|
EMERSON CT 技術服務中心 李慶敏
引言
數shu字zi電dian子zi信xin息xi技ji術shu的de飛fei速su發fa展zhan對dui全quan世shi界jie的de製zhi造zao業ye日ri益yi起qi著zhe巨ju大da的de推tui動dong作zuo用yong，使shi得de製zhi造zao業ye的de各ge種zhong設she備bei的de設she計ji越yue來lai越yue電dian子zi化hua，數shu字zi化hua，網wang絡luo化hua，ECCT產品是艾默生CT推出的一款專門應用於紡織行業的具有CAN總線協議的專用PLC控製器，它不僅滿足了紡織的基本I/O工藝需求，更是把CAN總線協議完美地融合進去，使用戶很輕易地把係統的各種設備通過CAN協議進行連接，本文介紹了CAN總線功能在艾默生CT PLC上的應用。
CAN總線基礎知識簡介
CAN總線（CONTROLLER AREA NETWORK，控製器局部網絡）由德國BOSCH公司首先提出來的，CAN總線是目前工業界廣泛應用的總線。其特點簡要歸納如下：
1）CAN控製器工作於多主站方式，網絡中的各節點都可根據總線訪問優先權(取決於報文標識符)采用無損結構的逐位仲裁的方式競爭向總線發送數據。而利用RS-485隻能構成主從式結構係統，通信方式也隻能以主站輪詢的方式進行，係統的實時性、可靠性較差。
2）CAN協(xie)議(yi)廢(fei)除(chu)了(le)傳(chuan)統(tong)的(de)站(zhan)地(di)址(zhi)編(bian)碼(ma)，而(er)代(dai)之(zhi)以(yi)對(dui)通(tong)信(xin)數(shu)據(ju)進(jin)行(xing)編(bian)碼(ma)，其(qi)優(you)點(dian)是(shi)可(ke)使(shi)網(wang)絡(luo)內(nei)的(de)節(jie)點(dian)個(ge)數(shu)在(zai)理(li)論(lun)上(shang)不(bu)受(shou)限(xian)製(zhi)，加(jia)入(ru)或(huo)減(jian)少(shao)設(she)備(bei)都(dou)不(bu)影(ying)響(xiang)係(xi)統(tong)的(de)工(gong)作(zuo)。同(tong)時(shi)可(ke)使(shi)不(bu)同(tong)的(de)節(jie)點(dian)同(tong)時(shi)接(jie)收(shou)到(dao)相(xiang)同(tong)的(de)數(shu)據(ju)，這(zhe)些(xie)特(te)點(dian)使(shi)得(de)CAN總線構成的網絡各節點之間的數據通信實時性強，並且容易構成冗餘結構，提高係統的可靠性和係統的靈活性。
3）CAN總線通過CAN控製器接口芯片的兩個輸出端CANH和CANL與物理總線相連，而CANH端的狀態隻能是高電平或懸浮狀態，CANL端隻能是低電平或懸浮狀態。這樣就保證不會出現類似在RS-485網絡中係統有錯誤時會導致出現多節點同時向總線發送數據而導致總線呈現短路從而損壞某些節點的現象。而且CAN節jie點dian在zai錯cuo誤wu嚴yan重zhong的de情qing況kuang下xia具ju有you自zi動dong關guan閉bi輸shu出chu功gong能neng，以yi使shi總zong線xian上shang其qi他ta節jie點dian的de操cao作zuo不bu受shou影ying響xiang，從cong而er保bao證zheng不bu會hui出chu現xian象xiang在zai網wang絡luo中zhong，因yin個ge別bie節jie點dian出chu現xian問wen題ti，使shi得de總zong線xian處chu於yu“死鎖”狀態。
4）CAN具有的完善的通信協議可由CAN控製器芯片及其接口芯片來實現，從而大大降低了用戶係統開發的難度，縮短了開發周期，這些是僅僅有電氣協議的RS-485所無法比擬的。
5）與其它現場總線比較而言，CAN總線通信最高速率可達1MBPS，傳輸速率為5KBPS時，采用雙絞線，傳輸距離可達10KM，並且數據傳輸可靠性高；CAN總線是具有通信速率高、容易實現、且性價比高等諸多特點的一種已形成國際標準的現場總線。這些也是目前 CAN總線應用於眾多領域，具有強勁的市場競爭力的重要原因。
CAN總線與RS485方式的區別：
|
特性 |
RS-485方式 |
CAN總線 |
|
拓撲結構 |
直線拓撲 |
直線拓撲 |
|
傳輸介質 |
雙絞線 |
雙絞線 |
|
硬件成本 |
很低 |
每個節點成本有所增加 |
|
總線利用率 |
低 |
高 |
|
網絡特性 |
單主結構 |
多主結構 |
|
數據傳輸率 |
低 |
最高可達1Mbps |
|
容錯機製 |
無 |
由硬件完成錯誤處理和檢錯機製 |
|
通訊失敗率 |
很高 |
極低 |
|
節點錯誤的影響 |
故障節點有可能導致整個網絡癱瘓 |
故障節點對整個網絡無影響 |
|
通訊距離 |
<1.2Km |
可達10Km（5Kbps） |
|
後期維護成本 |
