基于CAN總線的工廠電力監測分析網絡系統設計
1.引言
由于現場總線(Field Bus)能同時滿足過程控制和制造業自動化的需要,因此現場總線的研究與應用已成為工業數據總線領域的熱點。盡管目前對現場總線的研究尚未能提出一個完善的標準,但現場總線高性能價格比將吸引眾多工業控制系統采用。
工業配電對于工業企業的電網質量和生產的可靠運行至關重要,并對計劃用電、節約用電有著重要意義。基于CAN總線的工業配電計算機監測分析網絡系統即采用這種性能價格比很高的現場總線技術構成實時狀態監測網絡系統,其系統構成靈活簡單,連線極少,抗干擾能力強,適應性好,易于維護,具有數據處理、分析、運行監測、錄波和打印等功能,同時對原有設備未作太多的改動。實用性和可擴展性極強。
2.CAN總線的特點和通信協議
對于復雜的或大規模的工業應用,常需要使用大量的傳感器、執行器等,它們通常分布在非常廣的范圍內。如果在最低層上采用傳統星型拓撲結構,那么安裝成本和介質造價都將非常昂貴;采用流行的LAN組件及環型或總線型拓撲結構,雖然可以減少電纜長度,但是增加的LAN介質及相關硬件和軟件又使其系統造價與星型系統相差無幾;如果采用BITBUS (BITBUS是總線型的高速串行網),但BITBUS是主從式網絡,主站、從站是系統固定分配的,不能動態地加以改變,不利于系統的擴展。它采用主站輪詢式,大大加重了主站負擔。
CAN(Controller Area Network)總線是德國Bosch公司從80年代初為解決現代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數據交換而開發的一種串行數據通信協議。CAN總線以其卓越的特性,低廉的價格,極高的可靠性和靈活的結構,特別適合工業過程監控設備的互聯,并已公認為最有前途的現場總線之一。
CAN總線是一種有效支持分布式控制或實時控制的串行通信網絡。CAN可實現全分布式多機系統,且無主、從機之分;CAN可以用點對點、一點對多點及全局廣播幾種方式傳送和接收數據;CAN直接通訊距離最遠可達10km(傳輸率為5kbps),通迅速率最高可達1Mbps(傳輸距離為40m);CAN總線上節點數可達110個。
CAN通信協議規定有4種不同的幀格式,即數據幀、遠程幀、錯誤幀和超載幀。
CAN總線基于下列5條基本規則進行通信協調:
1.總線訪問 CAN控制器只能在總線空閑狀態期間開始發送。所有CAN控制器同步于幀起始的前沿(硬同步)。
2.仲裁 若有兩個或更多的CAN控制器同時發送,總線訪問沖突通過仲裁場發送期間位仲裁處理方法予以解決。
3.編碼/解碼 幀起始、仲裁場、控制場、數據場和CRC序列使用位填充技術進行編碼。
4.出錯標注 當檢測到位錯誤、填充錯誤、形式錯誤或應答錯誤時,檢測出錯條件的CAN控制器將發送一個出錯標志。
5.超載標注 一些CAN控制器發送一個或多個超載幀以延遲下一個數據幀或遠程幀的發送。
由于現場總線是雙向的,因此能夠從中心控制室對現場智能儀表進行標定、調整及運行診斷,甚至可在故障發生前進行預測。遠程維護和控制在采用數字通信和現場儀表后也將成為可能。
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