基于嵌入式Lunix的CAN总线与以太网互联网关的设计

基于嵌入式Lunix的CAN总线与以太网互联网关的设计
基于嵌入式Lunix的CAN总线与以太网互联网关的设计

基于STC89C51的CAN总线点对点通信模块设计

基于STC89C51的CAN总线点对点通信模块设计 [导读]随着人们对总线对总线各方面要求的不断提高,总线上的系统数量越来越多,继而出现电路的复杂性提高、可靠性下降、成本增加等问题。为解决上述问题,文中阐述了基于SJAl000的CAN总线通信模块的实现方法,该方法以PCA82C250作为通信模块的总线收发器,以SITA-l000作为网络控制器。并以STCSTC89C5l单片机来完成基于STC89C5l的CAN通信硬件设计。文章还就平台的初始化、模块的发送和接收进行了设计和分析。通过测试分析证明,该系统可以达到CAN的通信要求,整个系统具有较高的实用性。 0 引言 现场总线是应用在生产最底层的一种总线型拓扑网络,是可用做现场控制系统直接与所有受控设备节点串行相连的通信网络。在工业自动化方面,其控制的现场范围可以从一台家电设备到一个车间、一个工厂。一般情况下,受控设备和网络所处的环境可能很特殊,对信号的干扰往往也是多方面的。但要求控制则必须实时性很强,这就决定了现场总线有别于一般的网络特点。此外,由于现场总线的设备通常是标准化和功能模块化,因而还具有设计简单、易于重构等特点。 1 CAN总线概述 CAN (Controller Area Network)即控制器局域网络,最初是由德国Bosch公司为汽车检测和控制系统而设计的。与一般的通信总线相比,CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。其良好的性能及独特的设计,使CAN总线越来越受到人们的重视。由于CAN总线本身的特点,其应用范围目前已不再局限于汽车行业,而向自动控制、航空航天、航海、过程工业、机械工业、纺织机械、农用机械、机器人、数控机床、医疗器械及传感器等领域发展。目前,CAN已经形成国际标准,并已被公认为几种最有前途的现场总线之一。它的直线通信距离最大可以达到l Mbps/30m.其它的节点数目取决于总线驱动电路,目前可以达到110个。 2 CAN系统硬件设计 图1所示是基于CAN2.0B协议的CAN系统硬件框图,该系统包括电源模块、MCU部分、CAN控制器、光电耦合器、CAN收发器和RS232接口。硬件系统MCU采用STC89C5l,CAN控制器采用SJAl000,CAN收发器采用PCA82C250,光耦隔离采用6N137。

工业以太网与现场总线的优缺点 整理

工业以太网与现场总线的优缺点 1 引言 用于办公室和商业的以太网伴随着现场总线大战硝烟已悄悄地进入了控制领域,近年来以太网更是走向前台,发展迅速,颇引人注目。究其原因,主要由于工业自动化系统正向分布化、智能化的实时控制方面发展,其中通信已成为关键,用户对统一的通信协议和网络的要求日益迫切。另一方面,Intranet/Internet等信息技术的飞速发展,要求企业从现场控制层到管理层能实现全面的无缝信息集成,并提供一个开放的基础构架,而目前的现场总线尚不能满足这些要求。 现场总线的出现确实给工业自动化带来一场深层次的革命,但多种现场总线互不兼容,不同公司的控制器之间不能实现高速的实时数据传输,信息网络存在协议上的鸿沟,导致“自动化孤岛”现象的出现,促使人们开始寻求新的出路并关注到以太网。同时现场总线的传输速率也远远不如工业以太网传输速率快。 2 以太网与工业以太网 2.1 什么是以太网与工业以太网 以太网是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。该标准定义了在局域网(LAN)中采用的电缆类型和信号处理方法。以太网在互联设备之间以10~100Mbps的速率传送信息包,双绞线电缆型号为10 Base T。以太网由于其低成本、高可靠性以及10Mbps的速率而成为应用最为广泛的以太网技术。直扩的无线以太网可达11Mbps,许多制造供应商提供的产品都能采用通用的软件协议进行通信,开放性好。 普通以太网应用到工业控制系统,这种网络叫工业以太网。 2.2 以太网具有的优点 (1)具有相当高的数据传输速率(目前已达到100Mbps),能提供足够的带宽; (2)由于具有相同的通信协议,Ethernet和TCP/IP很容易集成到IT(信息技术)世界; (3)能在同一总线上运行不同的传输协议,从而能建立企业的公共网络平台或基础构架;

