Modbus can gateway

‫الص‬ ‫المتحكمات‬ ‫من‬ ‫محلية‬ ‫لشبكة‬ ‫بوابة‬ ‫وتنفيذ‬ ‫تصميم‬‫ناعية‬
MODBUS/CAN Gateway
‫واأل‬ ‫الحواسيب‬ ‫بهندسة‬ ‫الماجستير‬ ‫درجة‬ ‫لنيل‬ ‫أعدت‬ ‫دراسة‬‫تمتة‬
‫إعداد‬
‫الشحادة‬ ‫كمال‬ ‫المهندس‬
‫إشراف‬
‫العباس‬ ‫فيصل‬ ‫الدكتور‬ ‫األستاذ‬
‫القادري‬ ‫منذر‬ ‫محمد‬ ‫الدكتور‬

‫الصناعي‬ ‫النظام‬ ‫هرمية‬:

‫الحقلي‬ ‫الناقل‬ ‫طبقات‬:
‫يائية‬‫ز‬‫الفي‬ ‫الطبقة‬.
‫البيانات‬ ‫بط‬‫ر‬ ‫طبقة‬.
‫التطبيقات‬ ‫طبقة‬.

Physical Layer
Data Link Layer
Application Layer
Physical Layer
Data Link Layer
Application Layer
Gateway Application
‫البوابة‬ ‫الى‬ ‫الحاجة‬Gateway:
‫الحقلية‬ ‫النواقل‬ ‫أنواع‬ ‫تنوع‬.
‫الصناعي‬ ‫النظام‬ ‫هرمية‬ ‫مستوى‬ ‫على‬ ‫الحقلية‬ ‫النواقل‬ ‫توضعات‬ ‫اختالف‬.

‫والجسر‬ ‫البوابة‬ ‫بين‬ ‫الفرق‬:
‫الجسر‬Bridge:
‫الش‬ ‫أجزاء‬ ‫بين‬ ‫الرسائل‬ ‫من‬ ‫أجزاء‬ ‫أو‬ ‫للرسائل‬ ‫وتوجيه‬ ‫تخزين‬ ‫وظائف‬ ‫يؤمن‬‫بكة‬.
‫المكرر‬Repeater:
‫الكهربائية‬ ‫اإلشارات‬ ‫كل‬ ‫يوجه‬.
‫العبور‬ ‫بوابة‬Gateway:
‫بروتوكولي‬ ‫على‬ ‫عاملتين‬ ‫شبكتين‬ ‫بين‬ ‫البيانات‬ ‫وتناقل‬ ‫الوصل‬ ‫تؤمن‬‫مختلفين‬ ‫ن‬.

TCP/IP
Ethernet
CANopen
CANopen
CANopen
ASI
RepeaterRepeaterRepeater
El./opt
Optical
Star
Coupler
Optical
CAN
Gateway
CANopen CANopen
ASI Network
Bridge
Gateway
CAN Subnet
CAN Subnet
Bridge
‫والجسر‬ ‫البوابة‬ ‫بين‬ ‫الفرق‬:

MODBUS/CANBUS
GATEWAY
MODBUS/CAN Gateway:
CANBUS
MODBUS

‫التصميم‬ ‫شروط‬-‫للبوابة‬ ‫التصميمية‬ ‫المتطلبات‬:
‫بروتوكولي‬ ‫بين‬ ‫األساسية‬ ‫الفروقات‬CAN‫و‬MODBUS:
‫الرسالة‬ ‫تحويل‬Message Gatewaying.
‫اإلشارات‬ ‫مفهوم‬Signals.
‫ال‬‫عنونة‬‫العقدة‬ ‫عنونة‬‫الرسالة‬ ‫عنونة‬
‫ال‬‫سيد‬‫واحد‬ ‫سيد‬‫السادة‬ ‫متعدد‬
‫الرسائل‬‫مصدر‬/‫وجهة‬‫العام‬ ‫البث‬ ‫رسائل‬
‫إدارة‬‫الشبكة‬‫االنتخاب‬ ‫بطريقة‬ ‫مركزي‬ ‫تحكم‬CSMA/CA ‫بطريقة‬ ‫موزع‬ ‫تحكم‬
MODBUSCAN

‫التصميم‬ ‫شروط‬-‫للبوابة‬ ‫التصميمية‬ ‫المتطلبات‬:
‫البوابة‬ ‫من‬ ‫المطلوبة‬ ‫المهام‬:
‫االستقبال‬.
‫االرسال‬.

MODBUS
Master
MODBUS
Slave1
MODBUS
Slave3
MODBUS
Slave2
MODBUS
Slave_Gate
Gateway
CAN_Gate
CAN3CAN3 CAN3
MODBUS
CANBUS
1
2
3
4
‫البوابة‬ ‫تنفيذ‬ ‫خيارات‬:
‫جهة‬ ‫من‬ ‫تابعة‬ ‫كعقدة‬ ‫تعمل‬ ‫البوابة‬MODBUS:
1-‫سيد‬ ‫استعالم‬MODBUS.
2-‫شبكة‬ ‫إلى‬ ‫االستعالم‬ ‫تحويل‬CAN.
3-‫شبكة‬ ‫من‬ ‫الجواب‬ ‫استقبال‬CAN.
4-‫سيد‬ ‫إلى‬ ‫الجواب‬ ‫ارجاع‬MODBUS.

