Estructura de buses para control de AGV Estructura del AGV

Mario R. Modesti
Estructura de buses para
control de AGV
Con el concepto moderno de sistemas internetworking,
se plantea una estructura de control para un vehículo autónomo,
considerando al mismo como una celda de proceso y no como
una máquina individual.
Las posibilidades de esta concepción hacen que el AGV se incorpore a un
sistema jerárquico de control, capaz de comunicarse por medio de algún
protocolo con otros niveles de gestión, inscripto en una topología
ISO/OSI.
Se plantea la estructura sobre un modelo de sistema abierto, comunicado
por medio de buses y protocolos standard.
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Estructura del AGV
Resursos instalados
Tarjeta de
adquisición
Epix (A/D)
Procesador analógico
de imagen
Cámara
PC Pentium
Driver de Direc.
(Llave–H)
CAN Bus
Encoder de
dirección
Motor de CC de
imán permanente
(Dirección)
Encoder de
desplazamiento
Driver de Tracción
(Llave–H)
Caja reductora
Motor de CC de
imán permanente
(Tracción)
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Estructura Jerárquica de buses
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Modelo de referencia de interconexión de sistemas abiertos
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Estructura OSI/ISO
Cada capa del modelo OSI representa una función realizada cuando los
datos se transmiten entre aplicaciones cooperantes sobre una red
interviniente.
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Modo de comunicación por medio de capas
Cada capa extrae su cabecera antes de pasar los datos a la capa siguiente.
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Bus de Campo ( Nivel 0 )
Nivel Entrada / Salida – Sensores / Actuadores
El bus de campo seleccionado debe proveer las capacidades de
comunicación para todos los recursos, tanto en velocidad de transmisión
cuanto en volúmen de datos a transferir.
La estructura a nivel de sensores / actuadores será enmarcada dentro del
protocolo CAN ( Controller Area Network )
Provee funcionalidad multimaster y capacidad en tiempo real.
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Existen dos especificaciones para CAN, estas son 2.0A y 2.0B, vinculadas
a recomendaciones para alta velocidad ( 11898 )
y para baja velocidad ( 11519-2)
Se utilizará la segunda especificación.
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Modelo CAN
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Layers de CAN Standard
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Layers de CAN extendido
LLC : Logical Link Control
MAC : Medium Access Control
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CAN
Características operativas
Standards
Topología
Participantes
Medio de acceso
Velocidad de transmisión
Telegrama
Niveles de señal
Tipo de cable
ISO/DIS 11 519-1
ISO/DIS 11 898
Línea con stub
Hasta 32 sin repetidor
CSMA / CA
1 [Mb] / 40 [m]
100 [Kb] / 800 [m]
8 bytes de dato
RS 485 modificado
STP ( Shielded Twisted Pair )
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CAN
Características operativas
El mecanismo de acceso de CAN esta implementado como un arbitro
bidireccional no destructivo, esto último significa que el vencedor del
arbitraje ( mensaje de más alta prioridad ) no debe restablecer el
mensaje desde el principio.
Suponer que dos nodos del bus recibirán un pedido de transmisión.
El métoso de acceso es CSMA/CD+AMP ( Carrier Sense Multiple Access
with Collission Detection and Arbitration on Message Priority. Acorde con
este algoritmo, ambos nodos de red esperarán hasta que el bus este libre
( Carrier Sense ). Cuando esto ocurra, ambos nodos transmitirán su bit de start
( Multiple Access ).
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CAN
Características operativas
- Priorización de los mensajes
- Garantiza los tiempos de latencia
- Configuración flexible
- Multimaster
- Detección y señalización de errores
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Interacción con el medio físico
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Estructura de hardware del
bus
Implementado con Microchip MCP2510 como controlador CAN
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Bus de Control ( Nivel 1 )
Como se mencionara oportunamente, las características
móviles de la máquina obligan a un enlace radial de red.
La interface es capaz de proveer servicios a través de Ethernet
por medio de un enlace wireless spread spectrum,con protocolos
como IPX , TCP, UDP principalmente
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La red planteada estará trazada sobre una plataforma Ethenet que
).
responde a las recomendaciones
IEEE para redes locales y
metropolitanas, 802.3 para CSMA/CD y 802.11 para comunicación
inalámbrica ( WireLess )
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Comparación de capas
OSI / IEEE 800.X
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HDLC High Level Data Link Control
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Descripción del modelo LAN&MAN/RM mapeado en el modelo
OSI/RM. La parte aplicable de la estructura _OSI consiste de las dos
capas inferiores. Data Link Layer y Physical Layer.
