CAN總線及其在制造業(yè)信息化中的應用

前言

制造業(yè)是國民經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的基礎，是工業(yè)化、現(xiàn)代化建設的動力源，是國際競爭的重要領域，是信息化促進工業(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，制造業(yè)信息化技術將信息技術、計算機技術、現(xiàn)代管理技術、自動化技術與制造技術相結合，帶動產(chǎn)品設計方法和工具的創(chuàng)新，實現(xiàn)產(chǎn)品設計制造和企業(yè)管理的信息化、生產(chǎn)過程控制的智能化、制造裝備的數(shù)字化。經(jīng)過近年來的努力，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等技術的應用，促進了企業(yè)的發(fā)展和效益的提高。但是，這些技術的發(fā)展，必須有底層信息的支撐，即必須重視底層信息化技術的發(fā)展。作為現(xiàn)場總線技術之一的CAN總線技術的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性等特點，可完成現(xiàn)場自動化設備之間的多點數(shù)字通信，實現(xiàn)底層設備與外界的信息交換，適用于底層自動化。

1 CAN總線的優(yōu)點

CAN總線是一種有效地支持分布式控制和實時控制的串行通訊網(wǎng)絡。與一般的通信總線相比，CAN總線的優(yōu)點可概括如下：

1.1 CAN為多主方式工作，網(wǎng)絡上任一節(jié)點均可在任意時刻主動地向網(wǎng)絡上其他節(jié)點發(fā)送信息，而不分主從。

1.2 在報文標識符上，CAN總線上的節(jié)點分成不同的優(yōu)先級，可滿足不同的實時要求，優(yōu)先級高的數(shù)據(jù)最多可在134μs內(nèi)得到傳輸。

1.3 CAN采用非破壞總線仲裁技術。當多個節(jié)點同時向總線發(fā)送信息出現(xiàn)沖突時，優(yōu)先級較低的節(jié)點會主動退出發(fā)送，而最高優(yōu)先級的節(jié)點可繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，從而節(jié)省了總線沖突仲裁時間。在網(wǎng)絡負載很重的情況下，也不會出現(xiàn)網(wǎng)絡癱瘓問題。

1.4 CAN節(jié)點只需要通過對報文的標識符濾波即可實現(xiàn)點對點，一點對多點及全局廣播等幾種方式發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。

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(此時通信距離最長為40m)。

1.6 CAN上的節(jié)點數(shù)主要取決于總線驅(qū)動電路，目前可達110個。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)的個數(shù)幾乎不受限制。

1.7 報文采用短幀結構，傳輸時間短，受干擾概率低，保證了數(shù)據(jù)出錯率低。

1.8 CAN通信介質(zhì)可為雙絞線、同軸電纜或光纖，選擇靈活。

1.9 CAN節(jié)點在錯誤嚴重的情況下具有自動關閉輸出功能，以使總線上的其它節(jié)點的操作不受影響。

1.10 CAN總線具有較高的性能價格比，它結構簡單，器件容易購置，每個節(jié)點的價格較低，而且開發(fā)容易。

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

2 基于CAN總線的智能渣漿泵軸溫及液位監(jiān)測報警系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)總體結構

本系統(tǒng)總體結構如圖1所示。上位機是整個系統(tǒng)的中心，負責接收各個節(jié)點發(fā)來的數(shù)據(jù)，便于工作人員實時監(jiān)控前端工作數(shù)據(jù)情況，發(fā)生意外時能及時處理。同時，節(jié)點也可以接收CAN總線上的數(shù)據(jù)。

圖1 系統(tǒng)總體結構圖

2.2 節(jié)點

節(jié)點結構如圖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，可以方便的實現(xiàn)CAN總線的通信協(xié)議，通過CAN總線與帶CAN總線接口卡的上位機通信，構成測控網(wǎng)絡。

圖2 節(jié)點結構圖

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