總線技術(shù)及CAN總線技術(shù)簡介

　　一、現(xiàn)場總線技術(shù)簡介

　　1.什么是現(xiàn)場總線

　　現(xiàn)場總線是20世紀(jì)90年代發(fā)展形成的，用于過程自動(dòng)化、制造自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化、家庭自動(dòng)化等領(lǐng)域的現(xiàn)場設(shè)備互連的通信網(wǎng)絡(luò)，是現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)與控制系統(tǒng)的集成。

　　2.現(xiàn)場總線的特點(diǎn)

　　1）現(xiàn)場總線的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

　　與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)在設(shè)備之間采用一對一的連線，測量變送器、控制器、執(zhí)行器、開關(guān)、電機(jī)之間均為一對一的物理連接，而在現(xiàn)場總線系統(tǒng)中，個(gè)現(xiàn)場設(shè)備粉筆作為總線上的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，設(shè)備之間采用網(wǎng)絡(luò)式連接是現(xiàn)場總線系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上最顯著的特征之一。在兩根普通導(dǎo)線制成的雙絞線上，掛著幾個(gè)、十幾個(gè)自控設(shè)備?？偩€在傳輸多個(gè)設(shè)備的多宗信號，如運(yùn)行參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)、故障、調(diào)校與維護(hù)信息等的同時(shí)，還可以為總線上的設(shè)備提供直流工作電源。

　　2） 現(xiàn)場總線的技術(shù)特點(diǎn)

　　現(xiàn)場總線是控制系統(tǒng)運(yùn)行的命脈、通訊的樞紐，因而應(yīng)關(guān)注系統(tǒng)的開放性、互可操作性、通訊的實(shí)時(shí)性、以及對環(huán)境的適應(yīng)性等問題：

　　●系統(tǒng)的開放性

　　系統(tǒng)的開放性體現(xiàn)在通信協(xié)議公開，不同制造商提供的設(shè)備之間可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連與信息交換。這里的開放是指對相關(guān)規(guī)范的一致與公開，強(qiáng)調(diào)對標(biāo)準(zhǔn)的共識與遵從。一個(gè)開放系統(tǒng)，是指它可以與世界上任何一家制造商提供的、遵守相同標(biāo)準(zhǔn)的其他設(shè)備或體統(tǒng)相互連接。用戶可以根據(jù)自己的需要，把來自不同制造商的商品組合成適合自己控制應(yīng)用需要的系統(tǒng)。

　　●互可操作性

　　互可操作性，是指網(wǎng)絡(luò)中互連的設(shè)備之間可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息傳送與交換。也意味著，對不同生產(chǎn)廠家的性能類似的設(shè)備可以相互交替換。

　　●通訊的實(shí)時(shí)性與確定性

　　現(xiàn)場總線系統(tǒng)的基本任務(wù)是實(shí)現(xiàn)測量和控制，而有些測控任務(wù)是有嚴(yán)格的時(shí)序和實(shí)時(shí)性要求的，達(dá)不到這個(gè)要求或因時(shí)間同步問題影響了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的動(dòng)作時(shí)序，有時(shí)會(huì)造成災(zāi)難性的后果，這就要求現(xiàn)場總線系統(tǒng)能提供相應(yīng)的通信機(jī)制，提供時(shí)間發(fā)布于時(shí)間管理功能，滿足控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求。

　　3.總線技術(shù)的分類

　　1）CAN總線

　　CAN總線（Controller Area Network）是控制器局域網(wǎng)的簡稱，是德國Bosch公司在1986年為解決現(xiàn)代汽車中眾多的測量控制部件之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信總線。

　　現(xiàn)在已經(jīng)成為ISO國際標(biāo)準(zhǔn)ISO11898.

　　2）基金會(huì)現(xiàn)場總線FF

　　基金會(huì)現(xiàn)場總線FF（Foundation Fieldbus）的主要組織研發(fā)者是現(xiàn)場總線基金會(huì)，已被列入IEC61158標(biāo)準(zhǔn)。這是為與自動(dòng)化系統(tǒng)更好的銜接，特別是為了滿足自動(dòng)化系統(tǒng)在功能、環(huán)境與技術(shù)上的需要而設(shè)計(jì)的。FF適合在流程的工業(yè)的生產(chǎn)現(xiàn)場工作，能適應(yīng)安全防爆的需要，還可通過通信總線為現(xiàn)場設(shè)備供電。

　　3）PROFIBUS

　　PROFIBUS是Process Fieldbus的縮寫，是面向工廠自動(dòng)化和流程自動(dòng)化的一種國際性的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。它已被廣泛應(yīng)用于制造業(yè)自動(dòng)化（汽車制造、裝瓶系統(tǒng)、倉儲(chǔ)系統(tǒng)）、過程自動(dòng)化（石油化工、造紙和紡織品工業(yè)企業(yè)）、樓宇自動(dòng)化（供熱空調(diào)系統(tǒng)）、交通管理自動(dòng)化、電子工業(yè)和電力輸送等行業(yè)。