CAN总线设计

微机应用课程设计报告 ` 题目:基于单片机的16*16点阵系统设计 专业: … 班级: 姓名: 学号: 地点: 时间: 指导老师:

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摘要 现场总线是自动化领域的计算机网络,是当今自动化领域技术发展的热点之一。它以总线为纽带,将现场设备连接起来成为一个能够相互交换信息的控制网络,是一种双向串行多节点数字通信的系统。CAN总线也是现场总线的一种,它最初被应用于汽车的控制系统中,由于其卓越的性能,CAN总线的应用范围已不再局限于汽车工业中,而被广泛的用到自动控制、楼宇自动化、医疗设备等各个领域。 本文主要介绍一种基于CAN总线的控制系统,通过对这一系统的制作流程来说明CAN总线的简单应用,文章主要是对本控制系统的三个硬件模块进行介绍及模块中相关芯片的应用,同时本文也对软件的编写进行了说明。 关键字:现场总线; CAN总线;单片机;控制系统

目录 1 绪论 (1) CAN总线的简单介绍 (1) CAN总线的优势 (1) 网络各节点之间的数据通信实时性强 (2) 缩短了开发周期 (2) 已形成国际标准的现场总线 (2) 最有前途的现场总线之一 (2) 2 硬件电路设计 (3) 单片机模块 (3) STC89C52主要特性如下: (4) STC89C52RC单片机的工作模式 (5) CAN总线控制器模块 (6) SJA1000简介 (6) PCA82C250简介 (9) 通信模块和外围接口 (11) 通信模块 (11) 外围接口 (12) 3 CAN总线控制系统软件设计 (13) 初始化程序 (13) 数据的接收和发送功能 (15) 发送数据 (15) 接收数据 (17) 4 总结 (19) 参考文献 (20) 附录一 (21)

工业以太网与现场总线的优缺点(精)

工业以太网与现场总线的优缺点1引言用于办公室和商业的以太网伴随着现场总线大战硝烟已悄悄地进入了控制领域,近年来以太网更是走向前台,发展迅速,颇引人注目。究其原因,主要由于工业自动化系统正向分布化、智能化的实时控 制方面发展,其中通信已成为关键,用户对统一的通信协议和网络的要求日益迫切。另一方面,Intran et/l nternet等信息技术的飞速发展,要求企业从现场控制层到管理层能实现全面的无缝信息集成,并提供一个开放的基础构架,而目前的现场总线尚不能满足这些要求。现场总线的出现确实给工业自动化带来一场深层次的革命,但多种现场总线互不兼容,不同公司的控制器之间不能实现高速的实时数据传输,信息网络存在协议上的鸿沟,导致自动化孤岛”现象的出现,促使人们开始寻求新的出路并关注到以太网。同时现场总线的传输速率也远远不如工业以太网 传输速率快。2以太网与工业以太网2.1什么是以太网与工业以太网以太网是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。该标准定义了在局域网(LAN)中采用的电缆类型和信号处理方法。以太网在互联设备之间以10?100Mbps的速率传 送信息包,双绞线电缆型号为10 Base T。以太网由于其低成本、高可靠性以及10Mbps 的速率而成为应用最为广泛的以太网技术。直扩的无线以太网可达11Mbps,许多制造供应商提供的产品都能采用通用的软件协议进行通信,开放性好。普通以太网应用到工业控制系统,这种网络叫工业以太网。 2.2以太网具有的优点(1)具有相当高的数据传输速率(目前已达到100Mbps),能提供足够的带宽;(2)由于具有相同的通信协议,Ethernet和TCP/IP很容易集成到IT (信息技术)世界;(3)能在同一总线上运行不同的传输协议,从而能建立企业的公共网络平台或基础构架;(4)在整个网络中,运用了交互式和开放的数据存取技术; (5)沿用多年,已为众多的技术人员所熟悉,市场上能提供广泛的设置、维护和诊断工具,成为事实上的统一标准;(6)允许使用不同的物理介质和构成不同的拓扑结构。2.3工业以太网的优点(1)基于TCP/IP的以太网采用国际主流标准,协议开放、完善不同厂商设备,容易互连具有互操作性;(2)可实现远程访问, 远程诊断;(3)不同的传输介质可以灵活组合,如同轴电缆、双绞线、光纤等; (4)网络速度快,可达千兆甚至更快;(5)支持冗余连接配置,数据可达性 强,数据有多条通路抵达目的地;(6 )系统容易几乎无限制,不会因系统增大而出现不可预料的故障,有成熟可靠 的系统安全体系;(7)可降低投资成本。3主流应用层协议-工业以太网协议由于商用计算机普遍采用的应用层协议不能适应工业过程控制领域现场设备之间的实时通信,所以必须在以太网和TCP/IP协议的基础上,建立完整有效的通信服务模型,制定有效的实时通信服务机制,协调好工业现场控制系统中实时与非实时信息的传输,形成被广泛接受的应用层协议,也就是所谓的工业以太网协议。目前已经制定的工业以太网协议有MODBUS/TCP,HSE, EtherNet/IP, ProfiNet等。MODBUS/TCP协议是法国施耐德公司1999年公布的协议,以一种非常简单的方