LLC : Logical Link Control
MAC : Medium Access Control
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Formato de la trama Ethernet
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Supervisión – Control remoto
( Nivel 2 )
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Así como el modelo de referencia OSI posee siete niveles (o capas), la
arquitectura TCP/IP viene definida por 4 niveles : el nivel de subred
[enlace físico], el nivel de interred [Red, IP], el protocolo proveedor de
servicio [Transporte, TCP o UDP] , y el nivel de aplicación.
OSI
TCP / IP
Applicación (Layer7)
Presentación (Layer6)
Aplicación
Sesion (Layer 5)
Transporte (Layer 4)
Transporte ( TCP o UDP )
Red (Layer 3)
Interred ( IP )
Link de Datos (Layer 2)
Físico (Layer 1)
SubRed ( Enlace Físico )
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Capa de aplicación
consiste en aplicaciones y procesos que usan la red
Capa de transporte host-a-host
provee servicios de distribución de datos extremo-aextremo
Capa de red
define el datagrama y administra el encaminamiento de los
datos
Capa de acceso a la red
consiste en rutinas para acceder a la red física
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Características TCP/IP
Con el objetivo de poder intercomunicar recursos de diferentes redes y
protocolos se desarrolla TCP / IP. Está basado en un modelo que asume la
existencia de un gran número de redes independientes vinculadas entre si
por medio de gateways. El usuario debe poder acceder de alguna manera a
estas redes. El ruteo necesario para la realización de esta comunicación
debe ser completamente invisible al usuario.
TCP / IP es una tecnología no orientada a la conexión , la información es
transferida como una secuencia de datagramas.
Si bién TCP e IP pueden trabajar en modo separado , no es conincidencia
que trabajen juntos
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Característcas IP
El protocolo IP es el principal del modelo OSI, así como parte
integral del TCP/IP. Las tareas principales del IP son el
direccionamiento de los datagramas de información y la
administración del proceso de fragmentación de dichos
datagramas.El datagrama es la unidad de transferencia que el IP
utiliza, algunas veces identificada en forma más específica como
datagrama Internet o datagrama IP. Las características de este
protocolo son :
NO ORIENTADO A CONEXIÓN
Transmisión en unidades denominadas datagramas.
Sin corrección de errores, ni control de congestión.
No garantiza la entrega en secuencia.
La entrega del datagrama en IP no está garantizada porque ésta
se puede retrasar, rutear de manera incorrecta o mutilar al dividir y
reensamblar los fragmentos del mensaje.
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Característcas IP
El IP ( Internet Protocol ) es el protocolo de la red de redes, y
especifica minuciosamente las reglas que definen los detalles de la
comunicación entre dispositivos conectados y especifica como se
debe conformar un paquete de datos y se debe encaminar un
paquete hacia su destino por medio de un router.
Los servicios de Internet se acceden por medio de IP, por lo tanto
cada dispositivo posee una única copia del software IP que será
compartido por diferentes aplicaciones.
IP hace que el usuario tenga la sensación de estar presente ante
una única red, cuando por el contrario es un conexionado de una
gran cantidad de redes. Los usuarios no se dan cuenta de la
existencia de los routers y de las diferentes redes.
Cuando un datagrama IP viaja a través de Internet de un
dispositivo a otro , debe seguir una vía física o un router hacia otra
red, hasta alcanzar su destino final.
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Características de TCP
TCP suministra un serie de servicios de nivel superior. Es un protocolo
orientado a conexión, lo que significa que mantiene información del estado de
cada cadena de datos de usuario que circula ( handshake ).
Es responsable de la transferencia de datos entre extremos por la red o redes
hasta la aplicación de usuario receptor.
TCP debe asegurar que los datos se transmiten y reciben correctamente
atravesando los correspondientes niveles de red.
Cada octeto transmitido contiene un número de secuencia, el módulo TCP
receptor aplica el checksum para verificar si existen daños producidos en el
proceso, si es aceptado el módulo, TCP envía un ACK al módulo transmisor, si
no ocurre asi, TCP lo descarta e informa al módulo remitente del problema
utilizando un número de secuencia.
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Características de TCP
Dado que Internet utiliza un sistema de conmutación de paquetes,
puede ser desbordado con datagramas , de manera que se requiere
de software adicional de comunicaciones, esto es TCP.
Este protocolo resuelve muchos de los problemas originados en la
conmutación de paquetes , cuando un router es desbordado de
datagramas, debe descartarlos, con la consiguiente pérdida de datos
en la red. TCP actúa en este preciso momento, revisando las
pérdidas y reparando el daño.
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