基于CAN總線的工廠電力監(jiān)測分析網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.引言
　　由于現(xiàn)場總線(Field Bus)能同時滿足過程控制和制造業(yè)自動化的需要，因此現(xiàn)場總線的研究與應(yīng)用已成為工業(yè)數(shù)據(jù)總線領(lǐng)域的熱點(diǎn)。盡管目前對現(xiàn)場總線的研究尚未能提出一個完善的標(biāo)準(zhǔn)，但現(xiàn)場總線高性能價格比將吸引眾多工業(yè)控制系統(tǒng)采用。
　　工業(yè)配電對于工業(yè)企業(yè)的電網(wǎng)質(zhì)量和生產(chǎn)的可靠運(yùn)行至關(guān)重要，并對計(jì)劃用電、節(jié)約用電有著重要意義?；?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/CAN總線">CAN總線的工業(yè)配電計(jì)算機(jī)監(jiān)測分析網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)即采用這種性能價格比很高的現(xiàn)場總線技術(shù)構(gòu)成實(shí)時狀態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其系統(tǒng)構(gòu)成靈活簡單，連線極少，抗干擾能力強(qiáng)，適應(yīng)性好，易于維護(hù)，具有數(shù)據(jù)處理、分析、運(yùn)行監(jiān)測、錄波和打印等功能，同時對原有設(shè)備未作太多的改動。實(shí)用性和可擴(kuò)展性極強(qiáng)。

2.CAN總線的特點(diǎn)和通信協(xié)議
　　對于復(fù)雜的或大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用，常需要使用大量的傳感器、執(zhí)行器等，它們通常分布在非常廣的范圍內(nèi)。如果在最低層上采用傳統(tǒng)星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，那么安裝成本和介質(zhì)造價都將非常昂貴；采用流行的LAN組件及環(huán)型或總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，雖然可以減少電纜長度，但是增加的LAN介質(zhì)及相關(guān)硬件和軟件又使其系統(tǒng)造價與星型系統(tǒng)相差無幾；如果采用BITBUS (BITBUS是總線型的高速串行網(wǎng))，但BITBUS是主從式網(wǎng)絡(luò)，主站、從站是系統(tǒng)固定分配的，不能動態(tài)地加以改變，不利于系統(tǒng)的擴(kuò)展。它采用主站輪詢式，大大加重了主站負(fù)擔(dān)。

　　CAN(Controller Area Network)總線是德國Bosch公司從80年代初為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議。CAN總線以其卓越的特性，低廉的價格，極高的可靠性和靈活的結(jié)構(gòu)，特別適合工業(yè)過程監(jiān)控設(shè)備的互聯(lián)，并已公認(rèn)為最有前途的現(xiàn)場總線之一。
　　CAN總線是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。CAN可實(shí)現(xiàn)全分布式多機(jī)系統(tǒng)，且無主、從機(jī)之分；CAN可以用點(diǎn)對點(diǎn)、一點(diǎn)對多點(diǎn)及全局廣播幾種方式傳送和接收數(shù)據(jù)；CAN直接通訊距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km(傳輸率為5kbps)，通迅速率最高可達(dá)1Mbps(傳輸距離為40m)；CAN總線上節(jié)點(diǎn)數(shù)可達(dá)110個。
　　CAN通信協(xié)議規(guī)定有4種不同的幀格式，即數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、錯誤幀和超載幀。
　　CAN總線基于下列5條基本規(guī)則進(jìn)行通信協(xié)調(diào)：
　　1.總線訪問　CAN控制器只能在總線空閑狀態(tài)期間開始發(fā)送。所有CAN控制器同步于幀起始的前沿(硬同步)。
　　2.仲裁　若有兩個或更多的CAN控制器同時發(fā)送，總線訪問沖突通過仲裁場發(fā)送期間位仲裁處理方法予以解決。
　　3.編碼/解碼　幀起始、仲裁場、控制場、數(shù)據(jù)場和CRC序列使用位填充技術(shù)進(jìn)行編碼。
　　4.出錯標(biāo)注　當(dāng)檢測到位錯誤、填充錯誤、形式錯誤或應(yīng)答錯誤時，檢測出錯條件的CAN控制器將發(fā)送一個出錯標(biāo)志。
　　5.超載標(biāo)注　一些CAN控制器發(fā)送一個或多個超載幀以延遲下一個數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀的發(fā)送。
　　由于現(xiàn)場總線是雙向的，因此能夠從中心控制室對現(xiàn)場智能儀表進(jìn)行標(biāo)定、調(diào)整及運(yùn)行診斷，甚至可在故障發(fā)生前進(jìn)行預(yù)測。遠(yuǎn)程維護(hù)和控制在采用數(shù)字通信和現(xiàn)場儀表后也將成為可能。