CAN總線在綜合錄井儀中的應(yīng)用

一、現(xiàn)場總線

　　綜合錄井儀是一種典型的分散式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，目前國內(nèi)外普遍裝備的這種系統(tǒng)都由現(xiàn)場傳感器、接口與計算機設(shè)備組成。由于現(xiàn)場傳感器與接口之間傳輸?shù)氖悄M信號，每一個現(xiàn)場傳感器都必須通過一根線纜輸出模擬信號，這樣就有多達(dá)20根以上的信號電纜，從而使現(xiàn)場傳感器線纜的架設(shè)、維護、檢修在綜合錄井儀進場/撤場的工作量中占有相當(dāng)大的比重。

　　很久以來，一直有人在努力希望能解決上述問題。國外如Honeywell公司推出了Hart協(xié)議傳感器，在4~20mA輸出信號上添加了數(shù)字信號。國內(nèi)也曾經(jīng)利用一根多芯的總電纜來傳輸20多個模擬信號。目前，由于在傳感器數(shù)字化技術(shù)及串行數(shù)字通訊技術(shù)方面的不斷發(fā)展，使得上述問題有了妥善的解決方法。這就是現(xiàn)場總線，其含義是能滿足設(shè)備層需求造價低廉又能經(jīng)受住工業(yè)現(xiàn)場嚴(yán)酷環(huán)境的通信系統(tǒng)。

　　對現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及標(biāo)準(zhǔn)的研究和制定工作始于80年代中期，采用現(xiàn)場總線的最大優(yōu)點是可以大幅度減少連接線纜，降低維護及安裝費用；由于采用串行數(shù)字通訊，現(xiàn)場總線在傳遞多個過程變量的同時，還能傳送必要的診斷信息，這樣就為發(fā)展遠(yuǎn)程維護提供了可能。

　　現(xiàn)場總線的研究與應(yīng)用已經(jīng)成為一個熱點，目前，存在著多個現(xiàn)場總線規(guī)范，尚未出現(xiàn)一個統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，但這并不妨礙現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展。在越來越多的工業(yè)測控系統(tǒng)中得到推廣應(yīng)用。

　　本文重點介紹現(xiàn)場總線中的一種，-----控制器局域網(wǎng)CAN（CONTROLLER AERA NETWORK）。

　　與傳統(tǒng)的RS232總線相比，CAN總線是一個高速、長距離、經(jīng)濟、抗干擾性強的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，特別適合于實時系統(tǒng)，其易用性和低成本使得CAN在各領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。CAN總線是德國BOSCH公司從80年代初為解決汽車中眾多控制與測試儀器間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議。這是一種多主總線，因其具有高度的可靠性和數(shù)據(jù)完整性，無論是高速網(wǎng)絡(luò)還是低成本各節(jié)點系統(tǒng)，都大有用武之地。通信速率可達(dá)1Mbps。

　　CAN總線的最大特點是廢除了傳統(tǒng)的節(jié)點地址編碼，而代之以對數(shù)據(jù)塊進行編碼。采用這種編碼方式的優(yōu)點是可以使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點數(shù)在理論上不受限制。另一優(yōu)點是可以讓不同的節(jié)點同時接收到相同的數(shù)據(jù)。

　　CAN總線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)長度為8個字節(jié)，能滿足傳輸控制命令。工作狀態(tài)及傳感器數(shù)據(jù)的需要。

　　CAN主要特點：

　　多主總線結(jié)構(gòu)。

　　依據(jù)優(yōu)先權(quán)進行總線訪問。

　　優(yōu)先權(quán)的仲裁對總線上的數(shù)據(jù)無破壞。

　　配置靈活，增加節(jié)點非常容易。

　　錯誤檢測功能強大，能區(qū)分暫時錯誤和永久性錯誤，故障節(jié)點能自動關(guān)閉。

　　在CAN的開發(fā)過程中，philip公司作了有力的支持，該公司提供的CAN總線通信接口器件中集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)聯(lián)絡(luò)層的功能。

