控制器局域网CAN在综合录井仪中的应用研究

一、现场总线

综合录井仪是一种典型的分散式数据采集系统，目前国内外普遍装备的这种系统都由现场传感器、接口与计算机设备组成。由于现场传感器与接口之间传输的是模拟信号，每一个现场传感器都必须通过一根线缆输出模拟信号，这样就有多达20根以上的信号电缆，从而使现场传感器线缆的架设、维护、检修在综合录井仪进场/撤场的工作量中占有相当大的比重。

很久以来，一直有人在努力希望能解决上述问题。国外如Honeywell公司推出了Hart协议传感器，在4~20mA输出信号上添加了数字信号。国内也曾经利用一根多芯的总电缆来传输20多个模拟信号。目前，由于在传感器数字化技术及串行数字通讯技术方面的不断发展，使得上述问题有了妥善的解决方法。这就是现场总线，其含义是能满足设备层需求造价低廉又能经受住工业现场严酷环境的通信系统。

对现场总线网络结构及标准的研究和制定工作始于80年代中期，采用现场总线的最大优点是可以大幅度减少连接线缆，降低维护及安装费用；由于采用串行数字通讯，现场总线在传递多个过程变量的同时，还能传送必要的诊断信息，这样就为发展远程维护提供了可能。

现场总线的研究与应用已经成为一个热点，目前，存在着多个现场总线规范，尚未出现一个统一标准，但这并不妨碍现场总线技术的发展。在越来越多的工业测控系统中得到推广应用。

本文重点介绍现场总线中的一种，-----控制器局域网CAN（CONTROLLER AERA NETWORK）。

与传统的RS232总线相比，CAN总线是一个高速、长距离、经济、抗干扰性强的网络系统，特别适合于实时系统，其易用性和低成本使得CAN在各领域得到广泛应用。CAN总线是德国BOSCH公司从80年代初为解决汽车中众多控制与测试仪器间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议。这是一种多主总线，因其具有高度的可靠性和数据完整性，无论是高速网络还是低成本各节点系统，都大有用武之地。通信速率可达1Mbps。

CAN总线的最大特点是废除了传统的节点地址编码，而代之以对数据块进行编码。采用这种编码方式的优点是可以使网络内的节点数在理论上不受限制。另一优点是可以让不同的节点同时接收到相同的数据。

CAN总线上传输的数据长度为8个字节，能满足传输控制命令。工作状态及传感器数据的需要。

CAN主要特点：

多主总线结构。

依据优先权进行总线访问。

优先权的仲裁对总线上的数据无破坏。

配置灵活，增加节点非常容易。

错误检测功能强大，能区分暂时错误和永久性错误，故障节点能自动关闭。

在CAN的开发过程中，philip公司作了有力的支持，该公司提供的CAN总线通信接口器件中集成了CAN协议的物理层和数据联络层的功能。

由于CAN为越来越多的不同领域采用，也随着CAN器件供货商的增多，导致要求各种应用领域通信格式的标准化。Philip semi-cONductar制定并发布了CAN技术规范（VERSION2.0）；国际标准委员会ISO也正式颁布了CAN国际标准ISO-118898。

二、CAN与RS-232

CAN是真正意义上总线式网络，二根信号线CAN-H及CAN-L用来传送差分电平信号（这类似于RS-485对RS-232的改进）所以在传输距离、速率及抗干扰方都要更出色。

CAN节点（NODE）指总线上可以编址的设备。上文已指出CAN采用数据块编码方式。CAN数据块的标识码最多可由29位二进制数组成（CAN2、OB，CAN2.0A为11位）

CAN是多主总线系统。通俗地讲就是许可每一个节点都可以成为讲者。那么当系统内同时有二个以上讲者时，如何避免出现信息冲突呢？

CAN采用对数据块编码逐位仲裁的方法来解决冲突。当总线空闲时，试图成为讲者的器件向总线逐位发送数据块编码，同时接收总线上的信息，所收非所发时，该节点试图成为讲者的企图失败，应停止发送，转而监视总线状态，当总线出现空闲时，再开始发送。

CAN总线上的信息为两种互补逻辑值之一：显性电平（Daminant）表示逻辑0；而隐性电平（Recessive）表示逻辑1。同时向总线上发送显性位和隐性位，总线上只能为显性电平。由此可见当多节点同时发送数据块编码时，在某一位上率先出现显性位的节点，将获得总线控制权，可以继续发送数据，直至结束。获得通讯权后，通常情况下一次可发送8个字节的数据。

通过以上介绍，可以看出节点在总线通信中的优先权是由数据块编码决定的---编码越小，优先权越高。

设备层总是要与上一层次的计算机相联系的。CAN总线通过CAN适配卡与采集计算机相联。CAN适配卡插在PCI总线上，每块适配卡具有二个CAN口，每个CAN口最多配接64个节点。

CAN总线长度与通讯速率相关

位速率 最大总线长度

1Mbps 40m

125Kbps 500m

5Kbps 10km

可根据设备层的需求，综合考虑。一般情况下选125Kbps，可兼顾距离和速率。

三、CAN总线型防爆传感器系统与SK-2000F综合录井仪

神开科技工程公司开发了CAN总线型防爆传感器系统，并已和SK-2000F综合录井仪联通，通过了现场实地试验并成功投入商业运行。

主要特点为：

符合CAN规范，并提供各种附件如CAN主干电缆，CAN分支电缆及T形接头等。

各型传感器符合防爆要求。

极大地方便了现场的安装，应用与检查维护录井仪器。

现在使用的SK系列仪器均可通过改造各种传感器升级成为CAN总线型。

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