基于CAN总线技术的工业自动化中应用

9月19日，虹科万工受邀参加CiA中国技术日在线研讨会并进行了演讲。会议上，万工分享了在智能制造等领域CAN总线技术的应用，并结合具体的应用场景和解决方案对CAN技术的应用进行了深入分析。本文将对此次演讲的内容进行回顾与总结，若需获取回放视频或演讲PPT，欢迎通过400-999-3848或[e-mail]联系虹科。

基于CAN总线技术以及各领域应用多样化的需求，CAN衍生了多种多样的产品形式以满足当今智能制造发展的需要，其中包括CAN卡、中继器、网关、路由器、远程IO等设备，以及基于CAN总线而开发的上层协议，如CANopen等。通过具体的应用场景和产品，我们可以了解到CAN总线在智能设备、智能制造领域都扮演着重要的角色。

01

CAN总线在生产产线上的应用

在一条完整的汽车生产线上通常有着各种CAN设备及其他设备，如果人工在现场逐个对设备进行测试和维护，无疑将面临巨大的工作量。如果使用虹科PCAN-Wireless Gateway等CAN转WiFi的核心硬件，则能够大大改善和提供产线的维护和升级效率。

以某工厂为例，该工厂会让遥控小车在产线通道上行驶，当小车行驶至不同的设备前方时，需要和对应的设备进行CAN通讯，并进行测试过程。测试完成后，继续前进，重复上述过程，直至指定的设备完成测试。通过在遥控小车和设备上各配备一个PCAN-Wireless GateWay，可以让遥控小车的控制器提供需要传输的CAN数据和需要通讯的设备IP（或者编号），CAN转wifi模块的控制器接收到后，将数据转发给指定的设备。

这一过程使得CAN通讯无需通过繁杂的布线实现，并且可以远程进行，有利于减少人工成本和提高生产过程的智能化水平。

02

CAN总线在工业自动化中的应用

在工业自动化领域，可能会遇到不同的产线相距较远但又需要实现两个网络的数据交互应用的情况，虹科PCAN-Ethernet-Gateway可以满足该需求。虹科PCAN-Ethernet-Gateway允许通过 IP 网络连接不同的 CAN 总线，与此同时，将CAN 帧封装在 TCP 或 UDP 消息包中，然后通过 IP 网络从一台设备转发到另一台设备，实现从一个控制系统传输到另一个控制，也实现远距离连接不同的CAN网络。凭借其 DIN 导轨外壳和对扩展温度范围的支持，该模块十分适用于工业环境，有利于实现自动化系统和整个CAN网络的智能管理。

03

CAN总线在医疗系统中的应用

在医疗系统中，也可以使用CAN总线技术来实现数据的集中管理和控制。由于医疗设备种类繁多，各种设备控制面板的差异较大，并且各类手术室设备大多数都是独立的单元，没有对外统一的通信接口，这带来了兼容性问题。其次是集中控制的通信质量好坏也直接关联到手术的安全性及效率，集中控制工作站与各受控设备之间的通信必须是实时、准确、稳定的。

因此，需要通过数字化网络集成对手术室现有设备进行数字化端口改造，实现由集中控制工作站对手术室中的医疗设备进行控制，并与院内外网络信息进行实时交互。

CAN总线采用双线串行通讯协议，能够为串行通信网络提供有效的分布式控制或实时控制。为实现兼容性与安全性高的集中控制，可以采用CAN总线作为数字化手术室内设备与设备之间，设备与主控之间的通信协议。

在通讯过程中，虹科PCAN接口卡则扮演着“改造者”的角色。它可以通过多种不同的接口类型与医疗设备连接，如USB，PCI，PCIe，MiniPCIe，M.2，RS232等等，快速为医疗设备引入标准CAN接口并连接到CAN总线网络中。

