基于can現場總線的分布式控制系統設計優秀及文獻綜述-文庫吧資料

　　

【正文】 芝公司共同倡導，于 1990 年正式公布而形成的。例如在單幢多層住宅中構建的智能網絡單元， RS485 總線技術完全能滿足網絡單元內數據傳輸要 求。 RS485通訊器件較小的收發緩沖區也不利于由它構成的網絡長期處于連續或長字串的收發狀態，這在接收和發送數據量不平衡的情況下尤其明顯。 RS485總線一般以單主的工作方式設計， 若令其工作在多主方式，則其通訊的可靠性反比于通訊網絡的負荷量。 但是 RS485 總線畢竟只是一個簡單的沒有硬件通訊協議的物理層，其通訊協議完全依賴軟件的支持，這就增加了系統通訊軟件的負擔。 RS485 的差分輸入范圍為 7V+12V，接收器最小輸入阻抗為 12kΩ ，抗干擾能力強，能滿足 RS422 的所有規范，可以在 RS422 網絡中應用。 RS485 總線網絡需要使用終接電阻進行匹配，其阻值相當于傳輸電纜的特性阻抗，一般為 120Ω 。 RS485 串行接口支持半雙工通信，只需一對雙絞線即可方便地構成主機與多個子機的分布式系統，接口電路簡單，系統成本低。 RS485具有很強的抑制共模干擾能力，而且接收器具有較高的靈敏度，因此，最大傳輸距離可延長到 1219 米 (速率低于 l00kb/s 時 )，在 100 米范圍內傳輸時速率高達 l0Mb/s，并允許在一條平衡總線上連接多個負載設備，負載設備可以是被動發送器、接收器或收發器。所以只適合本地設備單發、單收通信。即便東華理工大學長江學院畢業設計（論文） CAN 總線技術研究 8 如此，該標準的信號傳輸速率也只能達到 20kb/s，而且最大距離僅 15m，要想實現遠距離傳輸，必須使用 Modem。因此 RS232C 驅動器與 TTL電平連接必須經過電平轉換。它采用非平衡傳輸方式 (即單端通訊 )進行數據發送 /接收，其邏輯電平對地是對稱的，與 TTL, MOS 邏輯電平完 全不同。目前較流行的現場總線主要有以下幾種： RS232C， RS485，LONWORKS， PROFI BUS， CAN。 DeviceNet 和另一個基于 CAN 總線的 SDS 都已成為國際標準 IEC62026(低壓配電與控制裝置－控制器與設備接口 )所推薦的四種總線之一。 1993 年 3 月國際 CAN 總 線用戶及制造商協會在歐洲正式成立，協會的名稱簡寫為 Cia (CAN in Automation)，其任務為制訂修改 CAN 的有關協議，解決 CAN 總線應用中的問題，提供 CAN 總線開發工具及產品，推廣 CAN 總線的應用，并定期出版刊物。含 CAN 控制器的單片 機有 Intel公司的 87C196CA/CB； Philips 公司的 80C592， 80CE598； Motorola 公司的 68HC05X4，68HC05X16， 68HC08； Siemens 公司的 SABC5l CLM， SABC167CRLM； Texas Instrument公司的 TMS320F243， Microchip 公司的 PIC18 系列等。如 CAN 控制器有 Intel 公司的 82526，82527； Philips 公司的 82C200， SJA1000； NEC 公司的 72021； Siemens 公司的 SAB81C90/91。汽車工程師學會 SAE (Society ofAutomotive Engineers)為加強 CAN 在汽車工業中的應用，制定了用于汽車制造業的 SAEJ1939 標準。 結 束語中對基于 CAN 總線技術的網絡系統在未來的發展進行了展望。 第二章介紹了方案對比， CAN 總線技術的基本原理，并對其物理層和邏輯鏈路層協議進行了詳細的分析，同時結合實踐經驗，在網絡拓撲、數據定義選擇、錯誤預防和實現形式等方面提出了 CAN 總線組網的理論依據。 重點要解決的問題有：利用 CAN 現場總線技術實現各節點和上位機的通信；各節點和接口卡長期穩定地工作；上位機軟件對 CAN 總線上各節點動態實時監測；方便快捷地對各傳感器的偏移進行修正。 研究內容包括節點硬件、 CANPC 接口卡硬件研制；節點軟件、接口卡軟件研制。各節點分布在不同的位置，每節點 4 路傳感器，并以 CAN 總線連接。 [7] 本文研究的內容 在本研究中，利用 CAN 現場總線技術構建一個通用的分布式測量系統。在技術上也由單純的分散型控制到實現全系統的管理，引入局部網絡技術（便于多機資源共享），分散控制系統和 信道復用等。 DCS 集計算機軟件技術、硬件技術、控制技術、通訊技術、冗余技術、故障診斷技術和圖形顯示技術為一體，靈活、易變更、易擴展。 1975 年，美國的 Honey Well 公司推出了第一套 DCS 分散控制系統。 集中式控制系統在硬件構成上，將每個檢測點發送來的信號通過輸入接口與集中控制系統相連，經過計算機分析運算后，集中控制系統的輸出信號又通過輸出接口去執行機構控制工藝生產。別的應用還有：望遠鏡系統、飛行模擬器、高能量物理實驗、畜舍監視系統等。 (6) 一些特殊的應用領域 CAN 總線還應用在一些特殊的領域。 (5) 樓宇自動化系統 在樓宇自動控制系統中 ， CAN 總線主要用于子網的組建中，而不是主干網絡。 CAN 在工業控制中的典型應用有：紡織機、印刷機、打包機、壓縮機、木材處理機、半導體加工設備等。 (4) 工業控制 CAN 網絡大量地應用在各種工業控制系統中。如應用于農業和林業中的移動設施、輪椅、起重機等。在道路管理中， CAN 被用在負責交通安全和法規保障的測量設備中，現在已有的基于 CAN 的實現多種功能的智能節點，如紅燈監視和速度測量。今天，歐洲大多數的汽車制造者也應用了 CAN 總線，比如奧迪、寶馬、雷諾、大眾、沃爾沃。 [6] (1) 汽車 在引擎系統中應用 CAN 總線連接多個電子控制單元 (ECU)。 [5] CAN 模塊支持的幀類型 CAN 模塊支持的幀類型有：標準數據幀，擴張數據幀，遠程幀，出錯幀，過載幀和空閑幀。信息裝載到某 個相應的數據寄存器再發送，通過讀相應的寄存器可檢查狀態與錯誤信息。 [8] CAN 模塊是一個通信控制器，執行的是 BOSCH 公司的 ，它能支持， ， 協議的舊版本和 的現行版本，此控制器模塊包含完整的 CAN 系統。搭配不同的傳 感器，可以應用在不同的場合。本文采用 CAN 現場總線技術，設計開發了一種分布式測量系統。 