Во многих из них он является встроенной функцией. CANopen - это не просто дань моде. Это магистральное направление развития современных автоматизированных систем в самых разнообразных областях человеческой деятельности: от машиностроения, производства автомобилей и робототехники до медицины, торговли, аэронавтики, морской электроники, автоматизации зданий, военных приложений.

В 2006 году исполняется 20 лет технологии CAN (Controller Area Network). Много это или мало? И главное: украинские разработчики просмотрели перспективную технологию и опоздали навсегда или наоборот, мудро дождались, пока технология будет отработана, мировой рынок сделает свой выбор и можно будет перенять устоявшиеся апробированные решения и, взяв их на вооружение, включиться в работу по внедрению CAN в различных областях техники?
Конечно, начать можно и нужно было раньше, и некоторые наши организации и фирмы начали осваивать эту технологию 5-10 лет назад. Так почему же эта технология все еще малоизвестна и не распространена широко? Что надо сделать, чтобы в этой области наша страна приблизилась к мировому уровню, с чего надо начать, чтобы применять решения на основе технологии CAN?

Бурный рост популярности CAN в мире начался около 7 лет назад. Можно утверждать, что технология CAN вступила в пору зрелости и повсеместного распространения. Рост объективных цифр продаж CAN-узлов показывает, что все компоненты для построения систем уже разработаны и сформирован мировой рынок, жадно потребляющий эти технические решения. Центр активности рынка, потребляющего компоненты с CAN, находится в Европе в немецко-говорящих странах, и там этот рынок уже поделен.

Области применения CAN настолько обширны, а алгоритмические и технические решения оказались настолько удачны, что сегодня освоение технологии занимает важное место в программах обучения высших технических школ в Германии при изучении промышленных сетей, в том числе сетей реального времени. Большая активность в применении CAN наблюдается в скандинавских странах. Восточная Европа, Италия и Франция последние несколько лет формируют свои национальные рынки и активно включаются в игру на рынке CAN-технологий в Европе. Остальной технически развитый мир отстает и это говорит о том, что наши местные разработчики находятся пока на том же уровне, что и японские, американские и азиатские инженеры.

Необходимо обратить внимание на то, что CAN применяется в стратегических областях промышленности, определяющих положение страны в рейтинге промышленно-развитых стран. Это автомобильный и железнодорожный транспорт, авиация, энергетика, промышленная автоматизация, машиностроение. Если в ближайшее время украинские разработчики не предложат решения приемлемого уровня и качества, то формирующийся рынок CAN-технологий будет занят иностранными игроками, уже сегодня присматривающимися к огромному и пустому рынку Украины.

Итак, с чего же следует начать, чтобы не повторять долгий и трудный путь пионеров CAN-технологии, быстро выйти на уже существующий рынок, сделать его еще более активным, более емким и, одновременно, защитить его от иностранных конкурентов?
Для первоначального ознакомления с CAN, чтобы понять что входит в понятие «CAN-технология», и написана эта статья.

CAN-технология сегодня является достаточно сложной, многокомпонентной, быстроразвивающейся современной технологией, на освоение которой уходит несколько человеко-лет в зависимости от глубины ее освоения. Оптимальный алгоритм освоения, правильный выбор информационных ресурсов застрахует вас от ситуации, когда вы выберете компонент, который снимается с производства, спецификацию, которую никто больше не поддерживает или поставщика, который поставляет несертифицированные (а значит «условно работоспособные») программные или аппаратные средства.