MODBUS
Slave1
MODBUS
Slave3
MODBUS
Slave2
CAN_Gate
Gateway
MODBUS
Master Gate
CAN3CAN3 CAN3
MODBUS
CANBUS
1
2
3
4
1
ٌ
2
ٌ
‫جهة‬ ‫من‬ ‫سيدة‬ ‫كعقدة‬ ‫تعمل‬ ‫البوابة‬MODBUS:
1-‫شبكة‬ ‫من‬ ‫عقدة‬ ‫استعالم‬CAN.
2-‫شبكة‬ ‫إلى‬ ‫االستعالم‬ ‫تحويل‬MODBUS.
3-‫شبكة‬ ‫من‬ ‫الجواب‬ ‫استقبال‬MODBUS.
4-‫شبكة‬ ‫إلى‬ ‫الجواب‬ ‫ارجاع‬CAN.
1ٌ-‫شبكة‬ ‫خالل‬ ‫من‬ ‫للبوابة‬ ‫استعالم‬CAN.
2ٌ-‫للبوابة‬ ‫الجواب‬ ‫ارجاع‬.

CAN_Gate
Gateway
MODBUS
Master_Gate
CAN3CAN3 CAN3
MODBUS2
1
2
4
MODBUS
Master
CANBUS
MODBUS1
3
5
6
MODBUS
Slave3
MODBUS
Slave2
MODBUS
Slave1
‫لسيد‬ ‫سيد‬ ‫البوابة‬MODBUS:
1-‫شبكة‬ ‫من‬ ‫عقدة‬ ‫استعالم‬CAN:
1-‫شبكة‬ ‫من‬ ‫لعقدة‬ ‫استعالم‬CAN.
2-‫شبكة‬ ‫سيد‬ ‫إلى‬ ‫االستعالم‬ ‫تحويل‬MODBUS.
3-‫شبكة‬ ‫من‬ ‫عقدة‬ ‫إلى‬ ‫االستعالم‬ ‫تحويل‬MODBUS.
4-‫شبكة‬ ‫سيد‬ ‫إلى‬ ‫الجواب‬ ‫ارجاع‬MODBUS.
5-‫البوابة‬ ‫إلى‬ ‫الجواب‬ ‫ارجاع‬.
6-‫شبكة‬ ‫إلى‬ ‫الجواب‬ ‫ارجاع‬CAN.

CAN_Gate
Gateway
MODBUS
Master_Gate
CAN3CAN3 CAN3
MODBUS2
3
4
MODBUS
Master
CANBUS
MODBUS1
1
2
MODBUS
Slave3
MODBUS
Slave2
MODBUS
Slave1
5
‫لسيد‬ ‫سيد‬ ‫البوابة‬MODBUS:
1-‫سيد‬ ‫استعالم‬MODBUS:
1-‫سيد‬ ‫من‬ ‫البوابة‬ ‫طلب‬MODBUS‫االستعالم‬ ‫ارسال‬.
2-‫شبكة‬ ‫سيد‬ ‫استعالم‬MODBUS.
3-‫شبكة‬ ‫من‬ ‫عقدة‬ ‫إلى‬ ‫االستعالم‬ ‫تحويل‬CAN.
4-‫البوابة‬ ‫إلى‬ ‫الجواب‬ ‫ارجاع‬.
5-‫سيد‬ ‫إلى‬ ‫الجواب‬ ‫ارجاع‬MODBUS.

‫جهة‬ ‫من‬ ‫تابعة‬ ‫تكون‬ ‫عندما‬ ‫البوابة‬ ‫تنفيذ‬MODBUS:
‫تنفيذها‬ ‫المطلوب‬ ‫البوابة‬ ‫مواصفات‬:
‫شبكتي‬ ‫بين‬ ‫االتجاه‬ ‫ثنائي‬ ‫الرسائل‬ ‫تبادل‬MODBUS،CAN.
‫إطار‬ ‫قراءة‬ ‫إمكانية‬CAN(‫حتى‬ ‫بيانات‬ ‫بحجم‬8Byte.)
‫إطار‬ ‫كتابة‬ ‫إمكانية‬CAN(‫حتى‬ ‫بيانات‬ ‫بحجم‬8Byte.)
‫إطار‬ ‫قراءة‬ ‫إمكانية‬MODBUS(‫حتى‬ ‫بيانات‬ ‫بحجم‬8Byte.)
‫إطار‬ ‫كتابة‬ ‫إمكانية‬MODBUS(‫حتى‬ ‫بيانات‬ ‫بحجم‬8Byte.)
‫البوابة‬ ‫تهيئة‬ ‫إمكانية‬(‫جهة‬ ‫من‬ ‫المسجالت‬ ‫وعناوين‬ ‫البوابة‬ ‫عنوان‬ ‫تحديد‬MODBUS
‫ومعرفات‬ID‫جهة‬ ‫من‬ ‫الرسائل‬CAN‫من‬ ‫كل‬ ‫على‬ ‫الشبكة‬ ‫إعدادات‬ ‫إلى‬ ‫باإلضافة‬CAN،
MODBUS)‫نظام‬ ‫تحت‬ ‫يعمل‬ ‫برنامج‬ ‫خالل‬ ‫من‬Windows.
‫حتى‬ ‫لقراءة‬ ‫البوابة‬ ‫تهيئة‬ ‫امكانية‬250‫إطار‬CAN‫حتى‬ ‫وكتابة‬250‫إطار‬CAN
(‫الذاكرة‬ ‫توسعة‬ ‫طريق‬ ‫عن‬ ‫الزيادة‬ ‫امكانية‬EEPROM‫البوابة‬ ‫دارة‬ ‫في‬.)
‫مستقبلية‬ ‫تطويرات‬ ‫في‬ ‫البوابة‬ ‫شبكتي‬ ‫بين‬ ‫الكهربائي‬ ‫العزل‬ ‫إضافة‬ ‫امكانية‬.

