摘要：CAN總線是一種局域網，主要應用于工控領域。特點是：多主工作方式，優先級傳輸，地址過濾，遠距離傳輸，兼容性好，錯誤檢測能力強，接口應用靈活。RSM智能分布式系統是CAN總線的一種典型應用。RSM系統由上位機（工控機）、ISA總線CAN通信卡（也可是PCI總線或PC104 CAN總線通信卡）、RSM智能模塊、傳輸媒體和相關軟件構成。其網絡節點可以是傳感器、執行器、PC、PLC、智能模塊等，可以在幾米到10公里的范圍內進行通信。RSM智能模塊主要是輸入輸出模塊，帶有功能很強底層軟件，在模塊實現中可以實現對所有的輸入處理、輸出增量的計算、輸出，保證了調節回路的安全性、可靠性。CAN總線還能與以太網連接，與微機進行通信，這樣大大擴大了CAN總線的應用范圍。 1、 CAN總線技術特點 CAN即控制器局域網絡屬于現場總線范疇，它是一種有效支持分布式控制或實時控制的串行通信網絡。它的應用范圍遍及高速網絡到低成本的多線路網絡。CAN具有以下特點： （1）多主依據優先級進行總線訪問 CAN為多主工作方式，網上任意一個節點可向網上其它節點發送信息。CAN通信的實時性強，它的節點信息分成不同的優先級，能保證高優先級的數據實時得到傳輸。 （2） 無破壞的依據優先權的仲裁 CAN在多個節點同時訪問總線時，優先級較低的節點會主動退出數據發送，優先級高的節點可以優先發送。此后，被延后的低優先級節點重新進行數據傳輸，幾乎不受影響。這樣，即使在負載很重的情況下也能保證系統不會癱瘓。 （3）借助接收濾波的多地址幀傳送 CAN通信控制器芯片一般都具有地址過濾的功能。通過地址過濾可以減輕微控制器的負擔。該過濾可以針對一組，而不是單一地址進行過濾。 （4） 遠程數據請求 CAN的直接通信距離（不借助任何中繼器）最長可達10公里，CAN通信協議約定4種不同的幀格式，其中“遠程幀”用于申請數據。 （5） 全系統數據兼容，系統靈活 在CAN系統中，一個CAN節點不使用有關系統結構的任何信息。節點可在不要求所有節點及其應用層改變任何軟件或硬件的情況下接于CAN網絡。在CAN網絡中，可以確保報文同時被所有節或沒有節點接收。 （6） 嚴格的錯誤檢測和界定 CAN通信協議的數據鏈層的MAC子層具有嚴格的錯誤檢測功能，包括監測、填充規則校驗、幀校驗、15位循環冗余碼校驗和應答校驗。CAN的節點有能力識別永久性故障和暫時擾動，對錯誤作出界定，對已損報文進行標注并自動最新發送，對故障計數大于255對時，節點被“脫離總線”，脫離總線狀態不允許對總線有任何影響。 （7） 通信介質多樣，組合方式靈活 CAN的通信媒體較多，有雙絞線、同軸電纜、光纜、無線等，在實際系統的應用中，往往靈活地混合使用。 2、 CAN技術應用 基于SDS協議的RSM系統是一種CAN總線的典型應用方法。SDS是1994年由Honeywell Micro Switch部推出的基于CAN總線標準的應用層協議。為了提高速度和可靠性，該協議提供一針對設備級控制的報文和服務，可以是掃描、主－從或對等通信。SDS的標準已公開發布，不收費。其網絡節點可以是傳感器、執行器、PC、PLC、智能模塊等，最大網絡節點數為64。SDS主要用于過程檢測、控制。 （1）RSM智能分布式系統的組成 RSM系統是由上位機（工控機）、ISA總線CAN通信卡（也可是PCI總線或PC104 CAN總線通信卡）、RSM智能模塊、傳輸媒體和相關軟件構成。（圖略） 上位機最多可配備4臺，互為冗余；智能模塊1～60個，在無擴展中繼器的情況下節點總數不超過64點。通信距離和通信速度符合CAN規定的通信規范，64個節點可以分布在幾米到10公里的范圍內。通信協議符合ISO11898 2.0A和SDS。 （2） RSM智能模塊 RSM智能模塊共有14種，采用電源、CPU、現場信號和通信口相隔離的設計，輸入端設有無源低通濾波器，用來抑制共模、差模干擾。通過看門狗電路設計，實現模塊的自恢復功能。 ① RSM智能模塊絕大部分是輸入輸出模塊，調節回路可以跨模塊構成回路。但考慮到調節回路的安全性，為了保證在上位機或整個通信線路出現重大故障時回路調節不受到影響，設計了隔離型、自整定PID、隔離型溫度調節器（RSM22）等帶有調節功能的模塊。它們的輸入輸出通道都在同一模塊中，其底層軟件的功能很強，所有的輸入處理、輸出增量的計算（多種調節算法可通過組態選擇，包括串級調節）、輸出，包括自整定模塊的過程參數的自動識別都在本模塊實現，保證了調節回路的安全性、可靠性。 　 ＊ RSM22是一個帶有CAN通信功能的隔離型溫度控制器。