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本文介紹了CAN現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)特點(diǎn)，討論了在分布式控制系統(tǒng)中采用現(xiàn)場(chǎng)總線的必要性以及CAN總線在分布式控制系統(tǒng)中應(yīng)用的可行性和優(yōu)點(diǎn)，并介紹了基于CAN現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在某型特種設(shè)備液壓舉升控制中的典型應(yīng)用。

傳統(tǒng)的串行通信速率很慢，在高速數(shù)據(jù)交換應(yīng)用場(chǎng)合根本不能使用，而且其通信的最遠(yuǎn)距離受到限制，通信過(guò)程中誤碼率較高，沒(méi)有可靠高效的硬件進(jìn)行校驗(yàn)，數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤檢測(cè)完全依靠用戶自己的軟件實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)致錯(cuò)誤處理能力不強(qiáng)，從而影響通訊的準(zhǔn)確性和系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。如采用CAN現(xiàn)場(chǎng)總線則可較好的解決上述問(wèn)題，使得它越來(lái)越受到人們的重視并被廣泛的應(yīng)用于汽車、制造業(yè)、航空工業(yè)、工業(yè)自動(dòng)化中及工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)等領(lǐng)域。

1 現(xiàn)場(chǎng)總線引入分布式控制系統(tǒng)的必要性

（1）隨著分布式控制系統(tǒng)自動(dòng)化程度以及復(fù)雜性的提高，要求控制系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間能夠?qū)崿F(xiàn)雙向通信。

（2）用戶對(duì)被控制對(duì)象的掌握情況和了解情況要求越來(lái)越透明。

（3）用于設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)的總線接口模塊的技術(shù)進(jìn)步，使得控制系統(tǒng)能夠方便地與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行無(wú)縫對(duì)接。

2 現(xiàn)場(chǎng)總線引入液壓控制系統(tǒng)的可行性

（1）液壓舉升系統(tǒng)需要采集的信號(hào)就近接入CAN現(xiàn)場(chǎng)模塊，再通過(guò)CAN總線反饋給控制CPU單元。

（2）液壓舉升系統(tǒng)電磁閥控制信號(hào)也就近接入CAN現(xiàn)場(chǎng)模塊，控制CPU單元通過(guò)CAN總線對(duì)其進(jìn)行控制。

（3）CAN現(xiàn)場(chǎng)模塊的外接電纜只有兩根，一根是CAN通訊電纜，一根是電源電纜。

3 分布式控制系統(tǒng)采用CAN現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)點(diǎn)

CAN所連接的設(shè)備不分廠家與國(guó)別，只需遵從標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議即可以組成總線網(wǎng)絡(luò)，正好滿足分布式控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求。

在分布式控制系統(tǒng)中采用CAN現(xiàn)場(chǎng)總線有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）不同類型的設(shè)備可以方便地集成在控制系統(tǒng)中，便于控制系統(tǒng)的集中管理，方便日后的更新與維護(hù)。

（2）采用總線連接方式代替一對(duì)一的I／O連線，減少了由接線造成的不可靠因素，也增強(qiáng)了系統(tǒng)的可維護(hù)性。

（3）針對(duì)精度與時(shí)間要求都很高的復(fù)雜分布控制系統(tǒng)提供了很好的解決方案。

4 基于CAN總線的分布式控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例

某型特種設(shè)備的液壓舉升控制系統(tǒng)要求多缸同步運(yùn)動(dòng)，需要采集的信號(hào)多，需要控制的電磁閥也較多，如選用分布式的控制系統(tǒng)則大量的信號(hào)在系統(tǒng)中需實(shí)時(shí)交換，傳統(tǒng)線束已不能滿足此要求，所以用CAN總線來(lái)完成測(cè)控中的數(shù)據(jù)和命令的傳送。CAN總線有易擴(kuò)充、易實(shí)現(xiàn)多主結(jié)構(gòu)、可靠性高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、通信介質(zhì)無(wú)特殊要求的特點(diǎn)，將CAN總線應(yīng)用于液壓舉升控制系統(tǒng)具有較大優(yōu)勢(shì)。

液壓舉升系統(tǒng)只是某型特種設(shè)備機(jī)電控制系統(tǒng)的一部分，它擔(dān)負(fù)著特種設(shè)備仿生臂的收放和天線的升降，液壓舉升系統(tǒng)的關(guān)鍵部件有：仿生臂4只、門架1套、液壓插銷2只、油缸8只、擺缸1套、泵電機(jī)1只、控制閥10只、接近開(kāi)關(guān)20只、貝加萊BC7321模塊2只、貝加萊DM1321模塊2只、貝加萊DO1332模塊2只、舉升控制柜1套等。液壓舉升系統(tǒng)的控制器件有（放在舉升控制柜內(nèi)）：CPU模塊（帶CAN總線接口）、CAN總線通信模塊、數(shù)字量輸出模塊、數(shù)字量輸入模塊、空氣開(kāi)關(guān)、交流接觸器等。