CPU
Memory
CAN
Controller
CAN
Driver
RS485
Driver
RS232
Driver
PC
Configuration
program
MODBUS
CANBUS
‫الصندوقي‬ ‫المخطط‬:
1-‫المركزية‬ ‫المعالجة‬ ‫وحدة‬.
2-‫ذاكرة‬ ‫وحدة‬:
-EEPROM.
-RAM.
3-‫متحكم‬CAN.
4-‫قيادة‬ ‫عنصر‬CAN.
5-‫قيادة‬ ‫عنصر‬RS485.
6-‫قيادة‬ ‫عنصر‬RS232.

‫من‬ ‫إطار‬ ‫البوابة‬ ‫استقبال‬ ‫عند‬MODBUS‫تقوم‬ ‫فإنها‬
‫التالية‬ ‫بالخطوات‬:
1-‫من‬ ‫صحيح‬ ‫إطار‬ ‫استقبال‬ ‫من‬ ‫التأكد‬MODBUS.
2-‫البوابة‬ ‫إلى‬ ‫موجه‬ ‫اإلطار‬ ‫أن‬ ‫من‬ ‫لتأكد‬.
3-‫قاعدة‬ ‫مع‬ ‫اإلطار‬ ‫في‬ ‫الموجود‬ ‫المسجل‬ ‫عنوان‬ ‫مقارنة‬
‫معرف‬ ‫واستخراج‬ ‫البوابة‬ ‫في‬ ‫البيانات‬CAN
‫الموافق‬.
4-‫وتشك‬ ‫المستقبل‬ ‫اإلطار‬ ‫من‬ ‫البيانات‬ ‫استخالص‬‫إطار‬ ‫يل‬
CAN‫حالتي‬ ‫نميز‬ ‫وهنا‬ ‫الموافق‬:
‫أ‬-‫االست‬ ‫إعالم‬ ‫ووصول‬ ‫اإلطار‬ ‫إرسال‬ ‫بعد‬ ‫كتابة‬ ‫حالة‬‫قبال‬
‫المقصودة‬ ‫العقدة‬ ‫من‬.
‫ب‬-‫قراءة‬ ‫حالة‬(‫تحكم‬ ‫إطار‬ ‫هو‬ ‫المرسل‬ ‫اإلطار‬)‫تشغيل‬
‫بزمن‬ ‫الخاص‬ ‫الزمني‬ ‫المؤقت‬Timeout
‫المطلو‬ ‫البيانات‬ ‫إطار‬ ‫استقبال‬ ‫حتى‬ ‫واالنتظار‬‫ب‬.
5-‫شبكة‬ ‫سيد‬ ‫إلى‬ ‫إلرساله‬ ‫اإلطار‬ ‫تشكيل‬MODBUS.
‫مالحظة‬:
‫الكتابة‬ ‫حالة‬ ‫في‬ ‫حالتين‬ ‫تمييز‬ ‫يمكن‬ ‫أ‬-.
‫ب‬-‫إطار‬ ‫طول‬ ‫مع‬ ‫البوابة‬ ‫تعامل‬ ‫خيار‬ ‫إضافة‬ ‫يمكن‬
MODBUS‫من‬ ‫ألكثر‬8byte.
‫البوابة‬ ‫عمل‬ ‫خوارزمية‬:
Receive MODBUS
frame
- GET register address
- Get Command
- Look up database
- Get CAN ID
- make CAN remote frame
- send CAN frame
- turn on timeout timer
Gateway
address
Register
address
Reading
command
Receive CAN
frame
Yes
Yes
Yes
Yes
- make CAN frame
- send CAN frame
- turn on timeout timer
Receive ACK
- make MODBUS frame
- send MODBUS frame
Yes
No
No
No
No
No
No
Check CAN ID
- make MODBUS frame
- send MODBUS frame
End
No
Yes
Writing
command
Yes

