iCAN系统结构及实现CAN-bus分布式数据采集网络的设计

1.1 iCAN 系统的诞生

工业控制系统的网络化趋势，使得工业控制系统逐渐采用更加彻底的分散式结构，而在这个发展过程中，现场总线的应用起到了主导的作用。

作为市场上占有率很高的现场总线之一，CAN-bus 总线凭借其开放性、高可靠性、良好的实时性、较低的成本，在工业控制、远程数据传输等各领域中都获得了广泛地应用。

通过建立一个CAN-bus 总线的硬件平台，再综合一些优秀产品必需具备的要素：便于实现的行业方案、较低的系统成本、优秀的产品性能等，即诞生了一种完整功能的现场总线数据采集网络；这就是基于CAN-bus 总线的iCAN 系统。

1.2 iCAN 系统简介

iCAN 系统，即基于iCAN 协议的CAN-bus 分布式数据采集网络；iCAN 系统主要由三个要素构成：PC-CAN 接口卡、iCAN 协议、iCAN 功能模块。

iCAN 协议，是一种基于CAN-bus 连接的应用层协议，具有实现方便、应用可靠的优点。

iCAN 功能模块，集成CAN-bus 通讯接口与iCAN 应用层协议，提供DI、DO、AI、AO、RTD、TC、计数器、频率计等数据采集功能，为主控PC 与现场设备之间提供完整的信号采集与通讯功能。

支持iCAN 协议的PC-CAN 接口卡，支持组态软件、动态库等多种编程方式，令通用PC 平台具备网络管理、设备控制、数据记录等功能，实现强大的人机交互功能。

1.3 iCAN 系统结构

iCAN 系统主要用于实现CAN-bus 应用中的通讯控制和数据采集方案。因此，iCAN 系统具有构建灵活、结构简单、成本较低的优势；并且，由于采用CAN-bus 总线，系统具有良好的可靠性和稳定性。同时，iCAN 系统具有易于组态，安装、运行、维护简便的特点。

图 0.1 为iCAN系统的网络结构图。一个实际运行的iCAN系统主要由PC-CAN接口卡、iCAN功能模块组成。iCAN系统支持多种用户开发方式，并且支持常用的组态软件环境。

根据应用环境的需求，iCAN 系统可以增加CAN-bus 网关/网桥设备，以适应实际系统的网络规模和通讯距离，以及终端设备在安装、布线等方面的要求。通过CAN-bus 网关/网桥设备，iCAN 系统也可以方便地互连其它类型的现场设备网络，比如串行通讯网络RS-232或RS-485、以太网EtherNet 等，或者连接DeviceNet/CANopen 网络。

作为一个能够满足实际控制需求的CAN-bus 网络，iCAN 系统可以由用户在现场按需配置，构成大型、中型或小型的分布式控制网络。同时，iCAN 系统能够将多个不同功能、符合规范的CAN-bus 产品有机联网，形成一个实现指定功能的现场总线网络，从而提供一整套完整的现场通讯和数据采集方案。［page］

1.4 iCAN 协议规范

iCAN 协议是一种基于连接的CAN-bus 应用层协议，是整个iCAN 系统的基础与核心；制定iCAN 协议的思路源自于为中国中小型CAN-bus 应用网络提供一种简单、可靠、稳定的应用层协议。

在充分汲取了DeviceNet 协议和CANopen 协议之精萃的基础上，优先保障通讯数据的可靠性与实时性，以相对简单的方式进行数据通讯，从而有效降低硬件实现成本，这就是iCAN 协议的巨大优势。

iCAN 协议也是一个相当严谨的CAN-bus 应用层协议。iCAN 协议的规范化主要体现在一些关键因素上：

CAN报文的分配

数据通讯的实现 

网络管理机制 

设备建模 

通过上述核心技术问题的有效解决，一方面可以保证iCAN系统的高通讯效率、高数据可靠性，令基于iCAN协议的各个CAN-bus功能设备能够连接成一个有机的整体网络；另一方面，通过对iCAN协议在设备建模方面的规范化，可以实现产品的描述标准化与电子化（上载EDS文件），同时，使iCAN协议具有可延续性发展空间，保障联网产品在通讯协议方面的的一致性。 

当然，作为一个新定义的CAN-bus应用层协议，iCAN协议也会存在一个不断完善的过程。通过多个实际网络的长期运行考验，iCAN协议已达到预期的设计目标，能够实现可靠、实时的数据通讯，满足国内中型、小型现场总线网络的大多数用户需求。 

1.5 iCAN系统应用 

随着CAN-bus总线在国内的应用日益广泛，iCAN系统可以帮助用户快速建立基于CAN-bus总线的分布式数据采集网络，早一步获得现场总线CAN-bus带来的先进优势。 

iCAN系统已经在国内多个领域得到了成功应用，例如工程机械、工业控制、石油化工、船舶运输等行业。与iCAN系统配套的应用指南、设计参考、参照实例、行业方案等详实资料，能够进一步指导iCAN系统的建立步骤。资料主要阐述以下一些重点内容：

系统的基本要求：设备的选型指导、典型功能的设计应用；

系统拓扑要求：各种设备的位置，设备之间的距离，布线安装方式，通讯附件等；系统实时性的要求：各种设备对于通讯方面的性能指标要求，包括对实时性、确定

性、可重复性的要求，通讯数据量的大小，以及I/O数据输入输出运行的最大时间间隔等；

系统的工作环境要求：温度、湿度、振动，防尘放水，电磁干扰（雷击）等；

系统的安全性要求：出现失控/误控的几率，网络故障时系统的安全状态； 

系统软件要求：开发模式，编程语言，组态软件，OPC-Server接口等，系统应用程序的大小，对实时性的要求及影响。 

经过实践的检验，iCAN系统已经在国内中型、小型现场总线网络中获得良好的市场反应，也必将产生更加广泛的应用前景。 

1.6 总结 

随着CAN-bus总线进入行业应用的日渐广泛，以及工业控制领域中DCS和FCS的互相融合，iCAN系统一定会成为分布式数据采集网络的一种有效通讯方式，具有良好的应用前景。同时，iCAN系统也在持续完善、快速发展之中：一是满足更多行业的控制需求，二是产生更多的行业方案。

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