基于CAN總線(xiàn)的遠程監測儀器系統

在現代化生產(chǎn)中，機電設備的狀態(tài)監測和故障診斷技術(shù)越來(lái)越受到重視，但現有的生產(chǎn)過(guò)程監測系統網(wǎng)絡(luò )開(kāi)放性不強、在遠程監測和診斷方面存在許多不足。為了保證設備安全、穩定及協(xié)調的運行，需要對多數關(guān)鍵設備進(jìn)行遠程實(shí)時(shí)監測、集中控制及管理。

　　CAN總線(xiàn)是一種先進(jìn)的串行總線(xiàn)通信技術(shù)，具有多主、高可靠性及實(shí)時(shí)性等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)系統能將各網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)采集的信號實(shí)時(shí)傳輸到監測控制中心，由監測控制中心實(shí)現對設備的遠程監控與管理。

1系統的組成及功能

　　系統采用多功能轉子試驗臺為研究試驗對象，整個(gè)系統由現場(chǎng)實(shí)時(shí)數據采集系統、現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )通信系統及上位機分析與診斷系統(管理信息系統)三大部分組成。根據現場(chǎng)實(shí)際情況，設置相應數量的網(wǎng)絡(luò )數據采集器，對設備的主要工藝參數(如振動(dòng)、溫度、電流、電壓等信號)進(jìn)行在線(xiàn)實(shí)時(shí)采集，將采集獲得的數據通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)系統實(shí)時(shí)傳送給上位分析與診斷系統，由上位機分析與診斷系統實(shí)現對各項工藝參數的分析與處理。

　　每個(gè)網(wǎng)絡(luò )數據采集器，可同時(shí)完成不同設備、不同信號的在線(xiàn)實(shí)時(shí)采集，并通過(guò)CAN總線(xiàn)通信卡與上位機相聯(lián)完成數據的傳輸。上位機主要完成數據處理、實(shí)時(shí)監測、信息管理和存儲及遠程診斷。另外，上位機都配有網(wǎng)卡，通過(guò)集線(xiàn)器(Hub)組成局域網(wǎng)實(shí)現上位機之間的數據共享，便于對設備實(shí)現集中監測及協(xié)同管理。系統框架圖如圖1所示。

　　圖1系統框架圖

2 CAN總線(xiàn)及在系統中的應用

　　2.1 CAN總線(xiàn)的特點(diǎn)

　　CAN總線(xiàn)是一種架構開(kāi)放、廣播式的新一代網(wǎng)絡(luò )通信協(xié)議，稱(chēng)為控制器局域網(wǎng)現場(chǎng)總線(xiàn)，它具有以下特點(diǎn)：

　　(1)CAN總線(xiàn)插卡可以任意插在PC、AT、XT兼容機上，能夠方便地構成分布式監控系統。
　　(2)CAN總線(xiàn)可以多主方式工作，網(wǎng)絡(luò )上任意一個(gè)節點(diǎn)均可以在任意時(shí)刻主動(dòng)向網(wǎng)絡(luò )上其他節點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從，通信靈活。
　　(3)CAN采用點(diǎn)對點(diǎn)、一點(diǎn)對多點(diǎn)及全局廣播等集中方式傳送和接收數據。
　　(4)CAN的直接通信距蒜最遠可達10kn/(5Kbit／s)，通信速率最高可達1Mbit/s(／40m)，理論節點(diǎn)數值為2000個(gè)，實(shí)際可達110個(gè)，傳輸介質(zhì)為雙絞線(xiàn)、同軸電纜或光纖。
　　(5)CAN采用非破壞性總線(xiàn)優(yōu)先仲裁技術(shù)，當兩個(gè)節點(diǎn)同時(shí)向網(wǎng)絡(luò )上發(fā)送信息時(shí)，優(yōu)先級低的節點(diǎn)主動(dòng)停止發(fā)送數據，而優(yōu)先級高的節點(diǎn)可不受影響地繼續發(fā)送信息，按節點(diǎn)類(lèi)型分成不同的優(yōu)先級，可以滿(mǎn)足不同的實(shí)時(shí)要求。

　　總之，作為工業(yè)現場(chǎng)控制的網(wǎng)絡(luò )系統，CAN總線(xiàn)在可靠性和實(shí)時(shí)性方面有很多的獨到特點(diǎn)，接口簡(jiǎn)單，安裝方便，系統成本低，抗干擾能力強，適合于系統分布比較分散且環(huán)境比較惡劣的工業(yè)現場(chǎng)。

　　2.2 CAN總線(xiàn)技術(shù)在系統中的應用

　　系統采用具有CAN總線(xiàn)通信功能的通信卡實(shí)現采集數據的網(wǎng)絡(luò )通信控制。該CAN通信卡采用北京三興達公司的單路CAN非智能usB成品通信卡。該通信卡的CAN總線(xiàn)數據收發(fā)由CAN控制器和CAN收發(fā)器完成，主機通過(guò)USB接口控制電路來(lái)訪(fǎng)問(wèn)CAN控制器，最終完成數據通信。其提供了Windows和DOS下的驅動(dòng)程序，CAN總線(xiàn)接口為DB9針式插座，符合CIA標準，通信穩定可靠，適合用來(lái)完成系統上位機和數據采集器之間的CAN通信功能。為減少反射，增加系統的可靠性，在CAN總線(xiàn)的兩端需要安裝終端匹配電阻，如圖2所示。終端匹配電阻的值應該等于傳輸電纜的特性阻抗，雙絞線(xiàn)的特性阻抗為120Ω。

圖2 CAN總線(xiàn)的拓撲結構