12
43
ISO2
OPTO ISOLATOR-A
out2
D29
1n1448
1
TP17
1
TP16
EN
VCC
gnd
IN3
RESET
1
XTAL2
10
XTAL1
9
VCC
7
PC0/ADC0
23
PC1/ADC1
24
PC2/ADC2
25
PC3/ADC3
26
PC4/ADC4
27
PC5/ADC5
28
PD0/RXD
2
PD1/TXD
3
PD2/INT0
4
PD3/INT1
5
PD4/T0
6
PD5/T1
11
PD6/AIN0
12
PD7/AIN1
13
PB0/ICP
14
PB1/OC1
15
PB2/SS
16
PB3/MOSI
17
PB4/MISO
18
PB5/SCK
19
AVCC
20
AREF
21
AGND
22
U6
ATMEGA8L
12
43
ISO3
OPTO ISOLATOR-A
+12v
R19 4.7K
sck
C34
100N
1
TP9
1
TP8
R25
670K
R14
4.7K
R27
4.7K
VCC
R40
4.7K
1
TP11
1
TP10
VCC
D19
LED
R21 100
R42
4.7K
EN
1
TP18
R30
4.7K
C5
100N
0
IN5
IN4
C6
100UF
R17
4.7K
VCC
8
SDA
5
SCL
6
A0
1
A1
2
A2
3
U10
24C32
VCC
D14
LED
VCC
can int
R24
4.7K
C35
100UF
1
TP22
1
2
J4
R48
100
0
sck
ss
D13
LED
R26
10K
SW3
SW KEY-Y1011
R32
4.7K
VCC
R50
100
R49
100
TXD
RXD
RXD
TXD
R51
100
VCC
C21
100N
VCC
R36
4.7K
IN4
R1IN
13
T1IN
11
C+
1
C1-
3
C2+
4
C2-
5
V+
2
V-
6
R1OUT
12
T1OUT
14
U7
max232
A0
R20 100
1
2
J5
0
VCC
R34
18K
gnd
12
43
ISO1
OPTO ISOLATOR-A
0
D16
LED
VCC
R35
1K
D20
LED
can int
A1
R33
18K
2
1
3
4-+
D15
RICTIFER
RO
1
RE
2
DE
3
DI
4
A
6
B
7
+VCC
8
U5
max485
TXD
A2
v cc
RXD
VCC
R29
10K
VCC
C22
100N
R10
4.7K1
TP4
gnd
R23
500
R39
1K
1
TP21
conf
1
TP19
conf
1
TP7
R16
4.7K
sda
IN1
R47
4.7K
R37
4.7K
VCC
D18
LED
R38
4.7K
R41
10K
1
1
TP60
jn
VCC
3
5
7
4
6
8
2
1
K2
RELAY
1
1
TP58
jn
1
1
TP59
jn
R96
4.7k
D28
LED
scl
VCC
VCC
5
3
2
rs232
out2
c1
470UF 35v
3
2
1
Q401
T
+12v
R43
18K
1
1
2
2
3
3
reg
7805
0
R181
100 0.5w
1
TP20
C17
1UF
C18
1UFC20
1UF
C19
1UF
VCC
R44
10K
VCC
IN2
12v
IN5
mi
mo
IN3
IN1
IN2
R15
4.7K
mi
ss
mo
A0
C33
100N
scl
A2
A1
R28
4.7K
sda
sck
13
os1
8
rx0bf
11
rx1bf
10
txcan
1
tlcout
3tx0rts
4tx1rts
5
rxcan
2
tx2rts
6
int
12
so
15
si
14
os2
7
cs
16
reset
17
U8
mcp2510
Y3
8MHz
C31
30PF
C32
30PF
txd
1
rxd
4
v ref
5canl
6canh
7
rs
8
U9
PCA82C250
VCC
R31
10K
R46
120
VCC
VCC
R18
4.7K
-‫البوابة‬ ‫دارة‬:
‫البوابة‬ ‫دارة‬:
1-‫نوع‬ ‫من‬ ‫المركزية‬ ‫المعالجة‬ ‫وحدة‬ATMEGA8.
2-‫ذاكرة‬ ‫وحدة‬EEPROM‫نوع‬ ‫من‬24C32.
3-‫متحكم‬CAN‫نوع‬ ‫من‬MCP2510.
4-‫قيادة‬ ‫عنصر‬CAN‫نوع‬ ‫من‬PCA82C250.
5-‫قيادة‬ ‫عنصر‬RS485‫نوع‬ ‫من‬MAX485.
6-‫قيادة‬ ‫عنصر‬RS232‫نوع‬ ‫من‬MAX232.
7-‫العمل‬ ‫ووضع‬ ‫التهيئة‬ ‫وضع‬ ‫بين‬ ‫للتبديل‬ ‫مفتاح‬.
8-‫مستقبلية‬ ‫لتطويرات‬ ‫ريليه‬ ‫ومخرج‬ ‫مداخل‬.
9-‫وعمليات‬ ‫التغذية‬ ‫حاالت‬ ‫تظهر‬ ‫ضوئية‬ ‫مؤشرات‬
‫من‬ ‫لكل‬ ‫واالستقبال‬ ‫االرسال‬CAN‫و‬MODBUS.
10-‫التغذية‬ ‫وحدة‬.