各类工业总线对比

各类工业总线对比 EtherCAT(以太网控制自动化技术)是一个以以太网为基础的开放架构的现场总线系统,EterCAT名称中的CAT为ControlAutomation Technology(控制自动化技术)首字母的缩写。最初由德国倍福自动化有限公司(Beckhoff AutomationGmbH)研发。EtherCAT为系统的实时性能和拓扑的灵活性树立了新的标准,同时,它还符合甚至降低了现场总线的使用成本。EtherCAT的特点还包括高精度设备同步,可选线缆冗余,和功能性安全协议(SIL3)。 EtherCAT EtherCAT技术突破了其他以太网解决方案的系统限制:通过该项技术,无需接收以太网数据包,将其解码,之后再将过程数据复制到各个设备。EtherCAT从站设备在报文经过其节点时处理以太网帧:嵌入在每个从站中的FMMU(现场总线存储管理单元)在帧经过该节点时读取相应的编址数据,并同时将报文传输到下一个设备。同样,输入数据也是在报文经过时插入至报文中。整个过程中,报文只有几纳秒的时间延迟。主站方面也非常经济,商用的标准网卡(NIC)或任何主板集成的以太网控制器可以用作硬件接口。这些接口的共性就是数据通过DMA(直接内存读取)传输至PC,即网络读取时无需占用CPU资源。协议EtherCAT协议在以太网帧内采用官方指定的以太类型。采用这种以太类型即可允许在以太网帧内直接传输控制数据,而无需重新定义标准以太网帧。该以太网帧可由多种子报文组成,每个子报文服务于逻辑过程映像区的特定内存区,该区域最大可达4GB。数据序列是独立于物理顺序的,所以以太网端子模块的编址可以随意排序。从站之间的广播,多播和通讯也可得以实现。当EtherCAT组件与主站控制器运行在同一个子网,或者在控制软件直接读取以太网控制器时,可以使用以太网帧直接传输数据。然而,EtherCAT不仅限于单个子网的应用。EtherCAT UDP将EtherCAT协议封装为UDP/IP数据报文,这就意味着,任何以太网协议堆栈的控制均可编址到EtherCAT系统之中,甚至通讯还可以通过路由器跨接到其它子网中。在这种情况下,系统性能显然取决于控制器及其以太网协议的实时性能。EtherCAT 网络本身的响应时间几乎不受影响:UDP数据帧只需要在第一个站点解包。性能EtherCAT使网络性能达到了一个新高度。借助于从站节点中的FMMU和网络控制器主站的直接内存存取,协议的处理过程完全在硬件中完成。整个协议的处理过程都在硬件中得以实现,因此,完全独立于协议堆栈的实时运行系统、CPU性能或软件实现方式。1000个I/O的更新时间只需30 s。单个以太网帧最多可进行1486字节的过程数据交换,几乎相当于12000个数字输入和输出,而传送这些数据耗时仅为300 s. 100个伺服轴的通讯也仅为100s。在此期间,系统更新带有命令值和控制数据的所有轴的实际位置及状态,分布时钟技术使轴的同步偏差小于1微秒。而即使是在保证这种性能的情况下,带宽仍足以实现异步通讯,如TCP/IP、下载参数或上载诊断数据。超高性能的EtherCAT技术可以实现传统的现场总线系统无法迄及的控制理念。例如,以太网系统现在不仅可以处理速度控制,也可用于分布式驱动的电流控制。巨大的带宽可以实现每个数据信息与其状态信息同时传输。EtherCAT使通讯技术和现代工业PC所具有的超强计算能力相适应,总线系统不再是控制理念的瓶颈,分布式I/O可能比大多数本地I/O接口运行速度更快。EtherCAT取代PCI由于主板集成了以太网卡,用于接口卡的插槽不再是必要条件。随着PC组件急剧向小型化经济化方向发展,工业PC的体积日趋取决于插槽的数目。而快速以太网的带宽和EtherCAT通讯硬件的过程数据长度则为该领域的发展提供了新的可能性:IPC中的传统接口现在可以转变为集成的EtherCAT接口端子。除了可以对分布式I/O进行编址,还可以对驱动和控制单元以及现场总线主站、快速串行接口、网关和其它通讯接口等复合系统进行编址。即使是其他无协议限制的以太网设备变体,也可以通过分布式交换机端口设备进行连接。由于一个以太网接口足以满足整个外围设备的通讯要求,因此,这不仅极大地精简了IPC 主机的体积,而且也降低了IPC主机的成本。拓扑结构EtherCAT几乎支持任何拓扑类型,包括线型、树型、星型等。通过现场总线而得名的总线结构或线型结构也可用于以太网,并且不受限于级联交换机或集线器的数量。最有效的系统连线方法是线型、分支或树叉结构的组合拓扑。因为所需接口在I/O 模块等很多设备中都已存在,所以无需附加交换机。当然,仍然可以使用传统的、基于以太网的星型拓扑结构。还

