基于CAN總線的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)儀器系統(tǒng)

在現(xiàn)代化生產(chǎn)中，機(jī)電設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)越來(lái)越受到重視，但現(xiàn)有的生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放性不強(qiáng)、在遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和診斷方面存在許多不足。為了保證設(shè)備安全、穩(wěn)定及協(xié)調(diào)的運(yùn)行，需要對(duì)多數(shù)關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、集中控制及管理。

　　CAN總線是一種先進(jìn)的串行總線通信技術(shù)，具有多主、高可靠性及實(shí)時(shí)性等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)能將各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)采集的信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸?shù)奖O(jiān)測(cè)控制中心，由監(jiān)測(cè)控制中心實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控與管理。

1系統(tǒng)的組成及功能

　　系統(tǒng)采用多功能轉(zhuǎn)子試驗(yàn)臺(tái)為研究試驗(yàn)對(duì)象，整個(gè)系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)及上位機(jī)分析與診斷系統(tǒng)(管理信息系統(tǒng))三大部分組成。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，設(shè)置相應(yīng)數(shù)量的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集器，對(duì)設(shè)備的主要工藝參數(shù)(如振動(dòng)、溫度、電流、電壓等信號(hào))進(jìn)行在線實(shí)時(shí)采集，將采集獲得的數(shù)據(jù)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)實(shí)時(shí)傳送給上位分析與診斷系統(tǒng)，由上位機(jī)分析與診斷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)各項(xiàng)工藝參數(shù)的分析與處理。

　　每個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集器，可同時(shí)完成不同設(shè)備、不同信號(hào)的在線實(shí)時(shí)采集，并通過(guò)CAN總線通信卡與上位機(jī)相聯(lián)完成數(shù)據(jù)的傳輸。上位機(jī)主要完成數(shù)據(jù)處理、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、信息管理和存儲(chǔ)及遠(yuǎn)程診斷。另外，上位機(jī)都配有網(wǎng)卡，通過(guò)集線器(Hub)組成局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)共享，便于對(duì)設(shè)備實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)測(cè)及協(xié)同管理。系統(tǒng)框架圖如圖1所示。

　　圖1系統(tǒng)框架圖

2 CAN總線及在系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　2.1 CAN總線的特點(diǎn)

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

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

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

　　2.2 CAN總線技術(shù)在系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　系統(tǒng)采用具有CAN總線通信功能的通信卡實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)通信控制。該CAN通信卡采用北京三興達(dá)公司的單路CAN非智能usB成品通信卡。該通信卡的CAN總線數(shù)據(jù)收發(fā)由CAN控制器和CAN收發(fā)器完成，主機(jī)通過(guò)USB接口控制電路來(lái)訪問(wèn)CAN控制器，最終完成數(shù)據(jù)通信。其提供了Windows和DOS下的驅(qū)動(dòng)程序，CAN總線接口為DB9針式插座，符合CIA標(biāo)準(zhǔn)，通信穩(wěn)定可靠，適合用來(lái)完成系統(tǒng)上位機(jī)和數(shù)據(jù)采集器之間的CAN通信功能。為減少反射，增加系統(tǒng)的可靠性，在CAN總線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(yīng)該等于傳輸電纜的特性阻抗，雙絞線的特性阻抗為120Ω。

圖2 CAN總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)