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1、CAN總線改造A3000過程控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)方案A3000過程控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)控制使用CAN總線，它具有的優(yōu)勢(shì)：CAN總線通訊速度快(最高1Mbps),通訊距離遠(yuǎn)(不用中繼最遠(yuǎn)10KM),且每幀通信數(shù)據(jù)均有CRC校驗(yàn)、位校驗(yàn)及其它總線錯(cuò)誤處理措施，抗干攏性能極強(qiáng)，通訊穩(wěn)定。CAN(ControllerAreaNetwork)稱為控制局域網(wǎng)，屬于總線式通訊網(wǎng)絡(luò).CAN總線規(guī)范了任意兩個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)之間的兼容性，包括電氣特性及數(shù)據(jù)解釋協(xié)議，CAN協(xié)議分為二層：物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。物理層決定了實(shí)際位傳送過程中的電氣特性，在同一網(wǎng)絡(luò)中，所有節(jié)點(diǎn)的物理層必須保持一致，但可以采用不同方式的物理層。CAN的數(shù)據(jù)鏈路2、層功能包括幀組織形式，總線仲裁和檢錯(cuò)、錯(cuò)誤報(bào)告及處理，確認(rèn)哪個(gè)信息要發(fā)送的，確認(rèn)接收到的信息及為應(yīng)用層提供了接口。CAN網(wǎng)絡(luò)具有如下特點(diǎn)：CANBUS網(wǎng)絡(luò)上任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)向網(wǎng)絡(luò)上的其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從。通訊靈活，可方便地構(gòu)成多機(jī)備份系統(tǒng)及分布式監(jiān)測(cè)、控制系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)可分成不同的優(yōu)先級(jí)以滿足不同的實(shí)時(shí)要求。采用非破壞性總線裁決技術(shù)，當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向網(wǎng)絡(luò)上傳送信息時(shí)，優(yōu)先級(jí)低的節(jié)點(diǎn)主動(dòng)停止數(shù)據(jù)發(fā)送，而優(yōu)先級(jí)高的節(jié)點(diǎn)可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)。具有點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)及全局廣播傳送接收數(shù)據(jù)的功能。通訊距離最遠(yuǎn)可達(dá)10KM/5KBPS，通訊速率最高可達(dá)1MBPS/40M。網(wǎng)絡(luò)3、節(jié)點(diǎn)數(shù)實(shí)際可達(dá)110個(gè)。每一幀的有效字節(jié)數(shù)為8個(gè)，這樣傳輸時(shí)間短，受干擾的概率低。每幀信息都有CRC校驗(yàn)及其它檢錯(cuò)措施，數(shù)據(jù)出錯(cuò)率極低，可靠性極高通訊介質(zhì)采用廉價(jià)的雙絞線即可，無特殊要求。在傳輸信息出錯(cuò)嚴(yán)重時(shí)，節(jié)點(diǎn)可自動(dòng)切斷它與總線的聯(lián)系，以使總線上的其它操作不受影響。 1. 適用范圍 本文檔說明建設(shè)一個(gè)實(shí)際的 CAN-bus 網(wǎng)絡(luò)時(shí)，對(duì)通訊電纜、總線連接器的選擇與計(jì)算，以及一些保障通訊可靠、提高抗干擾能力的經(jīng)驗(yàn)措施。