RS和CAN总线与以太网比较

R S和C A N总线与以太 网比较 集团标准化工作小组 #Q8QGGQT-GX8G08Q8-GNQGJ8-MHHGN#

以太网、CAN总线、RS485总线都属于现场总线范畴,用户根据不同的场合和应用需求而采用不同的现场总线方式,每种总线有不同的标准特性,通过下列描述了解各种总线的特性以及各种总线优缺点。 一、RS485接口标准 ?RS-485的电气特性:逻辑"1"以两线间的电压差为+(2-6)V表示;逻辑"0"以两线 间的电压差为-(2-6)V表示。接口信号电平比RS-232-C降低了,就不易损坏接口电路的芯片,且该电平与TTL电平兼容,可方便与TTL 电路连接。 ?RS-485的数据最高传输速率为10Mbps ?RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合,抗共模干能力增强,即抗噪声 干扰性好。 ?RS-485接口的最大传输距离标准值为4000英尺,实际上可达 3000米,另外RS- 232-C接口在总线上只允许连接1个收发器,即单站能力。而RS-485接口在总线上是允许连接多达128个收发器。即具有多站能力,这样用户可以利用单一的RS-485接口方便地建立起设备网络。但RS-485总线上任何时候只能有一发送器发送。 ?因RS-485接口具有良好的抗噪声干扰性,长的传输距离和多站能力等上述优点就使 其成为首选的串行接口。 ?因为RS485接口组成的半双工网络,一般只需二根连线,所以RS485接口均采用屏 蔽双绞线传输。 二、CAN总线接口标准 ?国际标准的工业级现场总线,传输可靠,实时性高;

