Схема для    контроля исправности   CAN интерфейса по передаче уникальной последовательности запроса.

А. А. Шабронов     shabronov@ngs.ru                 

 

Приведено описание схемы  для  контроля исправности систем массового обслуживания  (СМО) с шинной организацией обмена данных с использованием CAN интерфейса. Приведено описание метода контроля по передаче уникальной  последовательности запроса. Это позволяет уменьшить затраты на  эксплуатацию, поиск неисправности, время восстановления  и  увеличивает ремонтопригодность  СМО.     УДК 620.92

Термин «уникальность» интерпретируется  как, точно известная последовательность данных для данного устройства и данного события в отношении самого устройства.

Ключевые слова:  CAN-шина,   сигнатура, гистограмма, протокол обмена RS232,  RS485.     

 

1.  Схема адаптера CAN-интерфейса приема кодов.

Задача схемы - только принимать сигналы шины данных,  не влиять на взаимодействие станции с сервером,  и иметь гальваническую развязку.

 Блочная схема представлена  на рисунке 1.

Назначение блоков:

·        Схема сопряжения для приема информации, выполняет только роль приемника, и не влияет на передаваемые  сигналы по  CAN-шине.

·        Схема гальванической развязки  - это быстродействующая оптопара.

·        Схема сопряжения развязки с адаптером, формирует два противофазных сигнала из однофазного входного сигнала;

·         Адаптер USB-RS-485 – это стандартный преобразователь. Выпускаются в  широком ассортименте, достаточном количестве и доступные в цене. При необходимости можно  использовать и сетевой преобразователь стандарта RS-485 или WI-FI.    На рисунке 2 внешний вид подобных адаптеров.

Схема адаптера CAN-интерфейса с оптической развязкой для приема информации до 500 кбит в секунду  по CAN-шине  и передачи ее в адаптер USB-RS-485 представлена на рисунке 3.

Элементы схемы:

·        Сопротивления R1..3  ограничительные. Образуют делитель напряжения. Напряжение на R2 поступает на операционный усилитель. Входное сопротивление операционного усилителя на порядок больше. Таким образом, общее нагрузочное сопротивление  на CAN-шину более 2ком, что  не нагружает и не влияет на ее работоспособность.

·        Если напряжение на входе положительное D+=U+ и D-=U-, то на выходе вывода 6,  отрицательное  напряжение. Операционный усилитель включен с инвертированием полярности входного напряжения.  Оптическая развязка на  6N135 выключена.  Фаза сигнала поменялась на 180 градусов. Повторный поворот фазы выполняет оптопорт.

·        Если на R2 отрицательное напряжение D+=U- и D-=U+, то на выходе вывода 6, положительное напряжение и   6N135 включена.

Выход 6N135 подключается к приему информации D+.  Инвертирующий каскад на транзисторе кт315  преобразует сигнал и передает его на D-.  Резисторы R6, R7 определяют режим работы транзистора, а светодиод ал103б – индикатор передачи данных и контроля питающего напряжения.

 

Назначение схемы  обеспечивать получение данных для выполнения алгоритма  поиска неисправности. Предложен способ определения исправности по наличию приема уникальной   последовательности. Рассмотрим  сигналы и способ контроля на примере модели СМО - системы массового обслуживания с шинной организацией обмена данными.

 

 2. Исходные сигналы  в последовательности  обмена данных типа «шина», для систем массового обслуживания.

На рисунке 4, представлена модель СМО по CAN-шине.

Сервер Ws обслуживает станции Si, где i=1..k.   – количество станций обслуживания.

 

Рассмотрим организацию обмена по шине данных:

Станция выставляет запрос на передачу данных. В этой последовательности обязательно присутствует идентификационная информация. Она зависит от вида протокола, типа канала данных и т.д. Это выделенная  последовательность байтов из первого передаваемого блока. В СМО обязательно должна быть уникальная последовательность при первом обращении,  что бы  сервер определил, с какой станцией ему дальше работать.  На рисунке 5 представлена последовательность обмена.

Таким образом, исходной информацией для анализа работы СМО выбираем уникальную последовательность кодов передаваемых данных Si. За контролируемый период работы СМО  будет передано  количество в  КN(Si).