較高 |
很低 |
CAN總線係統結構：CAN總線每個節點需要帶有CAN協議控製芯片及適當的接口電路，節點之間通過雙絞屏蔽線進行總線式連接，首尾節點需要接120R的匹配電阻，通信最高速率可達1MBPS，傳輸速率越低，傳輸距離越遠。係統結構如下：
CAN協議的報文格式：CAN協議支持兩種報文格式CAN2.0A和CAN2.0B; CAN2.0A為標準格式,CAN2.0B為擴展格式;格式分別如下:
CAN2.0A協議報文結構圖如下
CAN2.0B協議報文結構圖如下
標準格式和擴展格式唯一的不同是標識符(ID)長度不同,標準格式為11位(ID10-ID0),擴展格式為29位(ID10-ID0,EID17-EID0)。
在標準格式和擴展格式中,報文的起始位稱為幀起始(SOF),幀起始標誌數據幀或遠程幀的起始，由一個單獨的“顯性”位（0）組成。由控製芯片自動完成，不需要用戶在程序中體現。
然後是由11位標識符（ID10-ID0）（擴展格式為29位(ID10-ID0,EID17-EID0)）和遠程發送請求位 (RTR)組成的仲裁場。RTR位標明是數據幀還是請求幀,在請求幀中沒有數據字節。
控製場包括標識符擴展位(IDE),指出是標準格式還是擴展格式。它還包括一個保留位 (RBO),為將來擴展使用。它的最後四個位用來指明數據場中數據的長度(大小就是由DLC3-DLC0組成的2進製數據)。數據場範圍為0～8個字節（DATA FIELD）,其後有一個檢測數據錯誤的循環冗餘檢查(CRC)。
應答場(ACK)包括應答位和應答分隔符。發送站發送的這兩位均為隱性電平(邏輯1),這時正確接收報文的接收站發送主控電平(邏輯0)覆蓋它。用這種方法,發送站可以保證網絡中至少有一個站能正確接收到報文.
報文的尾部由幀結束標出。在相鄰的兩條報文間有一很短的間隔位,如果這時沒有站進行總線存取,總線將處於空閑狀態。
艾默生CT PLC集成CAN總線功能介紹
ECCT的CAN通信功能支持CAN2.0A協議和CAN2.0B協議，通信波特率設置範圍為5-100KBPS，可以通過艾默生CT PLC編程軟件CONTROLSTAR FOR ECCT進行設置。具體使用步驟如下：
1)基本設置:在工程管理器裏雙擊“係統塊”，在彈出的窗口選擇“CAN口設置”，在“CAN口參數設置”裏選擇“自由協議”，然後單擊後麵的“自由口設置”按扭。在彈出的窗口選擇協議類型“2.0A”或“2.0B”，然後再下拉選擇“波特率”最後單擊“確定”，把係統塊下載到PLC裏。
2)數據發送：使用指令CANXMT，並以CAN2。0A協議為例描繪了它們之間的對應關係。
3)數據接收：使用CANRCV指令（參數含義如下）或使用CAN接收中斷功能。我推薦對初使用者采用中斷更方便，具體用法參考下麵的例子程序。
筆者根據ECCT集成的CAN總線功能，在紡織機械上的得到了成功的應用,現介紹如下：其CAN係統總體結構圖如下:
此係統的具體工藝不做介紹,這裏隻介紹CAN通信部分的應用。
程序使用說明如下：
1．首先根據要求在“係統塊”裏對CAN通信口進行設置。
2．數據發送部分：對ID為5的地址發送4個字數據“16#1122，16#3344，16#6789，16#1234”需要編寫的程序為如下：
其中要注意的是：1）CANXMT為上升沿執行指令,M1000為指令執行條件，當其出現OFF―>ON的變化時,執行CANXMT指令;2)使用CANXMT指令前先把該賦值的地址寫好;3) 發送數據隻取D元件的低8位； 4)網絡上沒有CANID、數據完全相同的CAN幀同時出現;5)ID保留0。6）CAN程序的校驗部分全部由硬件自動完成，用戶程序不需要參與。
3．數據接收部分:此部分以使用中斷方式接收數據為例,分2部分步驟:
1)先在主程序中設置CAN中斷使能.
2)設置中斷程序屬性,把其中斷事件選為48(即CAN接收中斷),然後編寫程序把接收到的數據傳遞到需要的地址.注意ID地址為雙字結構,SD282-290依次為數據的高低字節,把他們傳遞到相應的數據寄存器然後合並就可以得到完整的數據了。
總結：由於CAN協議格式比較簡單，並且相當部分工作由CAN控製芯片硬件完成，所以編寫程序比較簡單，實現起來很容易，此紡織係統采用CAN通信方式後，速度大大提高並且係統更加穩定，受到用戶的肯定。
關於艾默生
總部位於聖路易斯市的Emerson是一家全球領先的公司，該公司將技術與工程相結合，在網絡能源、過程管理、工業自動化、環境優化技術及家電和工具等領域為客戶提供創新性的解決方案。欲了解進一步信息,歡迎訪問www.emerson.com（全球），www.emerson-ap.com （中國）等網站。
關於艾默生工業自動化
艾默生工業自動化是Emerson公司所屬業務品牌，提供技術領先的生產解決方案，包括機械、電力及超聲波等，為全球多種多樣的行業提供最先進的工業自動化。該業務品牌廣泛的產品和係統應用 於生產過程和設備，包括運動控製係統、物料連接、精密清洗、物料測試、液壓控製閥、交流發電機、馬達、機械動力傳輸驅動器和軸承等。了解詳細信息，請瀏覽www. emerson.com 或 www.emerson-ap.com或www.emerson-ct.cn。
|