‫البيانات‬ ‫قاعدة‬ ‫تصميم‬:
‫أ‬-‫أعمدة‬ ‫ثالثة‬ ‫يحتوي‬ ‫األول‬ ‫الجدول‬(‫يصف‬‫اعدادات‬‫من‬ ‫القراءة‬CAN:)
1-‫معرف‬CAN.
2-‫مسجل‬ ‫عنوان‬MODBUS.
3-‫قراءتها‬ ‫المراد‬ ‫الكلمات‬ ‫عدد‬.
‫ب‬-‫عمودين‬ ‫يحتوي‬ ‫الثاني‬ ‫الجدول‬(‫يصف‬‫اعدادات‬‫في‬ ‫الكتابة‬CAN:)
1-‫معرف‬CAN.
2-‫مسجل‬ ‫عنوان‬MODBUS.

‫البوابة‬ ‫تهيئة‬ ‫برنامج‬:

‫االستجابة‬ ‫زمن‬ ‫تحليل‬:
‫التالية‬ ‫الثالثة‬ ‫بالعناصر‬ ‫لرسالة‬ ‫استجابة‬ ‫لزمن‬ ‫األسوأ‬ ‫الحالة‬ ‫إظهار‬ ‫يمكن‬:
‫تهيج‬‫االصطفاف‬Jm queuing jitter:‫الموافق‬‫ألطول‬‫زمن‬‫بين‬‫الحدث‬‫البدائي‬‫واصطفاف‬
‫الرسالة‬‫لتكون‬‫جاهزة‬‫لإلرسال‬‫على‬‫الخط‬(‫ويتم‬‫تضمين‬‫أزمنة‬‫ال‬‫تأخيرات‬‫التي‬‫تحدثها‬‫البواب‬‫ة‬‫مع‬
‫هذا‬‫الزمن‬).
‫تأخير‬‫االصطفاف‬queuing delay Wm:‫الموافق‬‫ألطول‬‫زمن‬‫يمكن‬‫للرسالة‬‫أن‬‫تبقى‬‫في‬
‫متحكم‬CAN‫في‬‫حالة‬‫اصطفاف‬‫قبل‬‫البدء‬‫بإرسال‬‫ناجح‬‫على‬‫الخط‬.
‫زمن‬‫اإلرسال‬transmission time Cm:‫الموافق‬‫ألطول‬‫زمن‬‫ليتم‬‫إرسال‬‫الرسالة‬(‫ويتم‬
‫تضمين‬‫أزمنة‬‫إرسال‬MODBUS‫و‬CAN).
‫للرسالة‬ ‫األسوأ‬ ‫الحالة‬ ‫في‬ ‫االستجابة‬ ‫زمن‬ ‫يعطى‬ ‫وبذلك‬m‫التالية‬ ‫بالعالقة‬:
Rm=Jm+Wm+Cm
‫زمن‬‫الصالحية‬Deadline Dm:‫الموافق‬‫للزمن‬‫األعظمي‬‫المسموح‬‫به‬‫منذ‬‫بداية‬‫الحدث‬
‫إلى‬‫نهاية‬‫اإلرسال‬‫الناجح‬.
‫دور‬‫الرسالة‬Tm.
‫التالية‬ ‫العالقات‬ ‫تتحقق‬ ‫أن‬ ‫يجب‬ ‫مهمتها‬ ‫أداء‬ ‫على‬ ‫قادرة‬ ‫الرسالة‬ ‫تكون‬ ‫وحتى‬:
Dm >= Jm+Wm+Cm
D <=T

0
50
100
150
200
250
0 10 20 30 40
ASCII Message Size (Char)
CRCTimeusec
CRC Time usec(crystal
=8MHz)
=16MHz)
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
0 5 10 15 20
RTU Message Size (Byte)
CRCTimeusec
=8MHz)
=16MHz)
‫األداء‬ ‫تحليل‬:‫التنفيذ‬ ‫وأزمنة‬ ‫الذاكرة‬ ‫متطلبات‬(‫المحاكاة‬ ‫برنامج‬ ‫استخدام‬AVRStudio4.)
‫إطار‬ ‫استقبال‬MODBUS‫يلي‬ ‫ما‬ ‫ويتضمن‬:
‫أ‬-‫التكراري‬ ‫الدوري‬ ‫الفحص‬:
‫نمط‬ASCII‫من‬ ‫مكون‬ ‫إطار‬ ‫استقبال‬ ‫عند‬17‫المجموع‬ ‫فحص‬ ‫خوارزمية‬ ‫تنفيذ‬ ‫زمن‬ ‫فإن‬ ‫محرف‬
‫هو‬46usec
‫نمط‬RTU‫من‬ ‫مكون‬ ‫إطار‬ ‫استقبال‬ ‫عند‬8Byte‫الدوري‬ ‫الفحص‬ ‫خوارزمية‬ ‫تنفيذ‬ ‫زمن‬ ‫فإن‬
‫هو‬ ‫التكراري‬60usec

