基于CAN總線的工廠電力監(jiān)測分析網(wǎng)絡系統(tǒng)設計

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)場總線的研究與應用已成為工業(yè)數(shù)據(jù)總線領域的熱點。盡管目前對現(xiàn)場總線的研究尚未能提出一個完善的標準，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)質量和生產(chǎn)的可靠運行至關重要，并對計劃用電、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)配電計算機監(jiān)測分析網(wǎng)絡系統(tǒng)即采用這種性能價格比很高的現(xiàn)場總線技術構成實時狀態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡系統(tǒng)，其系統(tǒng)構成靈活簡單，連線極少，抗干擾能力強，適應性好，易于維護，具有數(shù)據(jù)處理、分析、運行監(jiān)測、錄波和打印等功能，同時對原有設備未作太多的改動。實用性和可擴展性極強。

2.CAN總線的特點和通信協(xié)議
　　對于復雜的或大規(guī)模的工業(yè)應用，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。如果在最低層上采用傳統(tǒng)星型拓撲結構，那么安裝成本和介質造價都將非常昂貴；采用流行的LAN組件及環(huán)型或總線型拓撲結構，雖然可以減少電纜長度，但是增加的LAN介質及相關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，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)的擴展。它采用主站輪詢式，大大加重了主站負擔。

　　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構，特別適合工業(yè)過程監(jiān)控設備的互聯(lián)，并已公認為最有前途的現(xiàn)場總線之一。
　　CAN總線是一種有效支持分布式控制或實時控制的串行通信網(wǎng)絡。CAN可實現(xiàn)全分布式多機系統(tǒng)，且無主、從機之分；CAN可以用點對點、一點對多點及全局廣播幾種方式傳送和接收數(shù)據(jù)；CAN直接通訊距離最遠可達10km(傳輸率為5kbps)，通迅速率最高可達1Mbps(傳輸距離為40m)；CAN總線上節(jié)點數(shù)可達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、遠程幀、錯誤幀和超載幀。
　　CAN總線基于下列5條基本規(guī)則進行通信協(xié)調：
　　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進行編碼。
　　4.出錯標注　當檢測到位錯誤、填充錯誤、形式錯誤或應答錯誤時，檢測出錯條件的CAN控制器將發(fā)送一個出錯標志。
　　5.超載標注　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)場智能儀表進行標定、調整及運行診斷，甚至可在故障發(fā)生前進行預測。遠程維護和控制在采用數(shù)字通信和現(xiàn)場儀表后也將成為可能。