該模塊有一個溫度輸入點，可以是熱電阻或熱電偶信號，有一個模擬量輸出，供輸出執行機構是連續變化的控制系統使用；還有一路是數字量輸出，供執行機構是兩位式的控制系統使用。這個控制器可以單獨作為一個溫度調節器使用，因為在該模塊上提供了完整的顯示窗口和操作按鈕，可以設定溫度設定值、PID調節參數等運行過程中可以顯示被控對象的PV值和SV值。該模塊可以根據設定的5個溫度控制點及升、降溫的時間實現自動調溫。 RSM22帶有CAN通信口，可以與微機實現通信，也就是說RSM22可以接入SDS。通過上位機實現對多個節點上的溫控模塊設定各溫度控制點的溫度、PID值、升溫時間等控制參數，并實時記錄各溫控器的溫度測量值，描繪出溫度變化曲線，供實驗人員對實驗結果進行分析。 ② 總線或通信協議轉換模塊，如RS232/CAN、485/CAN、并口信號/CAN等轉換模塊。目的是將便攜式計算機、帶有串/并口通信的在線儀器和設備與CAN總線連接。 ③ 中繼器模塊包括直通型和擴展型兩種。前者用于延長通信距離，后者用于擴展RSM系統的規模。RSM智能模塊配置充分從硬件角度考慮了用戶系統集成的靈活性和方便程度。用戶可以根據自己的需要構成各種與現場布局、符合過程測控要求的網絡，也可以通過各種通信轉換模塊將各種儀器設備方便地接入網絡。 由于CAN總線通信距離比較長，對環境適應能力比較強，同時價格比較低廉，因此，CAN總線應用面比較廣泛。除一般的過程測控、加工業的控制、汽車測試線等方面使用SDS系統，有的野外項目也使用CAN總線SDS系統，如江河湖泊水位檢測，大型糧食儲備庫的糧情監測等，但野外的使用無論是供電線路還是通信線路（光纜除外），都必須在系統中接入“防雷模塊”。 （3） RSM智能分布式系統的軟件結構 軟件部分包括模塊中的固化軟件、通信驅動軟件、DDE服務器、組態軟件、MMI軟件和用戶軟件。 ① 模塊固化軟件 智能模塊的軟件由一個實時內核通過對多個任務的調度周期性地完成輸入輸出功能、數據處理、通信、輸出和檢錯等工作。模塊和上位機之間的通信一般采用廣播方式，也可由上位機逐個掃描，這些都可以通過系統組態來指定。軟件的本身被固化，以保證在干擾較強的環境中使用。 ② 通信驅動 是指被DDE服務器或用戶軟件調用的動態鏈接庫。 ③ DDE服務器 該程序能夠接收來自組態軟件、MMI軟件以及用戶軟件的DDE連接請求，并將該請求傳遞給通信驅動部分，由通信驅動轉換為通信信號通過傳輸媒體傳遞給智能模塊的固化軟件。并將模塊的應答作為DDE操作的結果返回給上述的組態軟件、MMI軟件及用戶軟件。 ④ MMI軟件 建立人機信息聯系，并且能將各節點傳輸來的數據以圖形、圖表或其它動態方式顯示出來。本系統可以使用任何具有DDE接口的MMI軟件。 ⑤ 組態軟件 負責對整個SDS系統進行組態、信息下載及管理。 ⑥ 用戶軟件 是對MMI軟件功能的補充。該軟件可以通過DDE接口進行數據交換，也可以直接調用通信驅動。 上述軟件均運行在PC Windows或Windows NT平臺上。 3 、CAN總線與以太網連接 如何將各種總線有機地集成于一個系統，充分發揮它們的特長，是今后幾年自動化行業工作的一個重大挑戰。 基金會HSE現場總線是現場總線基金會將H1/H2現場總線技術集成到工廠級INTRANET的關鍵技術。HSE技術包括HSE基礎結構以及4種設備類型：LD連接設備、GD網關設備、ED以太網設備及HD主設備。HSE現場總線建立在廣泛接受的通信標準之上，這些標準包括：IEEE-802.3及其擴展（10M/100M或者更高速以太網），IEEE-802.2以及TCP/IP協議。由于使用了這些工業標準，使HSE可以非常方便地與局域網以及INTERNET集成在一起。由于以太網及TCP/IP標準的廣泛應用，其成熟的技術、低廉的價格以及高速的發展趨勢，使得現場總線技術可以在帶寬上、性能價格比以及信息傳遞上獲得巨大的優勢。 HSE技術綜合了以太網、TCP/IP技術以及基金會現場總線H1/H2技術。以H1協議的應用層為HSE的應用層，以TCP/IP以及以太網協議為HSE的底層協議標準，網絡管理部分既保留了H1標準的網絡管理和系統管理，又利用了“簡單網絡管理協議”（SNMP，RFC1157）及“簡單時間管理協議”（SNTP，RFC2030）作為網絡和系統管理。HSE是各種現場總線基本上都能接收的工廠級網絡標準。是IEC 61158標準中唯一的基于以太網和TCP/IP技術規范。 因此，如果CAN總線系統解決了與HSE的連接問題，就能夠更有效與其它現場總線網絡的進行信息交換，使其應用更為廣泛。