0
100
200
300
400
500
600
700
800
0 20 40 60
number of table records
SearchTimeusec
search time
usec(crystal =8MHz)
search time
usec(crystal =16MHz)
‫إطار‬ ‫استقبال‬MODBUS‫يلي‬ ‫ما‬ ‫ويتضمن‬:
‫ب‬-‫معرف‬ ‫عن‬ ‫البحث‬CAN:‫على‬ ‫البحث‬ ‫زمن‬ ‫ويعتمد‬:
‫فيه‬ ‫البحث‬ ‫يتم‬ ‫الذي‬ ‫البيانات‬ ‫قاعدة‬ ‫في‬ ‫الجدول‬ ‫حجم‬.
‫الجدول‬ ‫في‬ ‫المماثل‬ ‫المعرف‬ ‫موضع‬.
‫بطول‬ ‫البيانات‬ ‫قاعدة‬ ‫في‬ ‫الجدول‬ ‫حجم‬ ‫يكون‬ ‫عندما‬20‫األعظمي‬ ‫البحث‬ ‫زمن‬ ‫فإن‬ ‫سطر‬
‫يكون‬140usec.
‫السطر‬ ‫في‬ ‫الجدول‬ ‫هذا‬ ‫في‬ ‫المعرف‬ ‫موضع‬ ‫يكون‬ ‫عندما‬10‫البحث‬ ‫زمن‬ ‫فيكون‬
70usec.

0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0 2 4 6 8 10
Message Size (Byte)
CopyTimeusec
copy time usec(crystal
=8MHz)
copy time usec(crystal
=16MHz)
‫إطار‬ ‫استقبال‬CAN‫ويتضمن‬:
‫اإلشارة‬ ‫نسخ‬:‫معرف‬ ‫إيجاد‬ ‫بعد‬CAN‫إلى‬ ‫اإلشارة‬ ‫نسخ‬ ‫يتم‬ ‫المستقبل‬ ‫اإلطار‬ ‫حجم‬ ‫من‬ ‫والتأكد‬
‫االستقبال‬ ‫عازل‬ ‫في‬ ‫مكانها‬.
‫األخطاء‬‫الخط‬ ‫وتحميل‬‫الشبكة‬ ‫على‬ ‫البوابة‬ ‫تضيفها‬ ‫التي‬:
‫أخرى‬ ‫عقدة‬ ‫أي‬ ‫تضيفها‬ ‫التي‬ ‫الخط‬ ‫وتحميل‬ ‫األخطاء‬ ‫بحجم‬ ‫هي‬(‫سواء‬‫جهة‬ ‫من‬
MODBUS‫جهة‬ ‫من‬ ‫أو‬CAN.)

PLC
MODBUS/CAN
Gateway
X Y Z
CANBUS (Field Bus)
MODBUS (Process Bus)
PC Management Level
‫آلة‬ ‫حالة‬ ‫دراسة‬CNC:
‫عقد‬ ‫ثالث‬ ‫من‬ ‫اآللة‬ ‫هذه‬ ‫تتكون‬CAN‫اآللة‬ ‫محاور‬ ‫بقيادة‬ ‫تقوم‬X،Y،Z‫في‬ ‫تتوضع‬ ‫العقد‬ ‫وهذه‬
‫األعلى‬ ‫الطبقة‬ ‫مع‬ ‫وترتبط‬ ‫الحقلي‬ ‫المستوى‬(‫المعالجة‬ ‫طبقة‬)‫البوابة‬ ‫طريق‬ ‫عن‬.

PLC
MODBUS/CAN
Gateway
X
CAN
Y
CAN
Z
CAN
CANBUS (Field Bus)
MODBUS (Process Bus)
PC Management Level
MOD1 MOD2 MOD3
CAN1 CAN2 CAN3
‫آلة‬ ‫استهداف‬ ‫سبب‬CNC:

Output
Pulse
Sequence
CPU
Power H-Bridge
Driver
Interface
CAN Driver
MAX232 MAX485
Pulses
Control
Communication Ports
CAN H CAN L RS232 RS485
RTU , Mode Bus
Current
sensor
Stepper
Motor
12-32 Vac-dc
Power Supply
Interface
Input
+5Vdc
12-45 Vdc
‫آلة‬ ‫التحكم‬ ‫لعقدة‬ ‫الصندوقي‬ ‫المخطط‬CNC:
CAN Controller

Distance
Speed
B DCA
Smax
‫العمل‬ ‫آلية‬:
‫الحركة‬ ‫أشعة‬:‫التوقف‬ ‫زمن‬ ،‫التسارع‬ ،‫السرعة‬ ،‫الموضع‬.
‫الحركة‬ ‫أوامر‬:
‫الصفر‬ ‫نقطة‬ ‫إلى‬ ‫العودة‬ ‫أمر‬.
‫الحركة‬ ‫أشعة‬ ‫بتنفيذ‬ ‫البدء‬ ‫أمر‬.
‫التوقف‬ ‫أمر‬.
‫الموضع‬ ‫قراءة‬ ‫أمر‬.
‫واليسار‬ ‫اليمين‬ ‫إلى‬ ‫اليدوية‬ ‫الحركة‬ ‫أمر‬.

