CAN总线协议
及CAN在工业控制中的应用集散控制与现场总线技术
指导老师：秦刚
授课学生：梁涛、刘斌、马超、杨宏
CAN总线
两个部分：
第一部分：CAN总线的基本概念 第二部分：CAN总线的应用
引言
现场总线简述
引言
为了适应越来越多的异种计算机系统间互联的“开放式”系统的需要，人们建立了开放系统互联（OSI，Open System Interconnection）的基本参考模式，并于1983年制定了该参考模式的国际标准（ISO7498）。从此奠定了系统互联标准开放的基础，对数据通信系统产品的发展起到了重要的促进作用。ISO7498定义了OSI的7层体系结构。其中，每个层次都在信息交换的任务中担当相对独立的角色、具有
特定的功能。
由于微处理器的嵌入式应用，导致工业测控领域中各种仪器仪表、自动化装置和设备的智能化逐步下移。此变革适应了建立分布式测控系统的需要和实现工业过程控制系统“危险彻底分散”的要求，逐步发展为现场总线控制系统（FCS，Fieldbus Control System）.FCS采用全分散式的体系结构，现场智能仪器仪表和智能化装置具有高度的自治性。即使局部出现问题，系统中的其他问题仍然可以按既定的控制规律继续运行，从而大大提高了整个系统的可靠性。FCS的信号传输实现了全数字化，执行测控任务的节点将采集到的数据和所执行的操作等信息转化为数字信号向网上发送，执行管理
任务的节点以数字形式向网上发送命令。由于通信
电缆（双绞线）是所有节点之间的惟一连接，避免
了模拟信号传输过程中的干扰，降低了对环境、接
地等的要求，并保证数据的一致性。由于FCS在体系结构、价格、安全性和开放性等方面的优势，从21
世纪起将取代DCS成为过程控制系统的主流。
现场总线是一种全数字的双向多站点通讯系统，按ISO7498标准（OSI）提供网络互联，具有可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强、通讯速率高、造价
低和维护成本低等特点。传统的4~20mA控制回路通
常只能传输代表过程变量的一个信号，而现场总线
能够在传送多个过程变量的同时一并传送仪表的标
识符和简单的诊断信息等。由于现场总线是双向的，因此，能够从
中心控制室对现场智能仪器仪表进行控制，使远程调整、诊断和维护成为可能，甚至能够在故障发生前预测。符合开放式标准的兼容性可以使用户选择不同厂家的产品来构成FCS系统，用户的权益得到了很好的维护。
在过去的十几年内，现场总线技术得到了迅速的发展，现场总线仪表已成为智能仪器的重要分支和发展方向之一。但现场总线至今未能形成统一的国际标准，造成了多种现场总线共存的局面。一方面由于现场总线是应用于现场过程控制的通讯网络，涉及许多底层设备的不同行业标准和用户习惯的继承，以及不同类型网络互联协议的制定；另一方面，各厂家都希望自己的技术标
准占有更大份额，以便使国际标准给自己带来更大利益。目前，世界上较为流行的现场总线有：LONGWORKS，CAN，PROFIBUS，HART，FF等。鉴于CAN（Control Area Network）总线技术成熟、在智能仪器和其他现场智能设备中应用广泛，在计算机测控系统发展的初期，由于计算机技术尚不发达，计算机价格昂贵，所以人们企图用一台计算机取代控制室内的所有仪表，因此出现了集中式数字测控系统。但这种测控系统可靠性差，一旦计算机出现故障，就会造成整个系统瘫痪。随着计算机可靠性的提高和价格的大幅度下降，出现了集中、分散相结合的集散控制系统(DCS)。在DCS 中，由测量传感器，变送器向
计算机传送的信号为模拟信号，下位机和上位机之间传递的信号为数字信号，所以它是一种模拟、数字混合系统。
现场控制总线的特点：
1）全数字化通信：现场总线系统是一个“纯数字”系统，而数字信号具有很强的抗干扰能力，所以，现场的噪声及其他干扰信号很难扭曲现场总线控制系统里的数字信号，数字信号的完整性使得过程控制的准确性和可靠性更高。
2 ）一对N结构：一对传输线，N 台仪表，双向传输多个信号。这种一对N结构使得接线简单，工程周期短，安装费用低，维护容易。如果增加现场设备或现场仪表，只需并行挂接到电缆上，无须架设新的电缆。
3 ）可靠性高：数字信号传输抗干扰强，精度高，无须采用抗干扰和提高精度的措施，从而降低了成本。
4 ）可控状态：操作员在控制室既可以了解现场设备或现场仪表的工作情况，也能对其进行参数调整，还可预测或寻找故障。整个系统始终处于操作员的远程监视和控制之中，从而提高了系统的可靠性、可控性和可维护性。
5 ）互换性：用户可以选择不同制造商所提供的性价比最优的现场设备，并将不同品牌的仪表互联。即使某台仪表发生故障，换上其他品牌的同类仪表也能照常工作，实现了“即接即用”。
6 ）互操作性：用户把不同制造商各种品牌的仪表集成在一起，进行统一组态，构成其所需的控制回路，而不必绞尽脑汁，为集成不同品牌的产品在硬件或软件上花费力气或增加额外投资。
7 ）综合功能：现场仪表既有检测、变换和补偿功能，又有控制和运算功能，满足了用户需求，而且降低
了成本。
8 ）分散控制：控制站功能分散在现场仪表中，通过现场仪表即可构成控制回路，实现了彻底的分散控制，提高了系统的可靠性、自治性和灵活性。
9 ）统一组态：由于现场设备或现场仪表都引入了功能块的概念，所有制造商都使用相同的功能块，并
统一了组态方法，使组态变得非常简单，用户不需
要因为现场设备或现场仪表种类不同而带来的组态
方法的不同，再去学习和培训。
10 ）开放式系统：现场总线为开放互联网络，所有技术和标准全是公开的，所有制造商必须遵循。这样，用户可以自由集成不同制造商的通信网络，既可与同层网络互联，也可与不同层网络互联，还可极其方便地共享网络数据库。