata.
Pertanto, affidabilità, dimensioni ridotte e basso consumo energetico sono fondamentali quando si seleziona un nuovo transceiver CAN in applicazioni industriali.
La robustezza è un elemento indispensabile negli ambienti industriali. I pericoli elettrici come picchi di tensione, transitori e scariche elettrostatiche (ESD) sono fonti comuni di interferenza in tali ambienti. I dispositivi in aree o prodotti suscettibili a ESD, come linee di assemblaggio e sistemi di robotica e automazione, devono garantire una buona protezione ESD nei loro transceiver CAN per ottenere un elevato grado di sicurezza della rete. L’integrazione della protezione ESD nel transceiver CAN aiuta a garantire che possa resistere a scariche ad alta tensione senza malfunzionamenti. Inoltre, le applicazioni industriali spesso utilizzano cavi bus CAN piuttosto lunghi, il che aumenta il rischio di guasti del bus come cortocircuiti e condizioni di sovratensione.
Le apparecchiature collegate a tali reti estese richiedono transceiver con elevata protezione dai guasti del bus. Senza questa protezione, questi guasti possono danneggiare il transceiver e potenzialmente propagarsi attraverso l’intera rete, causando interruzioni delle comunicazioni e tempi di inattività del sistema. Oggi, vari prodotti utilizzano l’interfaccia CAN, come i controllori logici programmabili industriali (PLC), gli azionamenti motore, i sensori remoti e gli attuatori.
I PLC industriali controllano diversi processi industriali e sono in genere collegati a estese reti di sensori, aumentando la lunghezza dei cavi bus. Gli azionamenti controllano motori ad alta potenza, che possono causare picchi di tensione e transitori sul bus CAN. In entrambi i casi, è fondamentale disporre di una robusta protezione dai guasti del bus per il transceiver CAN. I sensori e gli attuatori remoti sono spesso posizionati alla periferia della rete, richiedendo quindi una forte protezione ESD data la loro potenziale esposizione all’elettricità statica nell’ambiente.
In contesti industriali in cui CAN copre lunghe distanze, le differenze di potenziale di terra e l’accumulo di rumore di modo comune possono portare alla degradazione del segnale. I transceiver CAN hanno un intervallo di modo comune più ampio per aiutare a garantire una trasmissione affidabile del segnale sull’intera rete. Ad esempio, gli azionamenti motore, che spesso producono correnti di groundloop e rumore di modo comune, richiedono transceiver con intervalli di modo comune più ampi per ridurre al minimo gli errori di comunicazione, il che significa migliorare l’integrità dei dati del controllo motore e dei segnali di feedback.
Sia i transceiver CAN 5V che quelli CAN 3.3V sono popolari nelle applicazioni industriali. Tuttavia, un transceiver CAN 3.3V può offrire vantaggi aggiuntivi, come l’eliminazione del regolatore a bassa caduta di tensione (LDO) e del convertitore di tensione di livello tra il microcontrollore 3.3V e il transceiver CAN 5V. Il transceiver CAN 3.3V semplifica la progettazione del sistema, riduce il numero di componenti e rende il prodotto finale più compatto. Inoltre, la rimozione dell’LDO può ridurre i costi complessivi del sistema. La Figura 2 mostra una configurazione tipica per il funzionamento del microcontrollore a 3.3V e del transceiver CAN 3.3V.
Figura 2. Schema applicativo di un transceiver CAN 3.3V
Quando si tratta di consumo energetico, i transceiver CAN 3.3V sono più efficienti dei tradizionali transceiver CAN 5V. Inoltre, la funzione di spegnimento di un transceiver CAN da 3,3 V come il TCAN3414 può ridurre ulteriormente la corrente per estendere la durata della batteria in applicazioni alimentate a batteria o dispositivi con rigide limitazioni di potenza.
La figura 3 mostra i transceiver CAN da 3.3 V e 5 V che funzionano senza problemi in una rete. I transceiver CAN alimentati da 3.3 V, come il TCAN3413 e il TCAN3414 di Texas Instruments, sono completamente interoperabili con i transceiver CAN da 5 V. Maggiori dettagli sono disponibili sul white paper Automotive-Qualified EMC Certified 3.3V CAN Transceivers.
Figura 3. Tipica rete CAN con transceiver CAN da 3,3 V e 5 V
Conclusione
I transceiver CAN da 3,3 V come il TCAN3413 e il TCAN3414 aiutano i progettisti a implementare un’interfaccia affidabile che funziona in modo efficiente negli ambienti industriali. Offrono molteplici funzionalità che possono proteggere da vari problemi negli ambienti industriali. Questi dispositivi includono la protezione ESD IEC-61000-4-2 della International Electrotechnical Commission sul bus fino a ±10 kV, un’elevata protezione da guasti al bus di ±58 V e un ampio intervallo di tensione di ingresso in modalità comune del ricevitore di ±30 V. Queste caratteristiche consentono di ottimizzare il progetto per un miglioramento affidabile della comunicazione, risparmiando al contempo spazio sulla scheda e costi di sistema.
