摘要：CAN總線是一種局域網(wǎng)，主要應(yīng)用于工控領(lǐng)域。特點是：多主工作方式，優(yōu)先級傳輸，地址過濾，遠(yuǎn)距離傳輸，兼容性好，錯誤檢測能力強，接口應(yīng)用靈活。RSM智能分布式系統(tǒng)是CAN總線的一種典型應(yīng)用。RSM系統(tǒng)由上位機（工控機）、ISA總線CAN通信卡（也可是PCI總線或PC104 CAN總線通信卡）、RSM智能模塊、傳輸媒體和相關(guān)軟件構(gòu)成。其網(wǎng)絡(luò)節(jié)點可以是傳感器、執(zhí)行器、PC、PLC、智能模塊等，可以在幾米到10公里的范圍內(nèi)進(jìn)行通信。RSM智能模塊主要是輸入輸出模塊，帶有功能很強底層軟件，在模塊實現(xiàn)中可以實現(xiàn)對所有的輸入處理、輸出增量的計算、輸出，保證了調(diào)節(jié)回路的安全性、可靠性。CAN總線還能與以太網(wǎng)連接，與微機進(jìn)行通信，這樣大大擴大了CAN總線的應(yīng)用范圍。 1、 CAN總線技術(shù)特點 CAN即控制器局域網(wǎng)絡(luò)屬于現(xiàn)場總線范疇，它是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。它的應(yīng)用范圍遍及高速網(wǎng)絡(luò)到低成本的多線路網(wǎng)絡(luò)。CAN具有以下特點： （1）多主依據(jù)優(yōu)先級進(jìn)行總線訪問 CAN為多主工作方式，網(wǎng)上任意一個節(jié)點可向網(wǎng)上其它節(jié)點發(fā)送信息。CAN通信的實時性強，它的節(jié)點信息分成不同的優(yōu)先級，能保證高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)實時得到傳輸。 （2） 無破壞的依據(jù)優(yōu)先權(quán)的仲裁 CAN在多個節(jié)點同時訪問總線時，優(yōu)先級較低的節(jié)點會主動退出數(shù)據(jù)發(fā)送，優(yōu)先級高的節(jié)點可以優(yōu)先發(fā)送。此后，被延后的低優(yōu)先級節(jié)點重新進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，幾乎不受影響。這樣，即使在負(fù)載很重的情況下也能保證系統(tǒng)不會癱瘓。 （3）借助接收濾波的多地址幀傳送 CAN通信控制器芯片一般都具有地址過濾的功能。通過地址過濾可以減輕微控制器的負(fù)擔(dān)。該過濾可以針對一組，而不是單一地址進(jìn)行過濾。 （4） 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請求 CAN的直接通信距離（不借助任何中繼器）最長可達(dá)10公里，CAN通信協(xié)議約定4種不同的幀格式，其中“遠(yuǎn)程幀”用于申請數(shù)據(jù)。 （5） 全系統(tǒng)數(shù)據(jù)兼容，系統(tǒng)靈活 在CAN系統(tǒng)中，一個CAN節(jié)點不使用有關(guān)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的任何信息。節(jié)點可在不要求所有節(jié)點及其應(yīng)用層改變?nèi)魏诬浖蛴布那闆r下接于CAN網(wǎng)絡(luò)。在CAN網(wǎng)絡(luò)中，可以確保報文同時被所有節(jié)或沒有節(jié)點接收。 （6） 嚴(yán)格的錯誤檢測和界定 CAN通信協(xié)議的數(shù)據(jù)鏈層的MAC子層具有嚴(yán)格的錯誤檢測功能，包括監(jiān)測、填充規(guī)則校驗、幀校驗、15位循環(huán)冗余碼校驗和應(yīng)答校驗。CAN的節(jié)點有能力識別永久性故障和暫時擾動，對錯誤作出界定，對已損報文進(jìn)行標(biāo)注并自動最新發(fā)送，對故障計數(shù)大于255對時，節(jié)點被“脫離總線”，脫離總線狀態(tài)不允許對總線有任何影響。 （7） 通信介質(zhì)多樣，組合方式靈活 CAN的通信媒體較多，有雙絞線、同軸電纜、光纜、無線等，在實際系統(tǒng)的應(yīng)用中，往往靈活地混合使用。 2、 CAN技術(shù)應(yīng)用 基于SDS協(xié)議的RSM系統(tǒng)是一種CAN總線的典型應(yīng)用方法。SDS是1994年由Honeywell Micro Switch部推出的基于CAN總線標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用層協(xié)議。為了提高速度和可靠性，該協(xié)議提供一針對設(shè)備級控制的報文和服務(wù)，可以是掃描、主－從或?qū)Φ韧ㄐ?。