　　二、CAN總線技術(shù)簡介

　　1.CAN總線技術(shù)簡介

　　CAN全稱為Controller Area Network,即控制器局域網(wǎng)，CAN總線是國際上應(yīng)用最為廣泛的現(xiàn)場總線之一。最初，CAN總線技術(shù)被應(yīng)用到汽車環(huán)境中的微控制器通信，在車載各電子控制裝置ECU之間交換信息，形成汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)。

　　2. CAN技術(shù)的發(fā)展歷史

　　1986年2月，Robert Bosch公司在汽車工程協(xié)會(huì)的大會(huì)上介紹了一種新型的串行總線-CAN,那是CAN誕生的標(biāo)志。今天，在歐洲幾乎每一輛新的轎車上均配有CAN總線。

　　在1980年的早些時(shí)候，Bosch公司的工程師就開始論證當(dāng)時(shí)的串行總線用于客車系統(tǒng)的可能性，因?yàn)闆]有一種現(xiàn)成的網(wǎng)絡(luò)方案能夠滿足汽車工程師們的要求。于是，這種新的總線系統(tǒng)被稱為“汽車串行控制器局域網(wǎng)”.這種多網(wǎng)絡(luò)的方案基于非破壞性的仲裁機(jī)構(gòu)，能夠確保高優(yōu)先級報(bào)文的無延遲傳輸，并且，不需要在總線上設(shè)置主控制器。

　　此外，Bosch公司以及實(shí)現(xiàn)了數(shù)種在CAN中的錯(cuò)誤檢測機(jī)制。該錯(cuò)誤檢測也包括自動(dòng)斷開故障節(jié)點(diǎn)功能，以確保能繼續(xù)進(jìn)行剩余節(jié)點(diǎn)之間的通信。傳輸?shù)膱?bào)文并非根據(jù)報(bào)文發(fā)送器/接收器的節(jié)點(diǎn)地址識別，而是根據(jù)報(bào)文的內(nèi)容識別。同時(shí)，用于識別報(bào)文的標(biāo)識符也規(guī)定了該報(bào)文在系統(tǒng)中的優(yōu)先級。

　　3.CAN局域網(wǎng)的技術(shù)特點(diǎn)

　　1）CAN的性能特點(diǎn)

　　國際標(biāo)準(zhǔn)ISO11898定義的CAN（ControllerArea Network）總線全稱是全數(shù)字式現(xiàn)場控制設(shè)備互連總線，它是有效的支持分布式控制以及實(shí)時(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。與其他總線比較起來，CAN總線的數(shù)據(jù)通訊具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性。其主要特點(diǎn)是：

　　CAN以多主機(jī)方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò)上其他幾點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從，通信方式靈活，且無需站地址等節(jié)點(diǎn)信息。利用這一特點(diǎn)可以方便的構(gòu)成多機(jī)備份系統(tǒng)。

　　CAN網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)信息分為不同的優(yōu)先級，可滿足不同的實(shí)時(shí)要求，優(yōu)先級的數(shù)據(jù)最快可在134μs內(nèi)得到傳輸。

　　通信的硬件接口相對比較簡單，通信線少，通信線可以為同軸電纜、雙絞線或光纜，甚至可以通過滑環(huán)進(jìn)行信息傳輸。

　　4.CAN總線應(yīng)用層協(xié)議

　　CAN總線協(xié)議本身只定義了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的規(guī)范，這使得CAN能夠更廣泛的適應(yīng)不同的應(yīng)用條件，但也給用戶使用CAN帶來了不便。用戶在應(yīng)用CAN協(xié)議時(shí)，必須根據(jù)實(shí)際需要自行定義CAN高層協(xié)議。

　　了解了以上總線技術(shù)及CAN總線技術(shù)的簡單介紹?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS采用了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)中的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、微處理技術(shù)以及軟件技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場儀表之間的數(shù)字連接及現(xiàn)場儀表的數(shù)字化，給工業(yè)生產(chǎn)帶來了巨大的效益，降低了現(xiàn)場儀表的初始安裝費(fèi)用，節(jié)省了電纜以及材料費(fèi)和人工成本，不但曾強(qiáng)對現(xiàn)場控制的控制更為靈活，信號傳遞的精度更是提高了不少，同時(shí)還減少了系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)的工作任務(wù)?，F(xiàn)場總線技術(shù)的不斷發(fā)展，帶動(dòng)了一次工廠生產(chǎn)中應(yīng)用的自動(dòng)化系統(tǒng)及信息集成技術(shù)的一次飛躍，新的現(xiàn)場總線技術(shù)已經(jīng)在自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)中已經(jīng)初露端倪。

　　總之，CAN總線及其他總線技術(shù)一定會(huì)在以后的工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮更大的作用。