?传输距离远(最远10Km),传输速率快(最高1MHz bps); ?单条总线最多可接110个节点,并可方便的扩充节点数; ?多主结构,各节点的地位平等,方便区域组网,总线利用率高; ?实时性高,非破坏总线仲裁技术,优先级高的节点无延时; ?出错的CAN节点会自动关闭并切断和总线的联系,不影响总线的通讯; ?报文为短帧结构并有硬件CRC校验,受干扰概率小,数据出错率极低; ?自动检测报文发送成功与否,可硬件自动重发,传输可靠性很高; ?硬件报文滤波功能,只接收必要信息,减轻cpu负担,简化软件编制; ?通讯介质可用普通的双绞线,同轴电缆或光纤等; ?CAN总线系统结构简单,有极高的性价比。 三、工业以太网的优势及存在问题 基于TCP/IP的以太网是一种标准开放式的网络,由其组成的系统兼容性和互操作性好,资源共享能力强,可以很容易的实现将控制现场的数据与信息系统上的资源共享;数据的传输距离长、传输速率高;易与Internet连接,低成本、易组网,与计算机、服务器的接口十分方便,受到了广泛的技术支持。 以太网采用的是带有冲突检测的载波侦听多路访问协议(CSMA/CD),无法保证数据传输的实时性要求,是一种非确定性的网络系统;安全可靠性问题,以太网采用超时重发机制,单点的故障容易扩散,造成整个网络系统的瘫痪;对工业环境的适应能力问题,目前工业以太网的鲁棒性和抗干扰能力等都是值得关注的问题,很难适应环境恶劣的工业现场;本质安全问题,在存在易燃、易爆、有毒等环境的工业现场必须要采用安全防爆技术;总线供电问题。在环境恶劣危险场合,总线供电具有十分重要的意义。

现场总线与工业以太网技术A卷

《 》试题A 第 1 页 共 1页 考号 姓名 班级 密封线 答案写在答题线右边 答题线 山铝职院2011~2012学年第二学期 10级工业网络专业《现场总线与工业以太网技 术》期末考试试题A 卷 (卷面满分为100分,请将全部答案均按题号顺序写在答题纸上) 一. 判断题: (每题2分共20分) 1. 现场总线之所以具有较高的测控性能,一是得益于仪表的智能化,二是得益于设备的通信化。 ( ) 2. CSMA/CD 在发送之前要先侦听线路有无数据在发送,以后在数据发送过程中就不需要判断有无冲突存在了。 ( ) 3. CP343-1可以同时作为主站和从站。 ( ) 4. PROFIBUS 主站具有总线存取控制权,从站没有总线存取控制权。 ( ) 5. 在对本质安全设备和安全栅进行认证时,不需要对电压、电流、功率这些实体参数做出说明。 ( ) 6. PROFIBUS 总线每个段上最多可接126个站。 ( ) 7. 基金会现场总线FF-H1数据传输速率为31.25KB/s ,通信距离可达1900m 。( ) 8. CAN 总线采用非破坏性总线仲裁技术,本质上属于以事件触发的通信 方式,具有某种程度的非确定性。( ) 9. 在CAN 总线中,发出报文的节点称为报文发送器,如果总线不处于空 闲状态,一个不是报文发送器的接点称为接收器。( ) 10. Powerlink 工作模式分为开放模式、局部模式和基本以太网模式。 ( ) 二 选择题: (每题2分共10分) 1. 在常用的传输介质中,( )的带宽最宽,信号传输衰减最小,抗干扰能力最强。 A .双绞线 B .同轴电缆 C .光纤 D .微波 2. 工业控制自动化主要包括三个层次,下列哪个不是( ) A .基础自动化 B.应用自动化 C .管理自动化 D.过程自动化 3. 西门子公司的提供了众多的网络服务,下列那种不是( ) A .标准通信 B.PP/OG 通信 C .S7通信 D.S5兼容通信 4. 现场总线PROFIBUS 决定数据通信的是( )。 A .智能从站 B .DP 从站 C .主站 D .中继器 5. 以下几种通讯协议不属于以太网范畴的是( ) A. PROFINET B. Modbus/TCP C. EhterNet/IP D. ProFibus 三.填空题: (每题1分共20分) 1. 自动控制从非智能、低智能到高智能的发展阶段经历 了: 、 、 和 四个阶段。 2. FF 总线由 和 两部分组成。 3. 计算机网络按作用范围(距离)可分为________、________和________; 4. S7-300 PLC 的程序可采用三种语言编程,包括 、 、 三种语言编程,系统功能块通常采用功能图编程。 5. 通信方式按照信息的传输方向分为 、 和 等三种方式。 6. CAN 的报文帧有以下四种类型: 、 、 和 。 7. 光纤分为 和多模两种类型,其传输原理都是基于光的 。 四.简答题: (每题6分共30分) 1. 现场总线定义及技术特点 2. 工业以太网定义 3. 什么是本质安全? 4. Profibus 由那三个子集组成,其技术特点各有哪些? 5. ISO/OSI 参考模型为哪7层? 五.应用题: (共10分) 某企业想要建设工业以太网,如果利用S7通信方式,请选择相应的软硬件为其进行硬件组态。选择的硬件包括: (1)CPU 两个、(2)CP 343-1两个、(3)PC (带网卡);软件为STEP 7。 请简述组态步骤。

