基于can現場總線的分布式控制系統設計優秀及文獻綜述-文庫吧

【正文】 ........................ 13 出錯幀 ......................................................................................................... 14 超載幀 ......................................................................................................... 15 幀間空間 ..................................................................................................... 15 MAC 幀編碼和發送 /接收 .......................................................................... 15 錯誤檢測 ..................................................................................................... 16 錯誤類型 .................................................................................................. 16 錯誤界定規則 ........................................................................................ 17 物理層 .................................................................................................................... 17 東華理工大學長江學院畢業設計（論文） 目錄 IV 物理層功能模型 ......................................................................................... 17 位編碼 /解碼 ................................................................................................ 17 同步 ............................................................................................................. 18 CAN 控制器 ........................................................................................................... 18 分布式測量系統的總體設計 ............................................................................... 18 3 硬件設計 ............................................................ 22 PIC 單片機優點和特點 ........................................................................................ 22 MCP2510 CAN 控制器特點 ................................................................................ 23 PCCAN 接口卡設計 ............................................................................................ 24 電源電路 ..................................................................................................... 26 復位電路 ..................................................................................................... 27 晶振電路 ..................................................................................................... 28 串口通信接口電路 ..................................................................................... 28 CAN 總線通訊電路 ..................................................................................... 29 節點硬件設計 ....................................................................................................... 30 4 結論與展望 .......................................................... 34 結論 ....................................................................................................................... 