CAN總線(xiàn)在綜合錄井儀中的應用

一、現場(chǎng)總線(xiàn)

　　綜合錄井儀是一種典型的分散式數據采集系統，目前國內外普遍裝備的這種系統都由現場(chǎng)傳感器、接口與計算機設備組成。由于現場(chǎng)傳感器與接口之間傳輸的是模擬信號，每一個(gè)現場(chǎng)傳感器都必須通過(guò)一根線(xiàn)纜輸出模擬信號，這樣就有多達20根以上的信號電纜，從而使現場(chǎng)傳感器線(xiàn)纜的架設、維護、檢修在綜合錄井儀進(jìn)場(chǎng)/撤場(chǎng)的工作量中占有相當大的比重。

　　很久以來(lái)，一直有人在努力希望能解決上述問(wèn)題。國外如Honeywell公司推出了Hart協(xié)議傳感器，在4~20mA輸出信號上添加了數字信號。國內也曾經(jīng)利用一根多芯的總電纜來(lái)傳輸20多個(gè)模擬信號。目前，由于在傳感器數字化技術(shù)及串行數字通訊技術(shù)方面的不斷發(fā)展，使得上述問(wèn)題有了妥善的解決方法。這就是現場(chǎng)總線(xiàn)，其含義是能滿(mǎn)足設備層需求造價(jià)低廉又能經(jīng)受住工業(yè)現場(chǎng)嚴酷環(huán)境的通信系統。

　　對現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )結構及標準的研究和制定工作始于80年代中期，采用現場(chǎng)總線(xiàn)的最大優(yōu)點(diǎn)是可以大幅度減少連接線(xiàn)纜，降低維護及安裝費用；由于采用串行數字通訊，現場(chǎng)總線(xiàn)在傳遞多個(gè)過(guò)程變量的同時(shí)，還能傳送必要的診斷信息，這樣就為發(fā)展遠程維護提供了可能。

　　現場(chǎng)總線(xiàn)的研究與應用已經(jīng)成為一個(gè)熱點(diǎn)，目前，存在著(zhù)多個(gè)現場(chǎng)總線(xiàn)規范，尚未出現一個(gè)統一標準，但這并不妨礙現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的發(fā)展。在越來(lái)越多的工業(yè)測控系統中得到推廣應用。

　　本文重點(diǎn)介紹現場(chǎng)總線(xiàn)中的一種，-----控制器局域網(wǎng)CAN（CONTROLLER AERA NETWORK）。

　　與傳統的RS232總線(xiàn)相比，CAN總線(xiàn)是一個(gè)高速、長(cháng)距離、經(jīng)濟、抗干擾性強的網(wǎng)絡(luò )系統，特別適合于實(shí)時(shí)系統，其易用性和低成本使得CAN在各領(lǐng)域得到廣泛應用。CAN總線(xiàn)是德國B(niǎo)OSCH公司從80年代初為解決汽車(chē)中眾多控制與測試儀器間的數據交換而開(kāi)發(fā)的一種串行數據通信協(xié)議。這是一種多主總線(xiàn)，因其具有高度的可靠性和數據完整性，無(wú)論是高速網(wǎng)絡(luò )還是低成本各節點(diǎn)系統，都大有用武之地。通信速率可達1Mbps。

　　CAN總線(xiàn)的最大特點(diǎn)是廢除了傳統的節點(diǎn)地址編碼，而代之以對數據塊進(jìn)行編碼。采用這種編碼方式的優(yōu)點(diǎn)是可以使網(wǎng)絡(luò )內的節點(diǎn)數在理論上不受限制。另一優(yōu)點(diǎn)是可以讓不同的節點(diǎn)同時(shí)接收到相同的數據。

　　CAN總線(xiàn)上傳輸的數據長(cháng)度為8個(gè)字節，能滿(mǎn)足傳輸控制命令。工作狀態(tài)及傳感器數據的需要。

　　CAN主要特點(diǎn)：

　　多主總線(xiàn)結構。

　　依據優(yōu)先權進(jìn)行總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)。

　　優(yōu)先權的仲裁對總線(xiàn)上的數據無(wú)破壞。

　　配置靈活，增加節點(diǎn)非常容易。

　　錯誤檢測功能強大，能區分暫時(shí)錯誤和永久性錯誤，故障節點(diǎn)能自動(dòng)關(guān)閉。

　　在CAN的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，philip公司作了有力的支持，該公司提供的CAN總線(xiàn)通信接口器件中集成了CAN協(xié)議的物理層和數據聯(lián)絡(luò )層的功能。

