CANBus Based Industrial Sensor Network Design

Abstract

Within the scope of Industry 4.0, the electronic systems used in the field must collect data and transfer them to the control units to be evaluated in order for the complex systems to work properly. These data, which are evaluated in the control units, enable the system to be used more efficiently and to have a long life. In addition, data collected from the field by means of devices can be evaluated for different applications by using a communication protocol designed for industry, widely used and standardized. The main purpose of this study is to design a sensor network in order to detect operator misuse encountered in overhead cranes used for carrying loads in the industrial area. In this study, CANbus communication infrastructure and CANopen protocol are used for the designed sensor network. A system for overhead cranes has been designed and the general structure of the system is shown. With the realized sensor network, from a overhead crane used in the industrial area; The weight of the transported load, the oscillation of the crane rope during transportation and the rope length data were recorded and stored in an electronic environment. The electronic storage of the data received from the sensor network has enabled long-term and continuous recording. By using the recorded data, reporting and statistical studies can be done about crane usage. In this study, the wrong practices of crane operators were determined by evaluating data obtained from the application.

Keywords

• IoT
• Sensor Networks
• Industry 4.0
• CANBus

CANBUS TEMELLİ ENDÜSTRİYEL SENSÖR AĞI TASARIMI

Abstract

Endüstri 4.0 kapsamında sahada kullanılan elektronik sistemlerin veri toplayarak, bu verileri kompleks sistemlerin sağlıklı çalışabilmesi için değerlendirilmek üzere kontrol birimlerine aktarması gerekmektedir. Kontrol birimlerinde değerlendirilen bu veriler sistemin daha verimli kullanılmasını ve uzun ömürlü olmasını sağlamaktadır. Ayrıca endüstriye yönelik tasarlanmış, yaygın olarak kullanılan ve standartları belirlenmiş bir haberleşme protokolü kullanılarak, cihazlar vasıtasıyla sahadan toplanan veriler farklı uygulamalar için değerlendirilebilir. Endüstriyel alanda yük taşımak için kullanılan gezer köprülü tavan vinçlerinde karşılaşılan operatör kaynaklı yanlış kullanımların tespit edilmesi amacıyla bir sensör ağı tasarlanması, bu çalışmanın esas amacıdır. Bu çalışmada, tasarlanan sensor ağı için CANBus haberleşme altyapısı ve CANopen protokolü kullanılmıştır. Gezer köprülü tavan vinçleri için bir sistem tasarlanmış olup, sistemin genel yapısı gösterilmiştir. Gerçekleştirilen sensör ağı ile endüstriyel alanda kullanılan bir gezer köprülü tavan vincinden; taşınan yükün ağırlığı, taşıma sırasında vinç halatında oluşan salınım ve halat uzunluğu verileri alınmış ve elektronik ortamda depolanmıştır. Sensör ağından alınan verilerin elektronik ortamda depolanması uzun süreli ve sürekli kayıt işleminin yapılabilmesini sağlamıştır. Kaydedilen veriler kullanılarak vinç kullanımı hakkında raporlama ve istatistik çalışmaları yapılabilir. Bu çalışmada, saha uygulamasından elde edilen veriler değerlendirilerek vinç operatörlerinin yanlış uygulamaları tespit edilmiştir.

Keywords

• IoT
• Sensör Ağları
• Endüstri 4.0
• CANBus

Thanks

Bu çalışma, 2. Uluslararası Dijital Endüstri Uygulamaları ve Dijital Dönüşüm Yönetimi Sempozyumu'nda (ISIDIMDT'21) sunulmuştur, 10-11 Kasım 2021, Konya/Türkiye.

References

1. Ayaz, S., “Asansör kumanda sistemlerinde CANopen haberleşme protokolü”, Asansör Sempozyumu, İzmir, 281 – 287, 25-27 Eylül 2014.
2. Bosch, R., 1991, “CAN Specification Version 2.0”, Stuttgart.
3. Cena G., Valenzano A., 2003, "A protocol for automatic node discovery in CANopen networks," IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 50, no. 3, 419 – 430.
4. CiA, 2002, "DS301, Version 4.02, CANopen Application Layer and Communication Profile".
5. CiA, 2002, "DSP305, Version 1.1," Layer Setting Services and Protocol (LSS).
6. Kalaycı, O., 2015, “PLC ve CAN-Bus haberleşme protokolü ile bina enerji yönetimi uygulaması”, Yüksek Lisans Tezi, Sakarya Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Sakarya.
7. Kara, İ., 2009, “CAN haberleşme protokolünün incelenmesi ve bir sıcaklık kontrol sistemine uygulanması”, Yüksek Lisans Tezi, Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
8. https://srscert.com/kopru-vinc, ziyaret tarihi Eylül 25, 2021.

9. The Basics of CANopen, 2013, “http://www.ni.com/white-paper/14162/en/”.
10. Özer, T., Kıvrak, S., Oğuz, Y., Kelek, M.M., 2020, ”STM32f103C8 Mikroişlemcisi kullanılarak CAN haberleşme Protokolü tabanlı veri toplama sistemi uygulaması”, Afyon Kocatepe University International Journal of Engineering Technology and Applied Sciences, Vol3(1), 27 – 31.
11. Yavuz E., Sarıca S., Artuç E., 2018, “Kontrol Alan Ağları İçin Optimum Mesaj Zamanlaması”, Journal of Engineering Sciences and Design, 6(3), 532 – 540.
12. Thames L., Schaefer D., 2016, “Software-Defined Cloud Manufacturing for Industry 4.0”, Procedia CIRP, 52, 12 – 17.
13. Görçün Ö. F., 2016, “Dördüncü Endüstri Devrimi: Endüstri 4.0”, Beta Basım Yayıncılık, İstanbul, 142.
14. Schwab K., 2017, “Dördüncü Sanayi Devrimi”, Optimist Yayıncılık, İstanbul, 18.
15. Anwar K., Khan Z.A., “Dynamic Priority Based Message Scheduling on Controller Area Network”, Proceedings of International Conference on Electrical Engineering (ICEE’07), Lahor, Pakistan, 1–6, Nisan 2007.
16. Mazran E., Amat A. B., Siva K. S., 2009, “Controller Area Network (CAN) Application in Security System”, World Academy of Science, Engineering and Technology, 59.
17. Özdemir, A., 2004, “Endüstriyel ağlar (CANbus üzerine bir uygulama: CANUP)”, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
18. Mısır, O., 2015, “Kontrol alan ağı protokollü sensör ağı ile silo kontrol dolum sistemi”, Yüksek Lisans Tezi, Fırat Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.