基于工业以太网和现场总线的火电厂电气自动化系统

技术纵横 Application 应用 42 自动化博览 2006年12月刊 文献标识码:B 文章编号:1003-0492(2006)06-0042-02 中图分类号:TP393.11 基于工业以太网和现场总线的火电厂电气自动化系统 ECS for Electric Power Plant Based on Industry Ethernet and Field Bus (北京四方继保自动化股份有限公司,北京 100085) 刘 炬,李高俊 (浙江省衢州电力局,浙江 衢州 324000) 毛以军 收稿日期:2006-09-28 摘要:介绍了一种基于工业以太网和现场总线的火电厂电气自动化系统,描述了系统的网络结构以及ECS 系统与DCS 的接口方式。关键词:电厂电气自动化系统;分布式控制系统 Abstract: ECS(electric control system) for electric power plant based on industry ethernet and field bus is introduced, and the architecture of the system and the interface mode between ECS and DCS(distribute control system) are also described.Key words: ECS; DCS 刘炬(1970-) 男,河北乐亭人,工学硕士,从事变电站自动化系统、电网故障信息系统、电厂电气自动化系统研究工作。 电厂电气自动化系统,简称ECS ,是电厂自动化领域近年来兴起的一个新的热点。与DCS 侧重于热工系统的监控相对应,ECS 侧重于电气系统的监控;与NCS 侧重于电厂接入电网部分的电气监控相对比,ECS 侧重于发电厂内部,实现厂用电中低压电气系统的保护、测量、计量、控制、分析等综合功能。本文介绍了一种基于工业以太网和现场总线的电厂电气自动化系统。 图1 传统的电厂电气监控方案 1 传统的电厂电气监控方案 传统的电厂电气监控的实现方式是由DCS 系统经I/O 板实现对电气部分的数据采集和远方控制。电气部分特殊控制功能如继电保护、故障录波等都由独立的装置来实现,与DCS 系统无关。图1为传统电厂电气监控方案,在这个方案中,DC S 的I/O 板只能处理标准信号,模拟量需要经过变送器转换成标准的4~20mA 电流。DCS 可以实现对电气中的关键少量的信号的监视和控制,但需要大量的电缆和变送器,实施的成本比较高。 2 电厂电气自动化系统方案 随着微机在继电保护和自动装置中的广泛应用,电气综合保护测控装置可以实现基于交流采样的保护、测量、录波、控制和通信,这些新型的微机保护测控装置可以非常方便地采用现场总线、工业以太网等技术组成网络,电厂电气监控也发展为以交流采样、数字通信为主要特点的综合自动化系统。 2.1 现场总线简介 现场总线(Field Bus )是工厂底层设备之间的通信网络,是计算机数字通信技术在自动化领域的应用,为底层设备信息及生产过程信息集成提供了通信平台。工厂底层应用现场总线技术实现了全厂信息纵向集成的透明通信,即从管理层到自动化底层的数据存取。现场总线的介质访问控制方式可满足工业控制网络的要求,即通信的实时性和确定性,但是现场总线的通信速率相对比较低,不适合大量的数据传输。2.2 工业以太网简介 以太网和TCP/IP 协议在IT 行业得到了广泛应用,随着IEC 61158统一现场总线标准的失败,使得工业控制领域的专家将目标转向在IT 行业获得成功的以太网技术,以太网具有兼容性好、成本低廉、通信速率高等优点,但是也有实时性差、不确定性等问题。以太网适合应用于大数据量,实时性要求不是特别高的场合。2.3 电厂电气监控的特点 电厂电气监控系统的范围包括厂用电系统、网控系统、机组系统等,其中网控系统可采用目前非常成熟的变电站自动化系统的技术,电厂电气监控系统具有以下特点: ? 系统的设备数量和种类多,信息量大,物理位置分