2. 電纜選擇 2.1 最低要求 通常，CAN-bus 總線采用差分信號(hào)傳輸方式，以雙絞線作為物理層，需要有 2 根線作為差分信號(hào)線（CAN_H、CAN_L）。如果使用屏蔽雙絞線4、，屏蔽層應(yīng)被連接到 CAN_Shield或外殼。 2.2 電纜選擇的要素 l 線長如果外部干擾比較弱，CAN-bus 總線中的短線（長度0.3m，例如在 T 型連接器)可以采用扁平電纜。通常，用帶屏蔽層的雙絞線作為差分信號(hào)傳輸線會(huì)更可靠。帶屏蔽層的雙絞線通常被用作長度大于 0.3m的電纜。 l 波特率由于取決于傳輸線的信號(hào)延遲時(shí)間，CAN-bus 總線的通訊距離可能會(huì)隨著波特率減小而增加。l 外界干擾必須考慮外界干擾，例如由其他電氣負(fù)載引起的電磁干擾。尤其注意有大功率電機(jī)運(yùn)行或其它在設(shè)備開關(guān)時(shí)容易引起供電線路上電壓變化的場(chǎng)合。如果無法避免出現(xiàn)類似于CAN-bus 總線與電壓變化強(qiáng)烈的供電線路并5、行走線的情況，CAN 總線可以采用帶雙屏蔽層的雙絞線。 l 特征阻抗所采用的傳輸線的特征阻抗約為 120。由于 CAN-bus 總線接頭的使用，CAN-bus 總線的特征阻抗可能發(fā)生變化。因此，不能過高估計(jì)所使用電纜的特征阻抗。 l 有效電阻所使用電纜的電阻必須足夠小，以避免線路壓降過大，影響位于總線末端的接收器件為了確定接收端的線路壓降，避免信號(hào)反射，在總線兩端需要連接終端電阻。 2.3 電纜選擇的極限值 2.3.1 電纜結(jié)構(gòu) 為了避免受到外界干擾的影響，傳輸數(shù)據(jù)的電纜通常使用帶有屏蔽層的雙絞線，并且屏蔽層要接到參考地。 下面的圖 2-1、圖 2-2 分別列出了帶單/雙屏蔽層的 CAN電纜剖6、析與連接線示范。圖 2-1 單屏蔽層的CAN電纜剖析與連接圖 2-2 雙屏蔽層的CAN電纜剖析與連接在使用雙層屏蔽線的雙絞線時(shí)，使用者必須注意：電纜的外屏蔽層只能通過一個(gè)連接器的外殼連接到大地上。由于連接器的外殼一般與已接地的設(shè)備前面板相連接，連接到到外屏蔽層的連接器外殼和連接器的 5針在網(wǎng)絡(luò)中一點(diǎn)連接。這可以被應(yīng)用到類似的內(nèi)屏蔽層也接地的設(shè)備上。 2.3.2 電纜有效電阻 國際標(biāo)準(zhǔn) ISO/DIS-11898 有以下推薦值：直流電壓參數(shù)、終端電阻與波特率近似值，可以參考表格 2-1。 表格 2-1 與傳輸線長度相關(guān)的電纜直流參數(shù)推薦值1) 電纜交流參數(shù)推薦值：120 特征電阻、5ns/m延時(shí)7、； 2) 為了把電纜直流電阻引起的電壓衰減降到最小，較大的終端電阻值（例如選用非標(biāo)準(zhǔn)的150300；而在ISO11898 標(biāo)準(zhǔn)中，提供的參考值為“118RT500kbps），與本文的實(shí)際規(guī)范不同。其原因能在于本文的規(guī)范是以接口延時(shí)作為影響CAN 信號(hào)傳輸主要因素時(shí)最壞的情況下制定的。實(shí)際應(yīng)用表明，通常，使用本文推薦的接口參數(shù)能延伸到更長的距離。 當(dāng)然，如果你使用 CiA 推薦的波特率，是沒有任何問題的。如果總線上連接有其它生產(chǎn)商的總線模塊，則應(yīng)該引起注意。 表格 2-5 CAN網(wǎng)絡(luò)位定時(shí)標(biāo)準(zhǔn)（采用晶振為16MHz）1) 注意：總線長度的整數(shù)值是以 5ns/m 的電纜延時(shí)為基礎(chǔ)的，而假定的內(nèi)部延8、時(shí)依賴于這些波特率1M.800Kbps；500k.250Kbps；300ns；125k.100Kbps；450ns；50k.10Kbps：1.5tq。更多的信息參考CiA的出版物。2.4.2 采用本文 CAN接口時(shí)最大的導(dǎo)線長度 使用本文推薦的 CAN接口方式時(shí)，最大的導(dǎo)線長度可以根據(jù)下面的方程式來計(jì)算： 表格 2-6 為導(dǎo)線最大長度的典型值和一些波特率情況下導(dǎo)線的最小長度。 