　　由于CAN為越來越多的不同領(lǐng)域采用，也隨著CAN器件供貨商的增多，導(dǎo)致要求各種應(yīng)用領(lǐng)域通信格式的標(biāo)準(zhǔn)化。Philip semi-cONductar制定并發(fā)布了CAN技術(shù)規(guī)范（VERSION2.0）；國際標(biāo)準(zhǔn)委員會ISO也正式頒布了CAN國際標(biāo)準(zhǔn)ISO-118898。

二、CAN與RS-232

　　CAN是真正意義上總線式網(wǎng)絡(luò)，二根信號線CAN-H及CAN-L用來傳送差分電平信號（這類似于RS-485對RS-232的改進）所以在傳輸距離、速率及抗干擾方都要更出色。

　　CAN節(jié)點（NODE）指總線上可以編址的設(shè)備。上文已指出CAN采用數(shù)據(jù)塊編碼方式。CAN數(shù)據(jù)塊的標(biāo)識碼最多可由29位二進制數(shù)組成（CAN2、OB，CAN2.0A為11位）

　　CAN是多主總線系統(tǒng)。通俗地講就是許可每一個節(jié)點都可以成為講者。那么當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)同時有二個以上講者時，如何避免出現(xiàn)信息沖突呢？

　　CAN采用對數(shù)據(jù)塊編碼逐位仲裁的方法來解決沖突。當(dāng)總線空閑時，試圖成為講者的器件向總線逐位發(fā)送數(shù)據(jù)塊編碼，同時接收總線上的信息，所收非所發(fā)時，該節(jié)點試圖成為講者的企圖失敗，應(yīng)停止發(fā)送，轉(zhuǎn)而監(jiān)視總線狀態(tài)，當(dāng)總線出現(xiàn)空閑時，再開始發(fā)送。

　　CAN總線上的信息為兩種互補邏輯值之一：顯性電平（Daminant）表示邏輯0；而隱性電平（Recessive）表示邏輯1。同時向總線上發(fā)送顯性位和隱性位，總線上只能為顯性電平。由此可見當(dāng)多節(jié)點同時發(fā)送數(shù)據(jù)塊編碼時，在某一位上率先出現(xiàn)顯性位的節(jié)點，將獲得總線控制權(quán)，可以繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，直至結(jié)束。獲得通訊權(quán)后，通常情況下一次可發(fā)送8個字節(jié)的數(shù)據(jù)。

　　通過以上介紹，可以看出節(jié)點在總線通信中的優(yōu)先權(quán)是由數(shù)據(jù)塊編碼決定的---編碼越小，優(yōu)先權(quán)越高。

　　設(shè)備層總是要與上一層次的計算機相聯(lián)系的。CAN總線通過CAN適配卡與采集計算機相聯(lián)。CAN適配卡插在PCI總線上，每塊適配卡具有二個CAN口，每個CAN口最多配接64個節(jié)點。

　　CAN總線長度與通訊速率相關(guān)

位速率 最大總線長度

1Mbps 40m

125Kbps 500m

5Kbps 10km

可根據(jù)設(shè)備層的需求，綜合考慮。一般情況下選125Kbps，可兼顧距離和速率。

三、CAN總線型防爆傳感器系統(tǒng)與SK-2000F綜合錄井儀

　　神開科技工程公司開發(fā)了CAN總線型防爆傳感器系統(tǒng)，并已和SK-2000F綜合錄井儀聯(lián)通，通過了現(xiàn)場實地試驗并成功投入商業(yè)運行。

主要特點為：

　　符合CAN規(guī)范，并提供各種附件如CAN主干電纜，CAN分支電纜及T形接頭等。

　　各型傳感器符合防爆要求。

　　極大地方便了現(xiàn)場的安裝，應(yīng)用與檢查維護錄井儀器。

　　現(xiàn)在使用的SK系列儀器均可通過改造各種傳感器升級成為CAN總線型。