CAN總線(xiàn)及其在制造業(yè)信息化中的應用

前言

制造業(yè)是國民經(jīng)濟持續發(fā)展的基礎，是工業(yè)化、現代化建設的動(dòng)力源，是國際競爭的重要領(lǐng)域，是信息化促進(jìn)工業(yè)化的主要行業(yè)。信息化是當今世界制造業(yè)發(fā)展的重要的支撐技術(shù)，制造業(yè)信息化技術(shù)將信息技術(shù)、計算機技術(shù)、現代管理技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)與制造技術(shù)相結合，帶動(dòng)產(chǎn)品設計方法和工具的創(chuàng )新，實(shí)現產(chǎn)品設計制造和企業(yè)管理的信息化、生產(chǎn)過(guò)程控制的智能化、制造裝備的數字化。經(jīng)過(guò)近年來(lái)的努力，制造業(yè)信息化已經(jīng)取得了很大的發(fā)展，尤其是CAD/CAM、REP、MES等技術(shù)的應用，促進(jìn)了企業(yè)的發(fā)展和效益的提高。但是，這些技術(shù)的發(fā)展，必須有底層信息的支撐，即必須重視底層信息化技術(shù)的發(fā)展。作為現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)之一的CAN總線(xiàn)技術(shù)的數據通信具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性等特點(diǎn)，可完成現場(chǎng)自動(dòng)化設備之間的多點(diǎn)數字通信，實(shí)現底層設備與外界的信息交換，適用于底層自動(dòng)化。

1 CAN總線(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)

CAN總線(xiàn)是一種有效地支持分布式控制和實(shí)時(shí)控制的串行通訊網(wǎng)絡(luò )。與一般的通信總線(xiàn)相比，CAN總線(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)可概括如下：

1.1 CAN為多主方式工作，網(wǎng)絡(luò )上任一節點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò )上其他節點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從。

1.2 在報文標識符上，CAN總線(xiàn)上的節點(diǎn)分成不同的優(yōu)先級，可滿(mǎn)足不同的實(shí)時(shí)要求，優(yōu)先級高的數據最多可在134μs內得到傳輸。

1.3 CAN采用非破壞總線(xiàn)仲裁技術(shù)。當多個(gè)節點(diǎn)同時(shí)向總線(xiàn)發(fā)送信息出現沖突時(shí)，優(yōu)先級較低的節點(diǎn)會(huì )主動(dòng)退出發(fā)送，而最高優(yōu)先級的節點(diǎn)可繼續傳輸數據，從而節省了總線(xiàn)沖突仲裁時(shí)間。在網(wǎng)絡(luò )負載很重的情況下，也不會(huì )出現網(wǎng)絡(luò )癱瘓問(wèn)題。

1.4 CAN節點(diǎn)只需要通過(guò)對報文的標識符濾波即可實(shí)現點(diǎn)對點(diǎn)，一點(diǎn)對多點(diǎn)及全局廣播等幾種方式發(fā)送和接收數據。

1.5 CAN的直接通信距離最遠可達10km(速率在5kbps以下)；通信速率最高可達1Mbps(此時(shí)通信距離最長(cháng)為40m)。

1.6 CAN上的節點(diǎn)數主要取決于總線(xiàn)驅動(dòng)電路，目前可達110個(gè)。在標準幀報文標識符有11位，而在擴展幀的報文標識符(29位)的個(gè)數幾乎不受限制。

1.7 報文采用短幀結構，傳輸時(shí)間短，受干擾概率低，保證了數據出錯率低。

1.8 CAN通信介質(zhì)可為雙絞線(xiàn)、同軸電纜或光纖，選擇靈活。

1.9 CAN節點(diǎn)在錯誤嚴重的情況下具有自動(dòng)關(guān)閉輸出功能，以使總線(xiàn)上的其它節點(diǎn)的操作不受影響。

1.10 CAN總線(xiàn)具有較高的性能價(jià)格比，它結構簡(jiǎn)單，器件容易購置，每個(gè)節點(diǎn)的價(jià)格較低，而且開(kāi)發(fā)容易。

由于CAN總線(xiàn)的諸多優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)受到各界的高度重視，被公認為最有前途的現場(chǎng)總線(xiàn)之一。本文以智能渣漿泵軸溫及液位監測報警系統為例，介紹CAN總線(xiàn)的應用。

2 基于CAN總線(xiàn)的智能渣漿泵軸溫及液位監測報警系統

2.1 系統總體結構

本系統總體結構如圖1所示。上位機是整個(gè)系統的中心，負責接收各個(gè)節點(diǎn)發(fā)來(lái)的數據，便于工作人員實(shí)時(shí)監控前端工作數據情況，發(fā)生意外時(shí)能及時(shí)處理。同時(shí)，節點(diǎn)也可以接收CAN總線(xiàn)上的數據。

圖1 系統總體結構圖

2.2 節點(diǎn)

節點(diǎn)結構如圖2所示。微控制器采用Freescale公司生產(chǎn)的帶有CAN總線(xiàn)通信接口的微控制器MC9S12DP256。MC9S12DP256具有豐富的功能模塊，接口非常方便，而且功耗低，抗干擾能力強，可以方便的實(shí)現CAN總線(xiàn)的通信協(xié)議，通過(guò)CAN總線(xiàn)與帶CAN總線(xiàn)接口卡的上位機通信，構成測控網(wǎng)絡(luò )。

圖2 節點(diǎn)結構圖

數字式溫度傳感器DS18820具有獨特的單總線(xiàn)接口方式，即允許在一條信號線(xiàn)上掛接數十甚至上百個(gè)數字式傳感器，具有系統成本低、體積小、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。