液壓舉升控制系統(tǒng)核心控制單元的型號(hào)為CP476（CPU模塊）的貝加萊可編程計(jì)算機(jī)控制器（圖1所示），該模塊自帶有一個(gè)RS232接口、一個(gè)CAN總線接口，模塊本體集成有四個(gè)插槽，另外該模塊還有一擴(kuò)展插槽。

圖1 液壓舉升控制單元

自帶的RS232接口主要用于軟件程序的下載和在線監(jiān)測(cè)。自帶的CAN總線接口在本系統(tǒng)主要用于和上位機(jī)通過(guò)CAN總線進(jìn)行通訊，如執(zhí)行上位機(jī)發(fā)出的命令，將本系統(tǒng)的狀態(tài)實(shí)時(shí)地反饋給上位機(jī)。四個(gè)本地插槽用于插入貝加萊公司的旋入式模塊，如本系統(tǒng)所用的數(shù)字量輸入模塊（DI140）和數(shù)字量輸出模塊（DO138）就是插在本地插槽的第2和第3槽，其中，數(shù)字量輸入模塊是用來(lái)接收本系統(tǒng)自己的按鍵輸入信息和相序檢測(cè)器送出的相序檢測(cè)信號(hào)。數(shù)字量輸出模塊是用來(lái)輸出報(bào)警信號(hào)、泵電機(jī)控制信號(hào)等。相序檢測(cè)器首先檢測(cè)電網(wǎng)電壓，當(dāng)其自帶的輸出口有相序正確信號(hào)輸出，表示給泵電機(jī)的三相電源正確，否則，程序調(diào)換輸入給相序檢測(cè)器的電源相序，當(dāng)其自帶的輸出口有相序正確信號(hào)輸出，表示給泵電機(jī)的三相電源需調(diào)相，如無(wú)相序正確信號(hào)輸出，則表示總電源缺相，泵電機(jī)不可啟動(dòng)。

CPU模塊的擴(kuò)展槽上插有CAN總線擴(kuò)展卡，用于與安裝在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備上的現(xiàn)場(chǎng)模塊建立通訊，貝加萊現(xiàn)場(chǎng)模塊（BC7321模塊、DM1321模塊、DO1332模塊）全部通過(guò)CAN總線掛在該擴(kuò)展卡的CAN接口上。

BC7321模塊是CAN總線接口模塊（圖2所示），它負(fù)責(zé)在CPU模塊和現(xiàn)場(chǎng)模塊間互傳數(shù)據(jù)，該模塊自帶有8輸入輸出口，可接接近開(kāi)關(guān)或繼電器等，其I/O口作為輸入口時(shí)有10ms的延時(shí)，作為輸出口時(shí)單口所提供的電流不超過(guò)0.5A。

圖2 模塊

DM1321模塊是數(shù)字量混合模塊，其I/O口與BC7321模塊類似。

DO1332模塊是數(shù)字量輸出模塊，其最大的特點(diǎn)就是單口的輸出電流達(dá)到2A，比較適合于推動(dòng)電磁閥這類大電流動(dòng)作元件。

20只接近開(kāi)關(guān)分布在BC7321模塊、DM1321模塊上，用于檢測(cè)液壓系統(tǒng)動(dòng)作時(shí)，機(jī)械結(jié)構(gòu)的到位情況和減速位置。

10只電磁閥分布在DO1332模塊上，用于控制電磁閥何時(shí)加電。

控制系統(tǒng)軟件運(yùn)行在貝加萊CP476（CPU模塊）自帶的操作系統(tǒng)上，分為主從通訊模塊、輸入/輸出接口模塊、液壓系統(tǒng)控制模塊和故障檢測(cè)模塊4個(gè)軟件模塊。主從通訊模塊負(fù)責(zé)和各被控制對(duì)象機(jī)進(jìn)行CAN通訊，I/O映射模塊負(fù)責(zé)將外部硬件和系統(tǒng)軟件的相關(guān)變量關(guān)聯(lián)起來(lái)，控制模塊完成仿生臂收起、放落，門架舉升、放落的控制功能，故障檢測(cè)模塊能夠判斷控制系統(tǒng)本身或各被控對(duì)象是否出現(xiàn)故障并快速定位，可以給出報(bào)警信息。

結(jié)束語(yǔ)：CAN總線傳輸速度快（本系統(tǒng)的CAN波特率500K）、具有較高的可靠性、良好的開(kāi)放性、極強(qiáng)的抗干擾能力。在機(jī)電一體化的控制系統(tǒng)中采用CAN總線，大大簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)架構(gòu)，節(jié)約了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的硬成本，能夠極大提高系統(tǒng)的控制精度和實(shí)時(shí)性要求，便于系統(tǒng)的調(diào)試、維護(hù)和升級(jí)，具有良好的發(fā)展前景。