Число передаваемых  уникальных последовательностей КN(Si)  зависит от работоспособности, состояния станций, алгоритма работы и от множества других факторов влияющих на СМО.  Это случайная величина, которую отобразим в виде гистограммы, представленной на рисунке 6.

Данные гистограммы характеризуют  СМО  за контролируемый промежуток времени.

 

3.  Анализ гистограммы  уникальных последовательностей кодов СМО.

Вариант равномерного распределения, показан  на рисунке 7.

Число измерений увеличивается и соответственно увеличивается значение в гистограмме. При равномерной загрузке СМО и работе всех станций, общий график огибающей гистограммы представляет собой случайным образом расположенную кривую линию. Варианты неравномерной,  с «горбом на разных участках», работы станций, показаны на рисунке 8.

Очевидно, что увеличение определенных  сторон гистограммы, отображает и увеличение количества обслуживания этих станций.

Если определить пороги гистограммы, за которые СМО не может выходить в нормальной работе, то таким образом можно определять ее работоспособность.  Например, если обязательно должно быть, хотя одно значение за период наблюдения.  Или разница между рядом расположенными участками не должна превышать  определенного значения. На рисунке 9 показан вариант такого события на гистограмме.

 

Пример станции на шине CAN [Л4]  – это защищенный блок  с кнопками и дисплеем. Рисунок 10.

 

Пример работы на станции. Рабочие мясного цеха разделывают продукцию. Рисунок 11

 

 

Подготовлена программа однопоточного режима анализа работы станций.  Рисунок 12.

Ниже, на видео скан экрана показано отображение  в имитационном режиме.

Подготовлена программа  многопоточного режима. Ниже на видео включение программы, включение окон меню и переход к отображению в имитационном режиме.

 

   Контрольная эксплуатация выявила следующие особенности работы компьютера:

 

Использование схемы:

·        В конкретном производстве [Л4], требовалось определять не включение станций и не передачу в ночное время.   В это время проводится санитарная обработка. Передача «нажатий» и «запросов» означает, что вода все - же пробивается через защиту кнопок и создает запрос. Те станции, которые во время санитарной обработки передают коды, имеют большую вероятность выхода из строя. И из  практики выходят первыми. Начинают, передавать постоянно коды и блокируют линию.  Но статистика работы  за предыдущее время  позволяет предусмотреть такие события.

·        При остановке работы общей системы СМО, возникает вопрос «кто виноват» - «железо на линии» или «программа для СМО». Предложенная схема через компьютер, отображает события нажатия  кнопки от станций. Значит – если кнопку нажали, и событие увидели, «железо» и сама линия исправна.  Если же, на станции нажимается кнопка, а отображение события нет, то значит это физическая неисправность линии или станций. Требуется проверять. Например, отключая станции  последовательно от шины, пока не появиться событие сигнала нажатия кнопок станции.  

 

Подготовлена монтажная печатная плата устройства.  Рисунок 13…15.

   

 

  

 

Приведенная схема и метод реализован на промышленном объекте в г. Новосибирске в 2015г [Л4]  

Литература

1.       Системы СМО:  http://ermak.cs.nstu.ru/mmsa/glava5/glava5.htm

2.       Интерфейс rs-485:  http://www.bookasutp.ru/Chapter2_3.aspx

3.       Интерфейс   CAN http://www.micromax.ru/solution/theory-practice/articles/2160/

4.       Программа объекта  http://www.shabronov.narod.ru/doc_shabronov/kmk_tester_imitator_v5/

5.       Адрес : http://90.189.213.191:4422/temp/model_posh_v3_sh/model_posh_v3_sh.doc

6.        Схемы: http://90.189.213.191:4422/temp/model_posh_v3_sh/model_posh_v3.zip

Дата документа: 21 апреля 2016 года,  г. Новосибирск  изм.адреса статьи 31-5-2016

Автор Шабронов Андрей Анатольевич, аспирант кафедры ТЭ СибГУТИ ,

тел. +7-913-905-8839, e-mail: shabronov@ngs.ru