　　由于CAN為越來(lái)越多的不同領(lǐng)域采用，也隨著(zhù)CAN器件供貨商的增多，導致要求各種應用領(lǐng)域通信格式的標準化。Philip semi-cONductar制定并發(fā)布了CAN技術(shù)規范（VERSION2.0）；國際標準委員會(huì )ISO也正式頒布了CAN國際標準ISO-118898。

二、CAN與RS-232

　　CAN是真正意義上總線(xiàn)式網(wǎng)絡(luò )，二根信號線(xiàn)CAN-H及CAN-L用來(lái)傳送差分電平信號（這類(lèi)似于RS-485對RS-232的改進(jìn)）所以在傳輸距離、速率及抗干擾方都要更出色。

　　CAN節點(diǎn)（NODE）指總線(xiàn)上可以編址的設備。上文已指出CAN采用數據塊編碼方式。CAN數據塊的標識碼最多可由29位二進(jìn)制數組成（CAN2、OB，CAN2.0A為11位）

　　CAN是多主總線(xiàn)系統。通俗地講就是許可每一個(gè)節點(diǎn)都可以成為講者。那么當系統內同時(shí)有二個(gè)以上講者時(shí)，如何避免出現信息沖突呢？

　　CAN采用對數據塊編碼逐位仲裁的方法來(lái)解決沖突。當總線(xiàn)空閑時(shí)，試圖成為講者的器件向總線(xiàn)逐位發(fā)送數據塊編碼，同時(shí)接收總線(xiàn)上的信息，所收非所發(fā)時(shí)，該節點(diǎn)試圖成為講者的企圖失敗，應停止發(fā)送，轉而監視總線(xiàn)狀態(tài)，當總線(xiàn)出現空閑時(shí)，再開(kāi)始發(fā)送。

　　CAN總線(xiàn)上的信息為兩種互補邏輯值之一：顯性電平（Daminant）表示邏輯0；而隱性電平（Recessive）表示邏輯1。同時(shí)向總線(xiàn)上發(fā)送顯性位和隱性位，總線(xiàn)上只能為顯性電平。由此可見(jiàn)當多節點(diǎn)同時(shí)發(fā)送數據塊編碼時(shí)，在某一位上率先出現顯性位的節點(diǎn)，將獲得總線(xiàn)控制權，可以繼續發(fā)送數據，直至結束。獲得通訊權后，通常情況下一次可發(fā)送8個(gè)字節的數據。

　　通過(guò)以上介紹，可以看出節點(diǎn)在總線(xiàn)通信中的優(yōu)先權是由數據塊編碼決定的---編碼越小，優(yōu)先權越高。

　　設備層總是要與上一層次的計算機相聯(lián)系的。CAN總線(xiàn)通過(guò)CAN適配卡與采集計算機相聯(lián)。CAN適配卡插在PCI總線(xiàn)上，每塊適配卡具有二個(gè)CAN口，每個(gè)CAN口最多配接64個(gè)節點(diǎn)。

　　CAN總線(xiàn)長(cháng)度與通訊速率相關(guān)

位速率 最大總線(xiàn)長(cháng)度

1Mbps 40m

125Kbps 500m

5Kbps 10km

可根據設備層的需求，綜合考慮。一般情況下選125Kbps，可兼顧距離和速率。

三、CAN總線(xiàn)型防爆傳感器系統與SK-2000F綜合錄井儀

　　神開(kāi)科技工程公司開(kāi)發(fā)了CAN總線(xiàn)型防爆傳感器系統，并已和SK-2000F綜合錄井儀聯(lián)通，通過(guò)了現場(chǎng)實(shí)地試驗并成功投入商業(yè)運行。

主要特點(diǎn)為：

　　符合CAN規范，并提供各種附件如CAN主干電纜，CAN分支電纜及T形接頭等。

　　各型傳感器符合防爆要求。

　　極大地方便了現場(chǎng)的安裝，應用與檢查維護錄井儀器。

　　現在使用的SK系列儀器均可通過(guò)改造各種傳感器升級成為CAN總線(xiàn)型。