基于CAN-bus和以太網(wǎng)的區(qū)域信息管理系統(tǒng)

CAN（ControllerAreaNetwork——控制器局域網(wǎng)）是一種由CAN控制器組成的高性能串行數(shù)據(jù)局域通信網(wǎng)絡(luò)，是國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。它最早由德國(guó)Bosch公司于1984年推出，最初用于汽車內(nèi)部測(cè)量與執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信。CAN-bus總線模型符合OSI的7層結(jié)構(gòu)；CAN-bus規(guī)范已被ISO估計(jì)標(biāo)準(zhǔn)組織制定為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。由于其具有多主機(jī)方式、傳輸距離遠(yuǎn)（最遠(yuǎn)可達(dá)10km）、傳輸速度快（最快可達(dá)1Mbps）、抗干擾能力強(qiáng)、應(yīng)用靈活等諸多優(yōu)點(diǎn)，所以被認(rèn)為是最有發(fā)展前途的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。目前，除了應(yīng)用于汽車電子領(lǐng)域中，CAN-bus總線現(xiàn)還被廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制、電力通訊、小區(qū)安防、環(huán)境監(jiān)控、航天航海等眾多領(lǐng)域中。

以太網(wǎng)則是當(dāng)前主流的網(wǎng)絡(luò)信息傳輸媒體，也是TCP/IP使用最普遍的物理網(wǎng)絡(luò)。TCP/IP（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol——傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)絡(luò)協(xié)議）是一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議集，包括IP、TCP、UDP等子協(xié)議，保證數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上的正確傳輸。TCP/IP協(xié)議為四層模型：應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層和數(shù)據(jù)鏈路層。每層都有不同的功能，而且層和層之間在邏輯上是相互獨(dú)立的。由于TCP/IP是世界上最大的Internet采用的協(xié)議組，而TCP/IP底層物理網(wǎng)絡(luò)多數(shù)使用以太網(wǎng)協(xié)議，因此，“以太網(wǎng)+TCP/IP”成為互連網(wǎng)技術(shù)中應(yīng)用最普遍的技術(shù)。以太網(wǎng)在工廠管理層、車間監(jiān)控層將成為主流技術(shù)，與互連網(wǎng)技術(shù)結(jié)合是未來(lái)工廠網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)基礎(chǔ)；但對(duì)一般工業(yè)網(wǎng)絡(luò)要求實(shí)時(shí)性、確定性通信場(chǎng)合，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)還將處于主導(dǎo)地位，因此在今后一段時(shí)間內(nèi)多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)還會(huì)繼續(xù)并存，我們必須根據(jù)實(shí)際需要采用合適的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

本文即介紹一種由CAN-bus網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建設(shè)備網(wǎng)，由以太網(wǎng)構(gòu)建信息網(wǎng)，通過(guò)兩者的有機(jī)聯(lián)接，從而構(gòu)成一個(gè)中型/大型的遠(yuǎn)程監(jiān)控/數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。

一、概述

某一個(gè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目，需要考慮連接大約30,000個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，并可以對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)地采樣數(shù)據(jù)、輸出控制；這些網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分布在不同的區(qū)域，每個(gè)區(qū)域（直徑在1公里范圍內(nèi)）最多有近百個(gè)節(jié)點(diǎn)。而且該網(wǎng)絡(luò)有一點(diǎn)比較重要的要求：?jiǎn)蝹€(gè)區(qū)域內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性具有較高的要求。

按項(xiàng)目的以上要求，綜合考慮設(shè)計(jì)成本、生產(chǎn)成本、可靠性、可維護(hù)性等多方面因素，我們考慮采用“設(shè)備網(wǎng)——信息網(wǎng)”的方式構(gòu)建整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。

在單個(gè)區(qū)域內(nèi)，由CAN-bus網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建設(shè)備網(wǎng)，總體成本較低，滿足實(shí)時(shí)性的要求，且應(yīng)用可靠，維護(hù)方便；設(shè)備網(wǎng)的固定節(jié)點(diǎn)（地址為00號(hào)）同時(shí)作為網(wǎng)關(guān)，將CAN-bus網(wǎng)絡(luò)連接至以太網(wǎng)，從而形成可以遍布全球的信息網(wǎng)，可以通過(guò)組態(tài)環(huán)境統(tǒng)一監(jiān)控設(shè)備信息。

基于CAN-bus和以太網(wǎng)的區(qū)域信息管理系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)連接如圖1所示。

圖例基于CAN-bus和以太網(wǎng)的區(qū)域信息管理系統(tǒng)

二、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備網(wǎng)的選擇

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備網(wǎng)組網(wǎng)方式有多種選擇，比如RS-485、CAN-bus、Lonworks、TCP/IP等；下面將各種方式進(jìn)行比較，以考慮選擇最合適的方式。