CANopen протокол верхнего уровня. Он разработан для стандартизованных встроенных сетей с гибкими конфигурационными возможностями. CANopen создан для применения в сетях управления движущимися механизмами (первое применение - легковые автомобили). Сейчас он находит самые разнообразные области применения, такие как медицинское оборудование, внедорожная техника (дорожные машины, сельхозтехника, погрузчики и проч.), морская электроника, общественный транспорт, автоматизация зданий и т.д.
Стандартизированные профили (устройство, интерфейс и прикладные профили) упрощают работу проектировщика системы по интеграции сети CANopen. Предлагаемые самым широким кругом производителей устройства, электронные компоненты и программные модули широко доступны по разумным ценам. Для проектировщиков системы, очень важно иметь возможность повторно использовать прикладное программное обеспечение. Это требует не только совместимости, но также и способности к взаимозаменяемости устройств. В профилях устройств и интерфейса CANopen такая возможность реализована. CANopen - гибкая и достаточно открытая система, которая позволяет разработчику добавлять свои собственные функциональные возможности в устройства в дополнение к исходным, описанным в профилях.
Протокол CANopen существенно упрощает работу разработчика. Протокол создает стандартизированные коммуникационные объекты в реальном времени (PDO), конфигурацию сети (SDO) и специальные функции (Time Stamp, Sync message, and Emergency message), а также данные для управления сети (Boot_up message, NMT message, and Error Control).
ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ
Области применения CANopen расширяются с каждым годом. Диапазон объектов применения 8 от кофемолки до танка.
Оборудование для кофейни
Поколение кофемашин высокой производительности, разработанных компанией WMF для профессионального использования, не имеет ничего общего с обычными кофеварками, которые мы используем дома.
Это сложный комплекс из бойлера, клапанов, кабелей и встроенной кофемолки. Управляемый двумя 16-битовыми микроконтроллерами, производимыми компанией Infineon, процесс приготовления кофе потребует не больше, чем 20 секунд от обжаренных кофейных зерен до чашки кофе со сливочной пенкой. У каждой кофемашины свыше 40 основных параметров, установленных для приготовления каждого типа напитка.
Блок управления знает даже параметры калибровки дробилки зерен и, таким образом, автоматически задает требуемое количество порошка кофе. Связь между датчиками, исполнительными механизмами и управляющим блоком происходит по шине CANopen.
Лифты CAN используется в управлении лифтами уже многие годы. В 2002 несколько средних компаний решили перейти на протокол высокого уровня (CANopen), чтобы обеспечить совместимость устройств “с простым включением в сеть”, который должен был позволить компаниям изготовителям закупать различные комплектующие из средних компаний, вместо одного крупного производителя. Такой подход позволяет средним компаниям со специализированными продуктами конкурировать с крупными компаниями, которые предлагают полную лифтовую систему. Результатом мер стандартизации является приложение CANopen для лифтов (CiA DSP 417), которое допускает построение любой лифтовой системы с 254 перекрытиями и 8 параллельными лифтами.
Аэрокосмические приложения
CAN используется в качестве базовой сети в самолетах для соединения датчиков состояния полета, навигационных систем и дисплеев компью теров, установленных в кабине. Внутри самолета CAN_сети используются для анализа полетных данных, а также вместе с прибором передачи голосовых команд и видео, обеспечивают связь с экипажем. CAN используется также в космических кораблях, например, в системах управления двигателем, таких как топливные системы, насосы и линейные силовые приводы.
Новые возможности системы управления позволят обеспечить безопасную посадку на любой взлетно_посадочной полосе при практически любых погодных условиях.
CAN_шина со скоростью 1 Мбит/сек используется как базовая сеть для датчиков состояния полета, навигационных систем и персональных компьютеров, которые управляют дисплеями высокого разрешения, установленными в кабине.
Персональные компьютеры, оборудованные интерфейсами CANaerospace, служат также шлюзами между бортовой интернет-сетью и шиной. CAN-протокол для космических приложений, первоначально разработанный компанией Stock Flight Systems, стандартизирован НАСА в 2001 году как общая авиационная шина следующего поколения в рамках программы «Агат» (Agate). Его главные преимущества – надежность, простота и самоидентифицируемый формат сообщения, который обеспечивает возможность взаимодействия систем различных производителей. Протокол CANaerospace был сертифицирован в Чехии и используется как распределенная сеть системы авиационного электронного оборудования в турбо-винтовом одномоторном самолете Ae270. Компания Bombardier Recreational Products Division оснастила свои самолетные двигатели V220 и V300T шиной CANaerospace/Agate на основе запатентованного CAN_протокола верхнего уровня.
Автомобили Автомобильная промышленность использует встроенные сети для управления двигателем, в системах управления дверьми, кондиционирования воздуха, освещения, а также для управления радио_ и телеприемниками. Большинство европейских производителей автомобилей используют сети на основе CAN. Американские и юго_восточные производители автомобилей сравнительно недавно начали использовать CAN во внутренних автомобильных сетях. CAN_сети, используемые для управления двигателем, связывают несколько электронно_управляемых узлов (ECU).
Большинство европейских производителей устанавливает высокоскоростные сети (500 кбит/c) в автомобилях представительского класса. Многие европейские автомобили оборудованы сложными сетями на основе CAN, включающими узлы управления дверьми, стеклоподъемниками, люками, освещением, сиденьями автомобиля. В некоторых автомобилях имеется самодиагностика на основе шины CAN. Различные сети внутри автомобиля соединяются посредством шлюзов. В техническом решении многих автомобильных систем функции, выполняемые шлюзами, управляются с приборной панели. Сама приборная панель может иметь локальную CAN_сеть, соединяющую дисплеи и оконечные устройства.
Военные приложения
Протокол CANopen уже внедрен в некоторых боевых машинах. Ярким примером является модель танка Leopard II производства Krauss -Maffei (Германия). В модели танка Leopard II греческого производства использовано три сети на базе CANopen : одна предназначена для управления внутренней электроникой, две других управляют электроникой орудийной башни. CAN сети также используются в танке Leopard, производимом в Испании. О применение технологии CANopen в автомобилях Mercedes_Benz и Toyota, при автоматизации зданий, в морской электронике и внедорожной технике – читайте в следующих номерах.
На сегодняшний день большое число компаний-изготовителей поставляют на рынок электротехническую продукцию со встроенной поддержкой CANopen. Это и энкодеры фирм Fraba Posita и Kubler, и широкая гамма датчиков серии µCAN-Sensor фирмы INTER CONTROL, и продукция фирм BOSH, Phoenix Contact и многих других. В гамме Telemecanique это и частотные преобразователи ALTIVAR 31, ALTIVAR 71, и недавно появившиеся на украинском рынке преобразователи ALTIVAR 61 для управления насосами и вентиляторами, и, только выводимые на наш рынок, частотные преобразователи ALTIVAR 21 для управления насосами и вентиляторами в зданиях и сервоприводы LEXIUM 05.