CAN 的通信速率為 5kbps～ 1Mbps，最大傳輸距離可達 10km(通信速率為 5kbps 時 )，節點數可達 110，傳輸介質為雙絞線。 [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。 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。 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。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。 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。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。 (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。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。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。 [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。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。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。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。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。MCP2510 CAN controller 東華理工大學長江學院畢業設計（論文） 目錄 III 目 錄 摘 要 ................................................................. I ABSTRACT .............................................................. II 目 錄 .............................................................. III 緒論 ................................................................... 1 現場總線 ................................................................................................................. 1 現場總線技術的發展 .......................................................................................... 1 現場總線系統的特點 ................................................................................... 1 現場總線系統的結構特點 ........................................................................ 1 現場總線系統的技術特點 ........................................................................ 1 現場總線的優點 ........................................................................................... 2 現場總線的分類 ........................................................................................... 3 CAN 總線 ................................................................................................................. 3 CAN 模塊 ....................................................................................................... 3 CAN 模塊支持的幀類型 ............................................................................... 4 CAN 總線技術在多方面的應用 ................................................................... 4 分布式系統及現場總線的發展 ............................................................................. 5 本文研究的內容 ..................................................................................................... 5 2. CAN 總線技術研究 ..................................................... 7 方案對比 ................................................................................................................. 7 CAN 總線的主要特點