工业以太网与CAN总线的比较

工业以太网与CAN现场总线的比较 方健 摘要:工业以太网和现场总线是工业控制现场中的两大主要网络通信形式。本文分别简要介绍了工业以太网和CAN总线的内容,并对两者在优缺点、通信协议、在工业信息化网络的应用和通信方案进行了分析和比较。 关键词:CAN现场总线;工业以太网;通信协议;工业控制;通信方案 A comparison between industrial Ethernet and CAN bus Fang Jian (Hubei Normal University school of mechanical electrical and control engineering Hubei, Huangshi,453002) Abstract:Both industrial ethernet and fieldbus are the two primary forms of network communication in the field of industrial control.In this paper ,the content of industrial ethernet and fieldbus are both briefly introduced.And It presents the analysis and comparison between the industrial Ethernet and the fieldbus on relative merits, communication protocol , Industrial information network and communication scheme. Key words:CAN bus;industrial ethernet; communication protocol;industrial control 1、引言 现场总线是应用在生产现场,在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统。由于其表现出的强大的功能,现场总线已经成为工业生产中不可或缺的核心部分。发展比较成熟的现场总线有FF-Foundation Fieldbus,Lonworks,PROFIBUS,HART,CAN 等等。CAN(Controller Area Net)即控制器局部网依靠各自的优良特性和可靠性,被公认为最有前途的现场总线之一,应用范围遍及从高速网络到低成本的多线路网络。由于各个总线的采用的通信协议完全不同,实现这些总线的兼容和互操作是十分困难的,应用受到了限制,主要应用于低速产品。而具有广泛性和技术先进性的以太网,可以作为现场总线的中高层通信网络,并开始逐步应用到工业控制现场。国内外的许多研究机构都致力于工业以太网的研究,使得工业以太网得到了快速的发展和很好的应用。 2、CAN总线和工业以太网 2.1、CAN总线的简介 CAN(Controller Area Network)-控制器局域网。它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。CAN总线最早是由德国Bosch公司在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、光导纤维,通信速率可达1Mbps[1]。 CAN 总线通信接口中集成了CAN 协议的物理层,数据链路层功能,可完成对通信数据的成帧处理,包括位填充,数据块编码,循环冗余校验,优先级判别等项工作。CAN 的高性能和可靠性已被认同,并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。

CAN总线网络设计

1 引言 can(controller area network)即控制器局域网络,最初是由德国bosch公司为解决汽车监控系统中的自动化系统集成而设计的数字信号通信协议,属于总线式串行通信网络。由于can总线自身的特点,其应用领域由汽车行业扩展到过程控制、机械制造、机器人和楼宇自动化等领域,被公认为最有发展前景的现场总线之一。 can总线系统网络拓扑结构采用总线式结构,其结构简单、成本低,并且采用无源抽头连接,系统可靠性高。本设计在保证系统可靠工作和降低成本的条件下,具有通用性、实时性和可扩展性等持点。 2 系统总体方案设计 整个can网络由上位机(上位机也是网络节点)和各网络节点组成(见图1)。上位机采用工控机或通用计算机,它不仅可以使用普通pc机的丰富软件,而且采用了许多保护措施,保证了安全可靠的运行,工控机特别适合于工业控制环境恶劣条件下的使用。上位机通过can总线适配卡与各网络节点进行信息交换,负责对整个系统进行监控和给下位机发送各种操作控制命令和设定参数。 网络节点由传感器接口、下位机、can控制器和can收发器组成,通过can收发器与总线相连,接收上位机的设置和命令。传感器接口把采集到的现场信号经过网络节点处理后,由can收发器经由can总线与上位机进行数据交换,上位机对传感器检测到的现场信号做进一步分析、处理或存储,完成系统的在线检测,计算机分析与控制。本设计can总线传输介质采用双绞线。 图 1 can总线网络系统结构 3 can总线智能网络节点硬件设计 本文给出以arm7tdmi内核philips公司的lpc2119芯片作为核心构成的智能节点电路设计。该智能节点的电路原理图如图2所示。该智能节点的设计在保证系统可靠工作和降低成本的条件下,具有通用性、实时性和可扩展性等特点,下面分别对电路的各部分做进一步