另外，也可以采用CAN总线结构实现数字化手术室的搭建，即底层传感器与执行器，各医疗设备节点，主控终端等都通过CAN通讯连接，实现信息共享和综合管理。通过CAN线缆挂接到数字化手术室的CAN网络中，可采集所有节点的数据，并通过数据解析和故障判断，可直观地显示当前所有医疗设备的运行状态，也可以将激励信号注入到任意设备节点中进行功能及稳定性测试。

在这种情况下，虹科PCAN接口卡可作为CAN接入点。该设备不仅能够实现底层的CAN数据发送与采集，而且还自带CAN故障提示功能，是实现测试诊断的底层基础硬件。值得关注的是，PCAN还可以进入单听模式，以旁听者的身份来监听设备的运行，不会对CAN网络产生任何影响，而且可实时发现并记录间歇性故障。

相比于其他通讯方式，CAN总线技术完全能够满足数字化手术室中的智能改造，且同时具备安全、稳定、节省维护成本等优势。

04

CAN总线在工程机械中的应用

设置CAN可以减少线束的数量，允许任一电控单元与整个系统通信，同时不会使车载电脑负载，因此，CAN总线还可以应用于推土机、压路机等工程机械设备中。在实际的生产场景中，这些工程机械设备通常在比较恶劣的环境下工作，每次作业后或作业时，我们需要及时分析是否存在车辆部件故障，以确保安全生产。为此虹科推出的CAN记录仪可以充当车辆黑匣子的作用，采集工程机械设备J1939数据，并支持SD卡32G数据存储容量，能够长时间记录相关的数据，同时也支持远程WiFi，可以通过WiFi，将数据传值云端，远程监控和可视化分析。

 

05

CAN总线在电池储能系统中的应用

BESS是智能电网、新能源发电及并网、电力负荷移峰填谷的关键技术。若想确保锂离子储能系统（Battery Energy Storage System, BESS）的高效、安全应用，必须对系统的各个组成部分进行集成和优化，并加以合理有效的管理和控制。BESS通常是一个分布式的拓扑结构，整个系统完全搭建起来有着比较长的传输距离，CAN总线技术会随着传输距离和传输时间的增加，出现信号衰减，或者随着波特率的增加缩短传输距离。

通过使⽤虹科CAN中继器PCAN-Repeater，能够建⽴独⽴的电⽓部分，每⼀部分都具有更优的信号完整性并减少了信号反射，从而加强系统可靠性。这⼀部分是因为它提⾼了信号质量，⽽⼀部分是因为它可以隔离故障。因此，使用虹科CAN中继器使客户能够在其大规模网格化的电池储能系统(BESS)部署中成功实现稳定可靠的CAN BMS通信。实现电池系统的高效可靠的运行，保障储电系统的安全运行。

06

CANopen协议在运动控制领域的应用

在运动控制领域，CANopen协议应用非常广泛，也是我们比较熟知的一种协议。该协议延续了CAN总线稳定可靠、传输数据快、CAN网络可连接多个设备的特点，从而满足运动控制的需要，比如如图所示CANopen伺服系统中：

如上图所示，通信部分由CAN收发器、CAN控制器和CANopen协议栈组成，应⽤部分是对设备的基本功能的定义和描述，它是连接设备与主站上位机的纽带，DS-402提⾼了设备的互联性能，能够进⾏参数配置、状态控制和监控，并⾼速传输设备的过程数据信息。

另外，CANopen技术也可以用于多个领域，如远程IO、包装设备、纺织设备、激光设备、机器人等，从而为智能制造提供生产驱动力，保障各部分快速高效工作。

总结

/conclusion

虹科是一家高新技术企业并致力于成为高科技领域内的资源整合及技术服务落地供应商，涉足工业和制造业的自动化和数字化、汽车研发测试、自动驾驶、医疗环境监测等领域。从2007年至今，虹科不断拓展CAN总线的产品线，其应用领域涵盖工业自动化、汽车电子等多个领域。目前已经积累了15年的行业经验，并早已成为CiA协会的会员。虹科将继续与工业领域的专家们一起，共同推动和发展CAN总线技术在中国的发展和应用，让中国制造更加智能化、数字化。