基于can总线的远程控制网络的设计

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1、第l章绪沦第1章绪论1．1网络控制系统的发展囊动控制系统，随着计算梳技术的出现帮发展，从传统的模拟控制系统发展到计算机数字控制系统。随着网络技术的不断发展以及微控制器芯片技术的发展，控制系统又从集中式控制逐渐向分散式控制发展，将网络引入到控制系统中，组成网络控制系统，实现控制系统的全数字化、网络化。爨1950年代开始出现计算机控制系统。一开始，毒于技术的限制，计算机控制系统仍然离不开模拟控制器。直到直接数字控制(DDC)系统发展起来以后这种情况才得到改变。在DDC系统中，计算机取代了模拟控制器，计算机的输出不再经由模拟控制器间接地作用于被控对象，而是直接地经D席转换

2、作用于被控对象。随着控制系统的规模的不断扩大，以及计算机技术的飞速发展，分布式计算机系统由必要成为可能。分布式控制系统(DCS)应运而生。在DCS中，几台相互关联的计算机连接到同～个网络，形成分布式控制系统。但是，陇S中的控制节点之间的关联是松散的，因为，实时的控制任务，如采样、计算以及执霉亍，是在单个的处理站点中完成的。只有一些_歼关量信息、监控信息、报警信号等是通过网络传送的。所以，DCS不是完全意义上的网络控制系统。现场总线的患现促进了现场设备的数字化荸毽网络化，并且使现场控制的功能更强大。这一改进带来了过程控制系统的开放性，使系统成为具有测量、控制、执行和过

3、程诊断的综合能力的控制网络。网络控制系统(}《CS，N

4、etworl(ed"x籀l章绪论通信连接，用于警动控制系统和设备级分散的I／O之问进行通信。陌ofiBus—FMS用来解决车间级通用性通信任务。与LLI构成应用层，FMS包括了应用协议并向用户提供了可广泛选用的强有力的通信服务，L乙I协调了不同的通信关系并向磁S提供了不依赖设备访问数据链层。黯ofi8us一黢专力过程毒动化丽设诗的，它可使传感器和执行器接在一根挟用的总线上。pROFIBUS优点是产品成本低，技术指标高，自主性高。缺点是开发周期长，产晶成熟需要较长时阆，并且要求开发人员了解一定的P鬟OFl8US技

5、术细节，另外70％的首次开发产品第一次认证测试不合格。PROFIBUS主要应用领域有：制造业囱动化，过程控制自动化，电力自动化，楼宇自动化，铁路交通信号系统(佚名，1997)。2、LONWORKS总线Lonworks是由美国Echelon公司于1992年推出的现场总线，它采用ISO／OSI模型的全部7层通讯协议，这是在现场总线中唯一提供全部服务的现场总线，在工业控制系统中可同时应用在Sensor8us、Device8us、FieldBus等任何一层总线中。支持双绞线、同轴电缆、光缆和红外线等多种通信介质和多种拓扑结构，并开发了本质安全防爆产品，被誉为通用控制网络(邬

6、宽明，1996)。Lo勰。姝s的核心是神经元芯片(Neuro羚蕊ip)，使焉C鹾。sC毯I技术的神经元芯片使实现低成本的控制网络成为可能。神经元芯片是高度集成的内部含有3个8位的CPU：第～个CPU为介质访问控制处理器，处理LonTalk协议的第一层和第二层；冀euro羚芯片的编程语言为}《euro歉e，它是从矗NS王C中派生嬲来的，并对ANSIC进行了删减和增补。Neuron芯片可以通过5个通信管脚与网络上的其它节点交换信息，也可以通过11个应用管脚与现场的传感器和执行器交换信息。l圭个应用管脚具有34种应用操作模式，可以在不同的配置下为外都提供灵活酌接墨和芯片内

7、部的计时器应用。第二个e跚为网络处理器，它实现乙。孵alk协议的第三层至第六层。第三个CPU为应用处理器，实现LonTalk协议的第七层，执行用户编写的代码及用户代码所调用的操作系统服务。神经元芯片实现了完整的Lo羚鬻or；(s的Lo蝮alk通信协议。．Lon总线的优点是可节省硬件数量与投资，安装费用和维护开销较低，用户具有高度的系统集成主动权，系统的准确性与可靠性得以提高(赖昊，1999)。但是缺点是目前各Lon厂家生产的神经元芯片输入时钟的最大频率只有10麓}{z，4第l章绪论这对于某些高速或者要求网络响应速度较快的情况，会有些力不从心，所以在使用的时候，为了以

8、后扩展系统方便，一般都将神经元芯片和其他微处理器联合使用：另外其昂贵的价格却令好多用户望而生畏。目前LONGWORKS应用范围广泛，主要包括工业控制、楼宇自动化、数据采集、SCADA系统等。国内主要应用于楼宇自动化方面。3、CAN总线CAN总线是德国BOSCH公司从80年代初为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议，它是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维。通信速率可达1MBPS(范恺，2000，刘光，2006)。CAN协议建立在国际标准组织的开放系统互连模型基础上的。不过其网络模型结构只有三层，即只取0S