‫بروتوكول‬ ‫إعدادات‬ ‫أ‬-MODBUS(ASCII, 7bit, 2Stop bit, non Parity،RS485،
Baud Rate=19200bit/s.)
‫ب‬-‫بروتوكول‬ ‫إعدادات‬CAN(Baud Rate =125 Kbit/sStandard Frame,:)
Tbit=8us
CAN_Clock=8MHz
Delay of bus driver =200ns ‫القيادة‬ ‫عنصر‬ ‫تأخير‬
Delay of receiver circuit =80ns ‫االستقبال‬ ‫عنصر‬ ‫تأخير‬
Delay of bus line(40m) =220ns ‫النقل‬ ‫خط‬ ‫تأخير‬
BRP (Baud Rate Prescaler)=1 ‫النقل‬ ‫معدل‬ ‫مقسم‬
Tq=2*(BRP+1)*1/Fosc=2*(1+1)*1/8000000=0.5usec ‫األساسية‬ ‫الزمن‬ ‫وحدة‬
‫التزامن‬ ‫قفزة‬SJW=4 Tq
‫االنتشار‬ ‫تأخير‬Tprop_seq=7 Tq
‫االولى‬ ‫الطور‬ ‫مقطع‬Tphase_seg1=4 Tq
‫الثانية‬ ‫الطور‬ ‫مقطع‬Tphase_seg2=4 Tq
Tbit=Tsync+Tprop_seg+Tphase_seg1+Tphase_seg2=1+7+4+4=16 Tq=8 usec
‫المهتز‬ ‫ارتياب‬df<=Tsjw/(2*10*Tbit)
df<=2/(2*10*8)=2/160=1.25%
‫الشبكة‬ ‫اعدادات‬:

‫البوابة‬ ‫بيانات‬ ‫قاعدة‬:
‫شبكة‬ ‫من‬ ‫قراءة‬ ‫رسائل‬ ‫ثالثة‬ ‫بنقل‬ ‫البوابة‬ ‫تقوم‬CAN‫للبواب‬ ‫األعظمي‬ ‫البحث‬ ‫تأخير‬ ‫فإن‬ ‫وبالتالي‬ ،‫ة‬
‫إطار‬ ‫لقراءة‬CAN‫هو‬ ‫األداء‬ ‫تحليل‬ ‫منحني‬ ‫على‬ ‫اعتمادا‬21usec.
‫بنقل‬ ‫البوابة‬ ‫تقوم‬18‫شبكة‬ ‫في‬ ‫كتابة‬ ‫رسالة‬CAN‫للبوابة‬ ‫األعظمي‬ ‫البحث‬ ‫تأخير‬ ‫فإن‬ ‫وبالتالي‬ ،
‫إطار‬ ‫لكتابة‬CAN‫هو‬ ‫األداء‬ ‫تحليل‬ ‫منحني‬ ‫على‬ ‫اعتمادا‬126usec.

‫الكتابة‬ ‫أ‬-:
Twrite= TMODBUS Request + TMODBUS Response + TCAN + GatewayDelay
TMODBUS Request=TBit* Frame Length
Tbit=52usec
Frame Length=17*10=170bit
TMODBUS Request=52*170=8840usec
TMODBUS Response =TMODBUS Request
TCAN=TBit* Frame Length
TCAN=76*8=608usec
GatewayDelay =TCheck sum+TSearch+TCopy
GatewayDelay =46+126+4=176usec
Twrite= TMODBUS Request + TMODBUS Response + TCAN + GatewayDelay
Twrite=8840+8840+608+176=18464usec
‫الرسائل‬ ‫أزمنة‬ ‫حساب‬:

‫ب‬-‫القراءة‬:
TRead= TMODBUS Request + TMODBUS Response + TCAN Request +TCAN Response+ GatewayDelay
TMODBUS Request=TBit* Frame Length
TMODBUS Response = TBit* Frame Length
TCAN Request=TBit* Frame Length
TCAN Request=44*8=352usec
TCAN Response =TBit* Frame Length
TCAN Response =108*8=864usec
GatewayDelay =TCheck sum+TSearch+TCopy
GatewayDelay =56+21+8=85usec
TRead= TMODBUS Request + TMODBUS Response + TCAN Request +TCAN Response+ GatewayDelay
TRead=9880+15080+352+864+85=26261usec
‫الرسائل‬ ‫أزمنة‬ ‫حساب‬:

‫نتائج‬:
‫التأخير‬‫الذي‬‫تضيفه‬‫البوابة‬‫يزداد‬‫وينقص‬‫حسب‬‫التطبيق‬‫وبالتالي‬‫حسب‬‫حجم‬
‫قاعدة‬‫البيانات‬‫المخزنة‬‫وحسب‬‫أطوال‬‫الرسائل‬‫المتناقلة‬‫ونالحظ‬‫بوجود‬‫ق‬‫اعدة‬
‫بيانات‬‫متوسطة‬(‫بحجم‬50‫إطار‬‫قراءة‬‫و‬50‫إطار‬‫كتابة‬)‫فإن‬‫التأخيرات‬‫التي‬
‫تضيفها‬‫البوابة‬‫أقل‬‫من‬1msec‫لكل‬‫رسالة‬‫وهي‬‫بذلك‬‫مناسبة‬‫لمعظم‬‫التطبيق‬‫ات‬
‫لكن‬‫التطبيقات‬‫التي‬‫تحتاج‬‫لسرعات‬‫أكبر‬‫من‬‫ذلك‬‫فإن‬‫البوابة‬‫غير‬‫م‬‫ناسبة‬.
‫األخطاء‬‫وتحميل‬‫الخط‬‫التي‬‫تضيفها‬‫البوابة‬‫على‬‫الشبكة‬‫فهي‬‫بحجم‬‫ا‬‫ألخطاء‬
‫وتحميل‬‫الخط‬‫التي‬‫تضيفها‬‫أي‬‫عقدة‬‫أخرى‬‫وبالتالي‬‫ال‬‫يؤخذ‬‫لها‬‫أهمية‬‫ت‬‫ذكر‬‫في‬
‫الشبكة‬.
‫حققنا‬‫المواصفات‬‫والمزايا‬‫التي‬‫خططنا‬‫لها‬.
‫البوابة‬‫المنفذة‬‫تضاهي‬‫بمواصفاتها‬‫المنتجات‬‫التجارية‬‫الموجودة‬‫في‬‫ا‬‫ألسواق‬
‫حيث‬‫لم‬‫نستطع‬‫الوصول‬‫إلى‬‫أبحاث‬‫منشورة‬‫عن‬MODBUS/CAN
Gateway.