Спецификации CANopen и профили можно скачать через Интернет. Ассоциация CAN in Automation распространяет бесплатно некоторые спецификации для свободного использования.
Робототехника
Питерское предприятие "Новая эра" представило общественности “антропоморфных” роботов. По данным компании, это единственный на сегодняшний день российский “гуманоидный” робот. Два таких образца демонстрировались на чемпионате мира по футболу среди роботов RoboCup, который проходил в итальянском городе Падуе.
Последняя модификация робота — двуногая шагающая машина массой 61 кг и высотой 123 см. В системе задействовано 28 сервоприводов мощностью от 16 до 60 Вт, которые управляются специальными микроконтроллерами. Все его микроконтроллеры связаны общей сетью Controller Area Network (CAN).

Состязания по футболу среди роботов возникли как следствие нового этапа развития искусственного интеллекта и робототехники. Пока “футболисты” играют только между собой, но конечной целью проекта является создание в будущем команды, способной на равных состязаться с настоящими живыми спортсменами. Участие в соревнованиях RoboCup очень престижно.
Медицинские приложения
В течение нескольких последних лет сеть CANopen используется в качестве встроенной сети в медицинских приборах и оборудовании. Целые операционные с приборами и оборудованием, операционными столами, мониторами и т.д., соединены в сеть посредством CANopen. Стандартизированные устройства с CANopen, предназначенные для медицинского использования: рентгеновские коллиматоры, столы для пациентов, генераторы рентгеновских лучей и т.д., еще более расширяют использование CAN в медицинском оборудовании. Разработаны кровати для пациентов, оснащенные встроенными сетями CANopen.
Телевидение