導(dǎo)線最大長度的典型值符合本文的經(jīng)驗(yàn)值，并經(jīng)過實(shí)際測(cè)量的證實(shí)。本文所列數(shù)據(jù)已經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試并遵循 1Mbps 特定值檢查。 最小有效線長已經(jīng)被使用在廠商規(guī)范中最差延時(shí)的場(chǎng)合。這些線長不能通過測(cè)量來證實(shí)，因?yàn)樵难訒r(shí)都很正常9、且好于最差場(chǎng)合規(guī)范的規(guī)定。 由溫度引起的延時(shí)的顯著變化可以被排除。通常由器件生產(chǎn)誤差引起的延時(shí)的偏移比溫度引起的要大。 請(qǐng)注意帶有終端電阻的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成了這些規(guī)范的基礎(chǔ)。每個(gè)線上的電阻（如較長的支線）會(huì)引起有效線長的減少。3. 設(shè)備配線 3.1 配線和連接 CAN網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是“直線式”的；對(duì)比星形或環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)有兩個(gè)“端點(diǎn)”。在兩個(gè)端點(diǎn)上，都有 1 個(gè)大約 120 的終端電阻被連接在 CAN_H和 CAN_L 信號(hào)線上。 請(qǐng)確認(rèn)你總是在總線兩端使用單獨(dú)的終端電阻，因?yàn)楫?dāng)在將來對(duì)網(wǎng)絡(luò)作出一些改變時(shí)，在總線接頭或 PCB 里的電阻很難被發(fā)現(xiàn)。針式的或孔式的 9 針 DB9 連接器都可以被用作CA10、N總線接頭。圖 3-1 CAN-bus網(wǎng)絡(luò)的配線與連接 一些 CAN-bus 模塊支持這種總線結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗麄冇袃蓚€(gè)不同的 DB9 型插座：一個(gè)連接輸入線，另一個(gè)連接輸出線。如果一個(gè)模塊被從鏈接上移除，CAN 總線能立即互相連接，因?yàn)橐粋€(gè)有孔式的 DB9連接器而另一個(gè)有一個(gè)針式的 DB9連接器。 通常情況下，總線端點(diǎn)僅有一個(gè) CAN連接的設(shè)備。它的連接可以通過一個(gè) T 型連接器。總線末端支線長度應(yīng)盡可能的短。通常，接近 0.3m的長度是可以得到保證的。 參考電位對(duì) CAN總線有影響，因?yàn)槊總€(gè)模塊彼此之間是相互隔離的。參考電位在網(wǎng)絡(luò)中的某一點(diǎn)被接地。請(qǐng)確認(rèn)只有一個(gè)接地點(diǎn)，否則會(huì)在 CAN_GND線11、上形成地環(huán)流。 如果連接了一個(gè)沒有電氣隔離的 CAN接口，產(chǎn)生的效果就像連地。因此，最多只能連接一個(gè)沒有電氣隔離的 CAN接口。 所有 CAN產(chǎn)品都應(yīng)該具備電氣隔離接口。實(shí)際上如果模塊沒有電氣隔離接口，將在模塊手冊(cè)里被特別提及。 如果使用單層屏蔽電纜時(shí)，作為 CAN_GND的屏蔽線不能連接到 DB9 接頭的屏蔽層，只能與 pin 3和/或 pin 6連接。屏蔽層肯定在某一點(diǎn)處被接地（PE）。因此，可以采用特殊的連地的終端。 如果使用了雙層屏蔽電纜，對(duì)于內(nèi)屏蔽層，類似于單層屏蔽電纜屏蔽層的應(yīng)用：作為 CAN_GND 信號(hào)線且在某一點(diǎn)處接地(PE)。 外屏蔽層同樣應(yīng)該在某一點(diǎn)處接地（PE）。但不是作為 CAN_GND。而是，外屏蔽層應(yīng)該總是被連接到 DB9 插座的接頭屏蔽層。如果連接器沒有屏蔽層（如扁平電纜連接器）外屏蔽層還需要連接到 pin 5 以確保可靠的接地。