‫توصيات‬:
1-‫يؤثر‬‫زيادة‬‫حجم‬‫قاعدة‬‫البيانات‬‫سلبا‬‫على‬‫سرعة‬‫استجابة‬‫البوابة‬‫وبالتالي‬‫سلبا‬‫على‬‫ترد‬‫د‬‫االنتخاب‬‫على‬
‫شبكة‬MODBUS‫لذلك‬‫يجب‬‫تصغير‬‫حجم‬‫قاعدة‬‫البيانات‬‫قدر‬‫اإلمكان‬.
2-‫يؤثر‬‫زيادة‬‫طول‬‫إطار‬‫القراءة‬‫من‬CAN‫سلبا‬‫على‬‫سرعة‬‫استجابة‬‫البوابة‬‫وبالتالي‬‫سلبا‬‫على‬‫تر‬‫دد‬
‫االنتخاب‬‫على‬‫شبكة‬MODBUS‫لذلك‬‫يجب‬‫تصغير‬‫طول‬‫إطار‬‫القراءة‬‫قدر‬‫االمكان‬.
3-‫طول‬‫إطار‬‫الكتابة‬‫ثابت‬‫وبالتالي‬‫تأثيره‬‫ثابت‬‫على‬‫سرعة‬‫استجابة‬‫البوابة‬.
4-‫يمكن‬‫تحسين‬‫زمن‬‫استجابة‬‫البوابة‬‫باختيار‬‫إرجاع‬‫جواب‬‫الكتابة‬‫في‬‫شبكة‬CAN‫مباشرة‬‫بعد‬‫استالم‬‫إطار‬
‫الكتابة‬‫وبنفس‬‫الوقت‬‫إرسال‬‫اإلطار‬‫على‬‫شبكة‬CAN‫لكن‬‫هذا‬‫الخيار‬‫قد‬‫يؤدي‬‫إلى‬‫اإلساءة‬‫إلى‬‫الوثوقية‬
‫حيث‬‫أن‬‫سيد‬MODBUS‫غير‬‫متأكد‬‫من‬‫وصول‬‫الرسالة‬‫إلى‬‫العقدة‬‫المعنية‬‫ويتم‬‫االعتماد‬‫في‬‫ذلك‬‫على‬
‫وثوقية‬‫شبكة‬CAN.
5-‫يجب‬‫اختيار‬‫أدوار‬‫الرسائل‬‫المتناقلة‬‫بين‬CAN‫و‬MODBUS‫بشكل‬‫كبير‬‫قدر‬‫االمكان‬‫وذلك‬‫لتقليل‬
‫التأثيرات‬‫السلبية‬‫للبوابة‬.
6-‫في‬‫حال‬‫كان‬‫تحميل‬‫خط‬CAN‫كبيرا‬‫عندها‬‫يجب‬‫اختيار‬‫معرفات‬CAN‫المتوافقة‬‫مع‬‫رسائل‬
MODBUS‫ذات‬‫أولوية‬‫كبيرة‬‫لتحسين‬‫سرعة‬‫االنتخاب‬‫على‬‫شبكة‬MODBUS.
7-‫لتقليل‬‫عدد‬‫الرسائل‬‫المتناقلة‬‫قدر‬‫اإلمكان‬‫ينصح‬‫بدمج‬‫أكثر‬‫من‬‫معلومة‬‫برسالة‬‫واحدة‬.
8-‫يجب‬‫وضع‬‫األسالك‬‫والعقد‬‫بعيدا‬‫عن‬‫المصادر‬‫الخارجية‬‫للتداخل‬‫الكهرومغناطيسي‬EMI‫مثل‬‫الهاتف‬
‫المحمول‬‫والرادار‬‫ومرسالت‬‫الراديو‬‫والبرق‬‫واألسباب‬‫الممكنة‬‫األخرى‬‫مثل‬‫مفاتيح‬‫الوصل‬‫والقط‬‫ع‬‫قدر‬
‫اإلمكان‬‫واستخدام‬‫األسالك‬‫المحجبة‬‫لمنع‬‫حدوث‬‫األخطاء‬.

Modbus can gateway

More Related Content

Viewers also liked (11)

Similar to Modbus can gateway (20)

More from Dr. Munthear Alqaderi (20)

Recently uploaded (14)

Modbus can gateway

Editor's Notes