34 致 謝 ................................................................ 36 參考文獻 .............................................................. 37 附錄 1 CAN 通訊部分 ................................................... 38 附錄 2 CAN 接口卡原理圖 ............................................... 39 東華理工大學長江學院畢業設計（論文） 緒論 1 緒論 現場總線 現場總線是一種數字式、雙向傳輸、多分支結構的通信網絡。它是計算機 技術、通信技術和控制技術高度綜合與集成的產物，是一種開放式和分布式的新模式。現場總線是當今自動化領域技術發展的熱點之一，被譽為自動化領域的計算機局域網。它越來越廣泛的應用于工業控制、智能建筑和交通等諸多領域。 現場總線技術的發展 現場總線是 90 年代初期興起的一種先進的工業控制技術。 [1]它是一種全數字式、全分散式、全開放、可互操作和開放式互聯網絡的新一代控制系統；是計算機技術、通信技術和控制技術的綜合與集成；它將通信線一直延伸到生產現場和生產設備，用于制造自動化的現場設備儀表互連的現場通信網 絡。使用現場總線降低了成本，提高了可靠性，實現了控制管理一體化的結構體系。 現場總線控制系統 (FCS)既是一個開放通信網絡，又是一種全分布控制系統。它作為智能設備的聯系紐帶，把掛接在總線上、作為網絡節點的智能設備連接為網絡系統，并進一步構成自動化系統，實現基本控制、補償計算、參數修改、報警、顯示、監控、優化及管理控制一體化的綜合自動化功能。這是一項以智能傳感器、控制、計算機、數字通信、網絡為主要內容的綜合技術。 現場總線系統的特點 現場總線系統的結構特點 現場總線系統打破了傳統控 制系統的結構形式。傳統模擬控制系統采用一對一的設備連線，按控制回路分別進行連接。而現場總線則是把智能設備掛接在總線上，多個設備共用一條總線。 現場總線系統由于采用了智能現場設備，能夠把原先 DCS 系統中處于控制室的控制模塊、各輸入輸出模塊置入現場設備，加上現場設備具有通信能力，現場的測量變送儀表可以與閥門等執行機構直接傳送信號，因而控制系統功能可以不依賴控制室的計算機或控制儀表，直接在現場完成，實現了徹底的分散控制。 [1] 現場總線系統的技術特點 (1) 系統的開放性 一個開放系統，是指它可以 與世界上任何地方遵守相同標準的其它設備或系統連接。通信協議公開，各不同廠家的設備之間可實現信息交換。現場總線開發者就是要致力于建立統一的工廠底層網絡的開放系統。用戶可按自己的需要和考慮，把來自不同供應商的產品組成大小隨意的系統。通過現場總線構筑自動化領域的開放互連系東華理工大學長江學院畢業設計（論文） 緒論 2 統。 圖 1 FCS典型體系結構 (2) 互可操作性與互用性 可操作性，是指實現互連設備之間、系統間的信息傳送與溝通；而互用則意味著不同生產廠家的性能類似的設備可實現相互替換。 (3) 現場設備的智能化與功能自治性 它將傳感測量、補償計算、工程量處理與控制等功能分散到現場設備中完成，僅靠現場設備即可完成自動控制的基本功能，并可隨時診斷設備的運行狀態。 (4) 系統結構的高度分散性 現場總線已構成一種新的全分散性控制系統的體系結構。從根本上改變了現有DCS 集中與分散相結合的集散控制系統體系，簡化了系統結構，提高了可靠性。 (5) 對現場環境的適應性 現場總線是專為現場環境而設計的，可支持雙絞線、同軸電纜、光纜、射頻、紅外線、電力線等，具有較強的抗干擾能力，能采用兩線制實現供電與通信。 現場總線的優點 由于現場總線的以上特點，特別是現場總線系統結構的簡化，使控制系統從設計、安裝到正常生產運行及其檢修維護，都體現出優越性。 [2] 節省投資：由于現場總線系統中分散在現場的智能設備能直接執行多種傳感控制報警和計算功能，不再需要 DCS 系統的信號調制、轉換、隔離等功能單元及其復雜接線，還可以用工控 PC 機作為操作站，從而節省了一大筆硬件投資，并可減少控制室的占地面積。 節省安裝費用：現場總線系統的接線十分簡單，一對雙絞線或一條電纜上通常可掛接多個設備，因而電纜、端子、槽盒、橋架的用量大大減 少，連線設計與接頭校對的工作量也大大減少。當需要增加現場控制設備時，無需增設新的電纜，可就近連接生產過程 現場總線 監控計 算機 執行機構 智能儀器 監控計算機 東華理工大學長江學院畢業設計（論文） 緒論 3 在原有的電纜上，既節省了投資，也減少了設計、安裝的工作量。據有關典型實驗工程的測算資料表明，可節約安裝費用 60％以上。 節省維護開銷：由于現場控制設備具有自診斷與簡單故障處理的能力，并通過數字通訊將相關的診斷維護信息送往控制室，用戶可以查詢所有設備的運行，診斷維護信息，以便早期分析故障原因并快速排除，縮短了維護停工時間，同時由于系統結構簡化，連線簡單而減少了維護工作量。 用戶具有高度的系統集成主動權：用戶可以自由 選擇不同廠商所提供的設備來集成系統。避免因選擇了某一品牌的產品而限制了其它設備的選擇范圍。 提高了系統的準確性與可靠性：由于現場總線設備的智能化、數字化，與模擬信號相比，它從根本上提高了測量與控制的精確度，減少了傳送誤差。同時，由于系統的結構簡化，設備與連線減少，現場儀表內部功能加強，減少了信號的往返傳輸，提高了系統的工作可靠性。 [3] 此外，由于設備標準化，功能模塊化，因而還具有設計簡單，易于重構等優點。 現場總線的分類 類型１ IEC 技術報告（即 FF H1） 類型 2 Control Net(美 國 Rockwell 公司支持） 類型 3 Profibus(德國 Siemens 公司支持） 類型 4 PNet(丹麥 Prpcess Data 公司支持） 類型 5 FF HSE(即原 FF H2,美國 FisherRosemount 公司支持） 類型 6 Swiff Net(美國 Boeing 公司支持） 類型 7 World FIP(法國 Alstom 公司支持） 類型 8 Interbus(德國 Phoenix Contact 公司支持） [32] CAN 總線 CAN (Controller Area Network控制器局域 網 )屬于現場總線的范疇，是一種有效支持分布式控制和實時控制的串行通信網絡。 CAN 的通信速率為 5kbps～ 1Mbps，最大傳輸距