CAN總線在綜合錄井儀中的應(yīng)用

一、現(xiàn)場(chǎng)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(guó)內(nèi)外普遍裝備的這種系統(tǒng)都由現(xiàn)場(chǎng)傳感器、接口與計(jì)算機(jī)設(shè)備組成。由于現(xiàn)場(chǎng)傳感器與接口之間傳輸?shù)氖悄M信號(hào)，每一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)傳感器都必須通過(guò)一根線纜輸出模擬信號(hào)，這樣就有多達(dá)20根以上的信號(hào)電纜，從而使現(xiàn)場(chǎng)傳感器線纜的架設(shè)、維護(hù)、檢修在綜合錄井儀進(jìn)場(chǎng)/撤場(chǎng)的工作量中占有相當(dāng)大的比重。

　　很久以來(lái)，一直有人在努力希望能解決上述問(wèn)題。國(guó)外如Honeywell公司推出了Hart協(xié)議傳感器，在4~20mA輸出信號(hào)上添加了數(shù)字信號(hào)。國(guó)內(nèi)也曾經(jīng)利用一根多芯的總電纜來(lái)傳輸20多個(gè)模擬信號(hào)。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(wèn)題有了妥善的解決方法。這就是現(xiàn)場(chǎng)總線，其含義是能滿足設(shè)備層需求造價(jià)低廉又能經(jīng)受住工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)酷環(huán)境的通信系統(tǒng)。

　　對(duì)現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)總線的最大優(yōu)點(diǎn)是可以大幅度減少連接線纜，降低維護(hù)及安裝費(fèi)用；由于采用串行數(shù)字通訊，現(xiàn)場(chǎng)總線在傳遞多個(gè)過(guò)程變量的同時(shí)，還能傳送必要的診斷信息，這樣就為發(fā)展遠(yuǎn)程維護(hù)提供了可能。

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

　　本文重點(diǎn)介紹現(xiàn)場(chǎng)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(gè)高速、長(zhǎng)距離、經(jīng)濟(jì)、抗干擾性強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，特別適合于實(shí)時(shí)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(guó)BOSCH公司從80年代初為解決汽車中眾多控制與測(cè)試儀器間的數(shù)據(jù)交換而開(kāi)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(wú)論是高速網(wǎng)絡(luò)還是低成本各節(jié)點(diǎn)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(diǎn)是廢除了傳統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)地址編碼，而代之以對(duì)數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼。采用這種編碼方式的優(yōu)點(diǎn)是可以使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)數(shù)在理論上不受限制。另一優(yōu)點(diǎn)是可以讓不同的節(jié)點(diǎn)同時(shí)接收到相同的數(shù)據(jù)。

　　CAN總線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)長(zhǎng)度為8個(gè)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(diǎn)：

　　多主總線結(jié)構(gòu)。

　　依據(jù)優(yōu)先權(quán)進(jìn)行總線訪問(wèn)。

　　優(yōu)先權(quán)的仲裁對(duì)總線上的數(shù)據(jù)無(wú)破壞。

　　配置靈活，增加節(jié)點(diǎn)非常容易。

　　錯(cuò)誤檢測(cè)功能強(qiáng)大，能區(qū)分暫時(shí)錯(cuò)誤和永久性錯(cuò)誤，故障節(jié)點(diǎn)能自動(dòng)關(guān)閉。

　　在CAN的開(kāi)發(fā)過(guò)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(lái)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)ISO也正式頒布了CAN國(guó)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(hào)線CAN-H及CAN-L用來(lái)傳送差分電平信號(hào)（這類似于RS-485對(duì)RS-232的改進(jìn)）所以在傳輸距離、速率及抗干擾方都要更出色。

　　CAN節(jié)點(diǎn)（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(shí)碼最多可由29位二進(jìn)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(gè)節(jié)點(diǎn)都可以成為講者。那么當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)同時(shí)有二個(gè)以上講者時(shí)，如何避免出現(xiàn)信息沖突呢？

　　CAN采用對(duì)數(shù)據(jù)塊編碼逐位仲裁的方法來(lái)解決沖突。當(dāng)總線空閑時(shí)，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(shí)接收總線上的信息，所收非所發(fā)時(shí)，該節(jié)點(diǎn)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(shí)，再開(kāi)始發(fā)送。

　　CAN總線上的信息為兩種互補(bǔ)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(shí)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(jiàn)當(dāng)多節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)塊編碼時(shí)，在某一位上率先出現(xiàn)顯性位的節(jié)點(diǎn)，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(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。

　　通過(guò)以上介紹，可以看出節(jié)點(diǎn)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(jì)算機(jī)相聯(lián)系的。CAN總線通過(guò)CAN適配卡與采集計(jì)算機(jī)相聯(lián)。CAN適配卡插在PCI總線上，每塊適配卡具有二個(gè)CAN口，每個(gè)CAN口最多配接64個(gè)節(jié)點(diǎn)。

　　CAN總線長(zhǎng)度與通訊速率相關(guān)

位速率 最大總線長(zhǎng)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(kāi)科技工程公司開(kāi)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(guò)了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地試驗(yàn)并成功投入商業(yè)運(yùn)行。

主要特點(diǎn)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(chǎng)的安裝，應(yīng)用與檢查維護(hù)錄井儀器。

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