Cos’è un sistema di comunicazione dati?
Comunicazione CAN-Bus
Il bus Controller Area Network (CAN) è un bus di protocollo di comunicazione seriale progettato per applicazioni in tempo reale-. Può trasmettere segnali su doppino intrecciato, cavo coassiale o fibra ottica. Grazie alle sue elevate prestazioni, all'elevata affidabilità e alle eccellenti caratteristiche in tempo reale-, CAN è diventato uno dei bus di campo più ampiamente adottati in tutto il mondo.
Attualmente, la comunicazione CAN è il metodo di comunicazione principale per i sistemi di gestione delle batterie (BMS). È fortemente raccomandato e ampiamente implementato nei sistemi di gestione delle batterie dei veicoli elettrici standardizzati sia nazionali che internazionali, nonché nei pertinenti standard di comunicazione dei dati BMS sia in Cina che all'estero. Altri protocolli bus come RS232 e RS485 vengono utilizzati anche in alcune comunicazioni interne dei sistemi di gestione delle batterie.
Comunicazione FlexRay
Con lo sviluppo della tecnologia elettronica automobilistica, le soluzioni CAN tradizionali non sono più la scelta ottimale per affrontare le sfide della comunicazione dei veicoli. Nel settembre 2000, BMW e DaimlerChrysler, in collaborazione con Philips e Motorola, hanno fondato il FlexRay Consortium per sviluppare un nuovo protocollo di comunicazione e promuoverlo come protocollo standard per sistemi avanzati di propulsione, telaio e X-by-wire.
FlexRay offre numerose funzionalità avanzate che i tradizionali-protocolli di comunicazione a bordo dei veicoli (come CAN) non possiedono, tra cui:
(1) Velocità di trasmissione elevataCiascun canale FlexRay fornisce una larghezza di banda di 10 Mbit/s. FlexRay può funzionare come un sistema a canale singolo- (simile alle reti CAN o LIN) o come sistema a canale doppio-, raggiungendo una velocità di trasmissione massima di 20 Mbit/s, 20 volte superiore alla velocità operativa massima delle attuali reti CAN.
(2) Base temporale sincronizzataIl metodo di accesso utilizzato in FlexRay si basa su una base temporale globale sincronizzata. Questa base temporale viene stabilita e sincronizzata automaticamente dal protocollo e resa disponibile al livello applicativo. La precisione della base temporale varia tra 0,5 μs e 10 μs (tipicamente 1–2 μs).
(3) Comunicazione deterministicaLa comunicazione in FlexRay avviene in cicli di comunicazione che si ripetono continuamente, in cui a messaggi specifici vengono assegnate posizioni fisse (slot) all'interno del ciclo. In questo modo il destinatario sa in anticipo esattamente quando arriverà un messaggio. Lo scostamento temporale dei tempi di arrivo dei messaggi è estremamente ridotto e garantito.
(4) Elevata tolleranza ai guastiForti capacità di rilevamento degli errori e funzionamento-tollerante agli errori sono considerazioni chiave sulla progettazione di FlexRay.
- Il bus FlexRay utilizza Cyclic Redundancy Check (CRC) per rilevare errori di comunicazione.
- Attraverso la comunicazione a doppio-canale, FlexRay fornisce ridondanza.
- Utilizzando una topologia a stella (o una combinazione di topologie), FlexRay può soddisfare completamente i requisiti di tolleranza ai guasti-, inclusa la mitigazione dei guasti a-punto-singolo.
(5) FlessibilitàLa flessibilità è stata un obiettivo primario durante lo sviluppo del protocollo FlexRay e si riflette nei seguenti aspetti: ① Supporta più topologie di rete (bus, stella, ibrida, ecc.); ② Lunghezza del messaggio configurabile: la lunghezza del carico utile dei dati può essere adattata ai requisiti specifici dell'applicazione di controllo; ③ Quando si utilizza la topologia a doppio-canale, i due canali possono essere utilizzati per aumentare la larghezza di banda o per trasmettere messaggi ridondanti; ④ La durata dei segmenti statici e dinamici all'interno di un ciclo di comunicazione può essere regolata in base alle esigenze specifiche dell'applicazione.
Ethernet industriale
Industrial Ethernet è una rete completamente aperta e completamente digitale. I dispositivi di diversi produttori possono facilmente ottenere l'interconnessione rispettando i protocolli di rete standard. Offre velocità di comunicazione elevate: Fast Ethernet con velocità di 10 Mbit/s e 100 Mbit/s è stata ampiamente adottata, la tecnologia Gigabit Ethernet è maturata e Ethernet 10 Gbit/s è oggetto di ricerca e sviluppo attivi. Queste velocità sono significativamente più elevate di quelle degli attuali bus di campo.
Tuttavia, l’Ethernet industriale deve ancora affrontare diverse sfide, tra cui principalmente:
- Prestazioni in tempo reale-
- Adattabilità e affidabilità in ambienti industriali difficili
- Disponibilità di protocolli a livello-applicativo adatti al controllo dell'automazione industriale
Con il continuo progresso della tecnologia Ethernet industriale, i problemi sopra menzionati vengono progressivamente risolti.
