总线技术及CAN总线技术简介

　　一、现场总线技术简介

　　1.什么是现场总线

　　现场总线是20世纪90年代发展形成的，用于过程自动化、制造自动化、楼宇自动化、家庭自动化等领域的现场设备互连的通信网络，是现场通信网络与控制系统的集成。

　　2.现场总线的特点

　　1）现场总线的结构特点

　　与传统的控制系统在设备之间采用一对一的连线，测量变送器、控制器、执行器、开关、电机之间均为一对一的物理连接，而在现场总线系统中，个现场设备粉笔作为总线上的一个网络节点，设备之间采用网络式连接是现场总线系统在结构上最显着的特征之一。在两根普通导线制成的双绞线上，挂着几个、十几个自控设备。总线在传输多个设备的多宗信号，如运行参数、设备状态、故障、调校与维护信息等的同时，还可以为总线上的设备提供直流工作电源。

　　2） 现场总线的技术特点

　　现场总线是控制系统运行的命脉、通讯的枢纽，因而应关注系统的开放性、互可操作性、通讯的实时性、以及对环境的适应性等问题：

　　●系统的开放性

　　系统的开放性体现在通信协议公开，不同制造商提供的设备之间可实现网络互连与信息交换。这里的开放是指对相关规范的一致与公开，强调对标准的共识与遵从。一个开放系统，是指它可以与世界上任何一家制造商提供的、遵守相同标准的其他设备或体统相互连接。用户可以根据自己的需要，把来自不同制造商的商品组合成适合自己控制应用需要的系统。

　　●互可操作性

　　互可操作性，是指网络中互连的设备之间可实现数据信息传送与交换。也意味着，对不同生产厂家的性能类似的设备可以相互交替换。

　　●通讯的实时性与确定性

　　现场总线系统的基本任务是实现测量和控制，而有些测控任务是有严格的时序和实时性要求的，达不到这个要求或因时间同步问题影响了网络节点间的动作时序，有时会造成灾难性的后果，这就要求现场总线系统能提供相应的通信机制，提供时间发布于时间管理功能，满足控制系统的实时性要求。

　　3.总线技术的分类

　　1）CAN总线

　　CAN总线（Controller Area Network）是控制器局域网的简称，是德国Bosch公司在1986年为解决现代汽车中众多的测量控制部件之间的数据交换而开发的一种串行数据通信总线。

　　现在已经成为ISO国际标准ISO11898.

　　2）基金会现场总线FF

　　基金会现场总线FF（Foundation Fieldbus）的主要组织研发者是现场总线基金会，已被列入IEC61158标准。这是为与自动化系统更好的衔接，特别是为了满足自动化系统在功能、环境与技术上的需要而设计的。FF适合在流程的工业的生产现场工作，能适应安全防爆的需要，还可通过通信总线为现场设备供电。

　　3）PROFIBUS

　　PROFIBUS是Process Fieldbus的缩写，是面向工厂自动化和流程自动化的一种国际性的现场总线标准。它已被广泛应用于制造业自动化（汽车制造、装瓶系统、仓储系统）、过程自动化（石油化工、造纸和纺织品工业企业）、楼宇自动化（供热空调系统）、交通管理自动化、电子工业和电力输送等行业。

　　二、CAN总线技术简介

　　1.CAN总线技术简介

　　CAN全称为Controller Area Network,即控制器局域网，CAN总线是国际上应用最为广泛的现场总线之一。最初，CAN总线技术被应用到汽车环境中的微控制器通信，在车载各电子控制装置ECU之间交换信息，形成汽车电子控制网络。

　　2. CAN技术的发展历史

　　1986年2月，Robert Bosch公司在汽车工程协会的大会上介绍了一种新型的串行总线-CAN,那是CAN诞生的标志。今天，在欧洲几乎每一辆新的轿车上均配有CAN总线。

　　在1980年的早些时候，Bosch公司的工程师就开始论证当时的串行总线用于客车系统的可能性，因为没有一种现成的网络方案能够满足汽车工程师们的要求。于是，这种新的总线系统被称为“汽车串行控制器局域网”.这种多网络的方案基于非破坏性的仲裁机构，能够确保高优先级报文的无延迟传输，并且，不需要在总线上设置主控制器。

　　此外，Bosch公司以及实现了数种在CAN中的错误检测机制。该错误检测也包括自动断开故障节点功能，以确保能继续进行剩余节点之间的通信。传输的报文并非根据报文发送器/接收器的节点地址识别，而是根据报文的内容识别。同时，用于识别报文的标识符也规定了该报文在系统中的优先级。

　　3.CAN局域网的技术特点

　　1）CAN的性能特点

　　国际标准ISO11898定义的CAN（ControllerArea Network）总线全称是全数字式现场控制设备互连总线，它是有效的支持分布式控制以及实时控制的串行通信网络。与其他总线比较起来，CAN总线的数据通讯具有突出的可靠性、实时性和灵活性。其主要特点是：

　　CAN以多主机方式工作，网络上任一节点均可在任意时刻主动地向网络上其他几点发送信息，而不分主从，通信方式灵活，且无需站地址等节点信息。利用这一特点可以方便的构成多机备份系统。

　　CAN网络上的节点信息分为不同的优先级，可满足不同的实时要求，优先级的数据最快可在134μs内得到传输。

　　通信的硬件接口相对比较简单，通信线少，通信线可以为同轴电缆、双绞线或光缆，甚至可以通过滑环进行信息传输。

　　4.CAN总线应用层协议

　　CAN总线协议本身只定义了物理层和数据链路层的规范，这使得CAN能够更广泛的适应不同的应用条件，但也给用户使用CAN带来了不便。用户在应用CAN协议时，必须根据实际需要自行定义CAN高层协议。

　　了解了以上总线技术及CAN总线技术的简单介绍。现场总线控制系统FCS采用了现代计算机技术中的网络技术、微处理技术以及软件技术，实现了现场仪表之间的数字连接及现场仪表的数字化，给工业生产带来了巨大的效益，降低了现场仪表的初始安装费用，节省了电缆以及材料费和人工成本，不但曾强对现场控制的控制更为灵活，信号传递的精度更是提高了不少，同时还减少了系统运行维护的工作任务。现场总线技术的不断发展，带动了一次工厂生产中应用的自动化系统及信息集成技术的一次飞跃，新的现场总线技术已经在自动化监控系统中已经初露端倪。

　　总之，CAN总线及其他总线技术一定会在以后的工业生产中发挥更大的作用。