 Система голосования игры «Die Chance deines Lebens» («Шанс вашей жизни») канала SAT1 реализована на CAN сети с использованием протокола CANopen. Система разработана компанией Dedicated Solutions (Нидерланды). Система соединяет до 1000 терминалов для голосования. Каждый узел CANopen управляет не более 16 терминалами. Всего 1024 (64 x 16) терминалов объединены в одну сеть CANopen. Системой управляет главный компьютер. Панель интерфейсов PCI/CAN, произведенная Ixxat Automation, соединяет персональный компьютер с сетью. Модули управления терминалами используют микроконтроллер C161 и внешний автономный CAN-контроллер. Внутренняя связь в контроллере терминала реализована на основе последовательной шины RS-485. Сети CANopen установлены в некоторых немецких студиях, например, в SWF (Suedwestfunk) и MDR (Mitteldeutscher Rundfunk).
Морская электроника
В морских приложениях CANopen протокол применяется в системах, управляющих энергоснабжением, работой двигателя и генераторов, насосами, клапанами грузового отсека. Чтобы соответствовать требованиям повышенной безопасности, разработана сеть с автоматическим включением резервных возможностей. CANopen протокол обеспечивает безопасную одновременную работу и взаимодействие нескольких сетей. Некоторые системы автоматизации кораблей созданы с использованием CANopen, поддерживающим достаточно простую интеграцию нескольких подсистем.
Сети, реализованные на основе протокола CANopen, широко применяются там, где требуется устойчивость к отказам. К таким системам можно отнести, например, тревожную сигнализацию на кораблях, системы контроля и управления на транспортных, пассажирских и грузовых судах, контейнеровозах и паромах.

Автомобильная электроника
CAN, самая распространенная сеть для обслуживания трансмиссии и кузовной электроники, принята на «ура» европейскими автомобилестроителями и занимает лидирующее положение в Америке и юго-восточной Азии. Большая тройка ведущих производителей автомобилей – Daimler Chrysler, Ford и General Motors – интенсивно применяют разработки CAN-технологии. Фирма Toyota уже использует CAN в своих автомобилях, вскоре за ней последуют другие японские и корейские автомобилестроители.
Ежегодно несколько миллионов узлов CAN устанавливается в легковых автомобилях. Каждый день в мире производится около 100 000 блоков антиблокировочной тормозной системы ABS (Antilock Braking System), и почти половина из них оборудована CAN-интерфейсом. EPS система фирмы Bosch, которая представляет собой расширенную версию ABS и ASR, также связана, главным образом, с внутренней сетью на основе CAN. В то время как ABS и ASR предотвращают нежелательное продольное скольжение (вдоль направления движения), ESP повышает также поперечную стабильность автомобиля. В 1999 году фирма Bosch выпустила свой миллионный ESP-блок, который впервые появился в 1995 г. на Mercedes-Benz S-класса. Сегодня ESP-блоки установлены на всех автомобилях Mercedes-Benz от А до S класса. ESP-блок также установлен в Пежо 607 и подсоединен через CAN к автоматической коробке передач и блокам управления двигателем.
Компания DaimlerChrysler объявила о создании сенсорно-электронной системы тормозов SBS (Sensortronic Brake System), соединенной при помощи CAN. Преимущества интеллектуального управления и прецизионных систем создают предпосылки для внедрения электромеханических вспомогательных систем вождения. SBS включает в себя датчики антиблокировочной системы тормозов ABS и электронную программу стабильности EPS, так что микроконтроллер системы вычисляет идеальное давление, необходимое для торможения в данной ситуации. Электронно-управляемый гидравлический тормоз запрашивает информацию о скорости колеса, об угле поворота рулевого колеса, поперечном ускорении и вращательном движении. Эти данные передаются через сеть автомобиля, созданную на основе CAN. Исходя из полученных данных, микроконтроллеры вычисляют оптимальное давление торможения для каждого колеса. Работа всех систем - ABS, ESP и ASC (Automatic Slip Control – автоматическое управление скольжением) - улучшается и реакция возникает практически мгновенно. Использование аккумулятора высокого давления означает, что повышение давления тормозов больше не зависит от вакуума, созданного двигателем.
Ежегодный Всемирный Конгресс SAE в Детройте – одно из самых важных событий для инженеров автомобильной промышленности. Тенденции развития автомобильной электроники показывают, что все большее число производителей выбирают CAN-технологии. Увеличивающееся число электронных узлов в транспортных средствах следующего поколения ведет к появлению новых технических проблем, связанных с организацией сети для большого количества узлов, и увеличению пропускной способности обмена информацией между ними. И большинство автомобилестроителей планируют использовать CAN для решения этих задач.