Podstawy sterowania kontrolerem silnika przez magistralę CAN*

Magistrala CAN (Controller Area Network) to solidny i czasu rzeczywistego protokół komunikacyjny, szeroko stosowany do sterowania silnikami BLDC, PMSM lub prądu stałego w dziedzinach automatyzacji, pojazdów elektrycznych lub robotyki.

Jego niezawodność opiera się na rygorystycznej implementacji zarówno na poziomie sprzętowym, jak i protokołowym. Oto kluczowe punkty, które należy znać, aby poprawnie sterować kontrolerem silnika przez CAN.

1. Topologia magistrali

Magistrala CAN przyjmuje topologię liniową — prostą, efektywną i stabilną:

• Sieć składa się z jednego głównego segmentu, łączącego wszystkie węzły (główny, kontrolery silnika, czujniki itp.).

• Dwie rezystancje końcowe 120 Ω muszą być umieszczone na obu końcach magistrali, między CAN_H a CAN_L. Zapewniają one prawidłowe dopasowanie impedancji i zapobiegają odbiciom sygnału.

• Odgałęzienia (stuby) powinny być jak najkrótsze (najlepiej < 30 cm), aby ograniczyć zakłócenia i zapewnić integralność sygnałów, zwłaszcza przy wysokich prędkościach.

 Dobry nawyk: każde urządzenie pośrednie powinno być przechodzone przez magistralę, a nie podłączane przez długie odgałęzienie.

2. Okablowanie i długość sieci

Wybór kabla i przestrzeganie fizycznych ograniczeń CAN warunkują niezawodność komunikacji.

• Używaj skrętki (CAN_H / CAN_L), aby zminimalizować zakłócenia elektromagnetyczne.

• Ekranowanie (plecionka lub folia połączona z masą z jednej strony) jest mocno zalecane w środowisku przemysłowym lub zmotoryzowanym.

• Maksymalna długość magistrali zależy od prędkości transmisji:

• Dostosuj więc prędkość (baudrate) w zależności od całkowitej długości i jakości okablowania.

3. Adresowanie i konfiguracja identyfikatorów (ID)

Każdy węzeł magistrali CAN (silnik, automat, czujnik…) musi posiadać unikalny identyfikator (ID):

• ID określają priorytet wiadomości (im niższy ID, tym wyższy priorytet).

• Unikaj konfliktów adresowych: dwa węzły nigdy nie powinny nadawać z tym samym ID.

• Skonfiguruj prędkość komunikacji (baudrate) identyczną dla wszystkich urządzeń.

• Podczas pierwszych testów monitoruj liczniki błędów CAN (błąd bitu, błąd ACK, bus-off), aby potwierdzić integralność sieci.

Błąd ACK często wskazuje na problem z okablowaniem, zakończeniem lub brakującym/nie skonfigurowanym węzłem.

4. Protokół komunikacyjny i sterowanie silnikiem

Do sterowania silnikami przez magistralę CAN, profil CiA 402 (zwany również DS402) jest punktem odniesienia.

Ten protokół, zdefiniowany przez CAN in Automation (CiA), standaryzuje polecenia dla przetwornic i serwomotorów.

• Obsługuje główne tryby sterowania:

  • Tryb prędkości (Speed mode)

  • Tryb momentu obrotowego (Torque mode)

  • Tryb pozycji (Position mode)

• Wymieniane ramki podążają za logiką stanu (włącz, wyłącz, błąd, gotowy do włączenia itp.).

• Węzeł główny (często automat przemysłowy – PLC lub mikrokontroler wbudowany – MCU) steruje węzłami podrzędnymi (kontrolerami silnika).

• Ważne jest, aby zintegrować logikę bezpieczeństwa:

  • Zatrzymanie awaryjne (E-Stop) połączone sprzętowo lub logicznie.

  • Watchdog programowy do wykrywania utraty komunikacji i przywracania systemu do bezpiecznego stanu.

 Zgodność z CiA 402 ułatwia interoperacyjność między produktami różnych producentów.

Wniosek

Sterowanie kontrolerem silnika przez magistralę CAN łączy solidność, modułowość i standaryzację — pod warunkiem przestrzegania kilku podstawowych zasad:

topologia liniowa, prawidłowe zakończenie, staranne okablowanie, unikalne ID i znormalizowany protokół (CiA 402).

Opanowując te podstawy, inżynier lub technik może zapewnić niezawodną komunikację i precyzyjne sterowanie silnikiem, niezależnie od tego, czy chodzi o maszynę przemysłową, robota mobilnego czy pojazd elektryczny.

*: Informacje techniczne przedstawione w tym artykule są podane wyłącznie w celach informacyjnych. Nie zastępują one oficjalnych instrukcji producentów. Przed instalacją, obsługą lub użytkowaniem należy zapoznać się z dokumentacją produktu i przestrzegać zasad bezpieczeństwa. Strona Torque.works nie ponosi odpowiedzialności za niewłaściwe użycie lub błędną interpretację podanych informacji.