SDS的標(biāo)準(zhǔn)已公開發(fā)布，不收費。其網(wǎng)絡(luò)節(jié)點可以是傳感器、執(zhí)行器、PC、PLC、智能模塊等，最大網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)為64。SDS主要用于過程檢測、控制。 （1）RSM智能分布式系統(tǒng)的組成 RSM系統(tǒng)是由上位機（工控機）、ISA總線CAN通信卡（也可是PCI總線或PC104 CAN總線通信卡）、RSM智能模塊、傳輸媒體和相關(guān)軟件構(gòu)成。（圖略） 上位機最多可配備4臺，互為冗余；智能模塊1～60個，在無擴展中繼器的情況下節(jié)點總數(shù)不超過64點。通信距離和通信速度符合CAN規(guī)定的通信規(guī)范，64個節(jié)點可以分布在幾米到10公里的范圍內(nèi)。通信協(xié)議符合ISO11898 2.0A和SDS。 （2） RSM智能模塊 RSM智能模塊共有14種，采用電源、CPU、現(xiàn)場信號和通信口相隔離的設(shè)計，輸入端設(shè)有無源低通濾波器，用來抑制共模、差模干擾。通過看門狗電路設(shè)計，實現(xiàn)模塊的自恢復(fù)功能。 ① RSM智能模塊絕大部分是輸入輸出模塊，調(diào)節(jié)回路可以跨模塊構(gòu)成回路。但考慮到調(diào)節(jié)回路的安全性，為了保證在上位機或整個通信線路出現(xiàn)重大故障時回路調(diào)節(jié)不受到影響，設(shè)計了隔離型、自整定PID、隔離型溫度調(diào)節(jié)器（RSM22）等帶有調(diào)節(jié)功能的模塊。它們的輸入輸出通道都在同一模塊中，其底層軟件的功能很強，所有的輸入處理、輸出增量的計算（多種調(diào)節(jié)算法可通過組態(tài)選擇，包括串級調(diào)節(jié)）、輸出，包括自整定模塊的過程參數(shù)的自動識別都在本模塊實現(xiàn)，保證了調(diào)節(jié)回路的安全性、可靠性。 　 ＊ RSM22是一個帶有CAN通信功能的隔離型溫度控制器。該模塊有一個溫度輸入點，可以是熱電阻或熱電偶信號，有一個模擬量輸出，供輸出執(zhí)行機構(gòu)是連續(xù)變化的控制系統(tǒng)使用；還有一路是數(shù)字量輸出，供執(zhí)行機構(gòu)是兩位式的控制系統(tǒng)使用。這個控制器可以單獨作為一個溫度調(diào)節(jié)器使用，因為在該模塊上提供了完整的顯示窗口和操作按鈕，可以設(shè)定溫度設(shè)定值、PID調(diào)節(jié)參數(shù)等運行過程中可以顯示被控對象的PV值和SV值。該模塊可以根據(jù)設(shè)定的5個溫度控制點及升、降溫的時間實現(xiàn)自動調(diào)溫。 RSM22帶有CAN通信口，可以與微機實現(xiàn)通信，也就是說RSM22可以接入SDS。通過上位機實現(xiàn)對多個節(jié)點上的溫控模塊設(shè)定各溫度控制點的溫度、PID值、升溫時間等控制參數(shù)，并實時記錄各溫控器的溫度測量值，描繪出溫度變化曲線，供實驗人員對實驗結(jié)果進(jìn)行分析。 ② 總線或通信協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊，如RS232/CAN、485/CAN、并口信號/CAN等轉(zhuǎn)換模塊。目的是將便攜式計算機、帶有串/并口通信的在線儀器和設(shè)備與CAN總線連接。 ③ 中繼器模塊包括直通型和擴展型兩種。前者用于延長通信距離，后者用于擴展RSM系統(tǒng)的規(guī)模。RSM智能模塊配置充分從硬件角度考慮了用戶系統(tǒng)集成的靈活性和方便程度。用戶可以根據(jù)自己的需要構(gòu)成各種與現(xiàn)場布局、符合過程測控要求的網(wǎng)絡(luò)，也可以通過各種通信轉(zhuǎn)換模塊將各種儀器設(shè)備方便地接入網(wǎng)絡(luò)。 由于CAN總線通信距離比較長，對環(huán)境適應(yīng)能力比較強，同時價格比較低廉，因此，CAN總線應(yīng)用面比較廣泛。除一般的過程測控、加工業(yè)的控制、汽車測試線等方面使用SDS系統(tǒng)，有的野外項目也使用CAN總線SDS系統(tǒng)，如江河湖泊水位檢測，大型糧食儲備庫的糧情監(jiān)測等，但野外的使用無論是供電線路還是通信線路（光纜除外），都必須在系統(tǒng)中接入“防雷模塊”。 （3） RSM智能分布式系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) 軟件部分包括模塊中的固化軟件、通信驅(qū)動軟件、DDE服務(wù)器、組態(tài)軟件、MMI軟件和用戶軟件。 ① 模塊固化軟件 智能模塊的軟件由一個實時內(nèi)核通過對多個任務(wù)的調(diào)度周期性地完成輸入輸出功能、數(shù)據(jù)處理、通信、輸出和檢錯等工作。模塊和上位機之間的通信一般采用廣播方式，也可由上位機逐個掃描，這些都可以通過系統(tǒng)組態(tài)來指定。軟件的本身被固化，以保證在干擾較強的環(huán)境中使用。 ② 通信驅(qū)動 是指被DDE服務(wù)器或用戶軟件調(diào)用的動態(tài)鏈接庫。 ③ DDE服務(wù)器 該程序能夠接收來自組態(tài)軟件、MMI軟件以及用戶軟件的DDE連接請求，并將該請求傳遞給通信驅(qū)動部分，由通信驅(qū)動轉(zhuǎn)換為通信信號通過傳輸媒體傳遞給智能模塊的固化軟件。并將模塊的應(yīng)答作為DDE操作的結(jié)果返回給上述的組態(tài)軟件、MMI軟件及用戶軟件。 ④ MMI軟件 建立人機信息聯(lián)系，并且能將各節(jié)點傳輸來的數(shù)據(jù)以圖形、圖表或其它動態(tài)方式顯示出來。本系統(tǒng)可以使用任何具有DDE接口的MMI軟件。 ⑤ 組態(tài)軟件 負(fù)責(zé)對整個SDS系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)、信息下載及管理。 ⑥ 用戶軟件 是對MMI軟件功能的補充。該軟件可以通過DDE接口進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，也可以直接調(diào)用通信驅(qū)動。 上述軟件均運行在PC Windows或Windows NT平臺上。 3 、CAN總線與以太網(wǎng)連接 如何將各種總線有機地集成于一個系統(tǒng)，充分發(fā)揮它們的特長，是今后幾年自動化行業(yè)工作的一個重大挑戰(zhàn)。 基金會HSE現(xiàn)場總線是現(xiàn)場總線基金會將H1/H2現(xiàn)場總線技術(shù)集成到工廠級INTRANET的關(guān)鍵技術(shù)。HSE技術(shù)包括HSE基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)以及4種設(shè)備類型：LD連接設(shè)備、GD網(wǎng)關(guān)設(shè)備、ED以太網(wǎng)設(shè)備及HD主設(shè)備。HSE現(xiàn)場總線建立在廣泛接受的通信標(biāo)準(zhǔn)之上，這些標(biāo)準(zhǔn)包括：IEEE-802.3及其擴展（10M/100M或者更高速以太網(wǎng)），IEEE-802.2以及TCP/IP協(xié)議。由于使用了這些工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，使HSE可以非常方便地與局域網(wǎng)以及INTERNET集成在一起。由于以太網(wǎng)及TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)的廣泛應(yīng)用，其成熟的技術(shù)、低廉的價格以及高速的發(fā)展趨勢，使得現(xiàn)場總線技術(shù)可以在帶寬上、性能價格比以及信息傳遞上獲得巨大的優(yōu)勢。 HSE技術(shù)綜合了以太網(wǎng)、TCP/IP技術(shù)以及基金會現(xiàn)場總線H1/H2技術(shù)。以H1協(xié)議的應(yīng)用層為HSE的應(yīng)用層，以TCP/IP以及以太網(wǎng)協(xié)議為HSE的底層協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，網(wǎng)絡(luò)管理部分既保留了H1標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)管理和系統(tǒng)管理，又利用了“簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議”（SNMP，RFC1157）及“簡單時間管理協(xié)議”（SNTP，RFC2030）作為網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)管理。HSE是各種現(xiàn)場總線基本上都能接收的工廠級網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。是IEC 61158標(biāo)準(zhǔn)中唯一的基于以太網(wǎng)和TCP/IP技術(shù)規(guī)范。 因此，如果CAN總線系統(tǒng)解決了與HSE的連接問題，就能夠更有效與其它現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)行信息交換，使其應(yīng)用更為廣泛。