can總線協(xié)議控制器的分析與設計

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1、武漢科技大學碩士學位論文第3頁這里我們可以看到兩種趨勢，第一是現(xiàn)場有越來越多的信息需要往上送，第二是計算機通信技術越來越向下延伸?，F(xiàn)場總線在功能、要求和結構上有著這樣的發(fā)展趨勢1、功能現(xiàn)場總線的功能是：①經濟、安全、可靠地傳遞信息；②正確使用所傳信息；③及時處理所傳信息。經濟性要求現(xiàn)場總線在傳遞信息的同時，解決現(xiàn)場裝置的供電問題，并要求傳輸介質較廉價。安全性要求現(xiàn)場總線解決防爆問題?？煽啃砸蟋F(xiàn)場總線解決環(huán)境適應性問題，包括電磁環(huán)境適應性(傳輸時不要干擾別人，也不要被別人干擾)、氣候環(huán)境適應性(要耐溫、防水、防塵)、機械

2、環(huán)境適應性(要耐沖擊、耐振動)。正確使用信息要求不同制造商生產的裝置能相互理解所傳信息，這就是現(xiàn)場總線的可互操作性要求。及時處理信息要求現(xiàn)場裝置不要將信息過多地在網(wǎng)絡上往返傳遞，要盡可能地就地處理信息。及時處理信息的要求主要是針對高層次現(xiàn)場總線和智能儀表的，但是這條要求最集中地體現(xiàn)了現(xiàn)場總線技術發(fā)展趨勢一信息處理現(xiàn)場化。2、要求現(xiàn)場總線不僅要求傳輸速度快，在過程控制領域還要求響應快，即實時性要求。這樣“快”就有三種含義。(1)傳輸速度快：指單位時間內傳輸?shù)男畔⒁?，通常用波特率來衡量。這條要求與普通計算機通信是一致的。(

3、2)響應時間短：指突然發(fā)生意外事件時，儀表將該事件傳輸?shù)骄W(wǎng)絡上或執(zhí)行器接收到該信息馬上執(zhí)行所需的時間。這個時間是由4個方面決定的：①儀表或執(zhí)行器控制中斷的能力；②信息在通信協(xié)議的應用層與物理層之間的傳輸時間；③等待網(wǎng)絡空閑的時間；避免信息在網(wǎng)絡上碰撞的時間。由于這個時間對大多數(shù)通信協(xié)議是一個隨機數(shù)，因此大部分通信協(xié)議不給這個參數(shù)。過程控制系統(tǒng)通常并不要求這個時間達到最短，但它要求最大值是預先可知的，并小于一定值。(3)巡回時間短指系統(tǒng)與所有通信對象都至少完成一次通信所需的時間。這個時間一般可由系統(tǒng)組態(tài)來調整。對那些單純靠

4、優(yōu)先級解決實時性的搶先式通信系統(tǒng)，當高優(yōu)先級事件發(fā)生比較頻繁時，低優(yōu)先級事件會長時間得不到響應；對這類通信協(xié)議，巡回時間是隨機量，預先不可知。過程控制系統(tǒng)希望最長巡回時間是預先可知的，并小于一定值。響應時間和巡回時間反映了實時性，而實時性與通信協(xié)議有很密切的關系。現(xiàn)場總線采用兩種技術來實現(xiàn)實時性。一種是簡化技術。將網(wǎng)絡形式簡化成線形(實際上已經不成其為“網(wǎng)”了)，將通信模型簡化為只有一、二層；將節(jié)點的信息簡化到只有幾比特。經過以上簡化，節(jié)點的訪問就非?？炝恕＿@也可以通過極大地提高通信傳遞速度來縮短節(jié)點訪問時間，這時雖然理

5、論上某些現(xiàn)場總線的節(jié)點訪問時問還有某種不確定性，但是反復發(fā)生不確定事件的概率很低，可以在一些非關鍵部位使用這種現(xiàn)場總線。節(jié)點訪問快了，就可以簡化系統(tǒng)的管理，這時采用主一從方式輪詢訪問，只要限制網(wǎng)絡輪詢的規(guī)模，就可以將響應控制在指定的時問內。采用這種技術可大大降低總線的成本，大多數(shù)位式丌關量現(xiàn)場總線采用這種技術。第4頁武漢科技大學碩士學位論文另一種是采用網(wǎng)絡管理和數(shù)據(jù)鏈路調度技術來實現(xiàn)實時性，這是一種很復雜的技術。一般認為，分時式實時系統(tǒng)的響應具有可預知性，但資源利用率低；搶先式實時系統(tǒng)資源利用率高，但往往響應具有不可預知

6、性。現(xiàn)在的現(xiàn)場總線往往采用兩者結合的方式進行管理和調度，以達到某種平衡。改善現(xiàn)場總線的實時性，減少響應時間的不確定性是現(xiàn)場總線的重要發(fā)展趨勢。3、結構大部分現(xiàn)場總線的結構是線狀的，雖然現(xiàn)場總線的拓撲結構可以是總線型、星型、環(huán)行、回路型等：但在大多數(shù)現(xiàn)場總線中，從一點到另外一點的通信路徑是比較固定的。線狀結構的優(yōu)點是：①解決網(wǎng)絡供電比較容易；②解決安防比較容易；③使通信協(xié)議中可以舍去與路徑有關的幾層，有利于改善實時性。很顯然，在線狀結構時一條現(xiàn)場總線支路的電源負載是確定的，沿總線電源電壓的變化也是可以預料的。在網(wǎng)狀結構中一

7、定會出現(xiàn)多電源供電情況，各電源的負載平衡，以及網(wǎng)絡中各節(jié)點處的電壓下降，都比較難以預料。上述情況說明現(xiàn)場總線并不只是一項通信技術，它是通信技術、儀表智能化技術及自動控制技術的結合產物。雖然并不是所有的現(xiàn)場總線都滿足了上述要求，但這些要求是用于過程控制的現(xiàn)場總線所追求的目標。1．2CAN總線控制器局域網(wǎng)CAN是由ISO定義的串行通訊總線。它最初出現(xiàn)在80年代末的汽車工業(yè)里，它的基本設計規(guī)范要求有高的位速率、高抗電磁干擾性，而且能夠檢測出產生的任何錯誤?；谝陨咸匦裕珻AN串行通訊總線很自然地在汽車制造業(yè)以及航空工業(yè)中受到廣

8、泛應用，并且逐步進入到工業(yè)控制領域。1．2．1CAN總線簡介CAN全稱為ControllerAreaNetwork，即控制器局域網(wǎng)。它是國際上應用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。最初，CAN被設計作為汽車環(huán)境中的微控制器通訊，在車載各電子控制裝置ECU之間交換信息形成汽車電子控制網(wǎng)絡。比如發(fā)動機管理系統(tǒng)、變速箱控制器、儀表裝備