以太网和现场总线基础知识

以太网和现场总线基础知识 以太网及tcp/ip通信技术在it行业获得了很大的成功, 成为it行业应用中首选的网络通信技术。近年来,由于国际现场总线技术标准化工作没有达到人们理想中的结果,以太网及tcp/ip技术逐步在自动化行业中得到应用,并发展成为一种技术潮流。 以太网在自动化行业中的应用应该区分为两个方面问题,或者说两个层次的问题。一是工厂自动化技术与it技术结合,与互连网internet技术结合,成为未来可能的制造业电子商务技术、网络制造技术雏形。大多数专家们对自动化技术这种发展趋势给予肯定的评价。另一个方面,即以太网能否在工业过程控制底层,也就是设备层或称为现场层广泛应用?能否成为甚至取代现有的现场总线技术成 为统一的工业网络标准?这些问题实为目前自动化行业专家们争论的热点。本文将只就这一问题,从以太网与现场总线的技术比较出发,谈谈个人看法。 1.以太网指的是什么 什么是“以太网”?以及相关的ieee 802.3及tcp/ip技术? 这对计算机网络工程师可能是基本常识,但我们自动化技术工程师未必清楚。在讨论以太网与自动化技术及现场总线技术之前,有必要先澄清一下这几个基本术语的含义。笔者查阅了有关资料,现将有关“以太网”、ieee 802.3及tcp/ip相关的技术背景摘要如下: (1) 以太网: ?1975年: 美国施乐(xerox)公司的palo alto研究中心研制成功[metc76],该网采用无源电缆作为总线来传送数据帧,故以传播电磁波的“以太(ether)”命名。 ?1981年:美国施乐(xerox)公司+数字装备公司(digital)+英特尔(intel)公司联合推出以太网(ethernet)规约[ethe80] ?1982年:修改为第二版,dix ethernet v2 因此:“以太网”应该是特指“dix ethernet v2”所描述的技术。 (2) ieee802.3 ?80年代初期: 美国电气和电子工程师学会ieee 802委员会制定出局域网体系结构, 即ieee 802参考模型.ieee 802参考模型相当于osi模型的最低两层: ?1983年:ieee 802 委员会以美国施乐(xerox)公司+数字装备公司(digital)+英

课程设计--CAN总线

课程设计 题目 CAN通信 二级学院电子信息与自动化 专业自动化 班级 107070103 学生姓名学号 指导教师熊文 考核项目 设计50分平时 成绩 20分 答辩30分 设计质量 20分 创新设计 15分 报告质量 15分 熟练程度 20分 个人素质 10分 得分 总分考核等级教师签名

摘要: CAN总线是控制器局域网总线(contr01ler AreaNetwork)的简称。属于现场总线的范畴,是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。由于其高性能、高可靠性及独立的设计而被广泛应用于工业现场控制系统中。SJAl000是一个独立的CAN控制器,PCA82C200的硬件和软件都兼容,具有一系列先进的性能,特别在系统优化、诊断和维护方面,因此,SJAl000将会替代PCA82C200。SJAl000支持直接连接到两个著名的微型控制器系列80C51和68xx。下面以单片机AT89C52和SJAl000为例,介绍CAN总线模块的硬件设计和CAN通信软件的基本设计方法。 关键词:AT89S52 CAN通信 SJA1000

目录: (一) 背景: (二) CAN介绍 (三) SJA1000内部结构和功能简介 (四) 硬件电路图 (五) 初始化程序 (六) 测试 (七) 总结

一背景: CAN(Controller Area Network)数据总线是一种极适于汽车环境的汽车局域网。CAN总线是德国Bosch公司为解决汽车监控系统中的 复杂技术难题而设计的数字信号通信协议,它属于总线式串行通信网 络。由于采用了许多新技术和独特的设计思想,与同类车载网络相比,CAN总线在数据传输方面具有可靠、实时和灵活的优点。 1991年9月Philips半导体公司制定并发布了CAN技术规范(版本 2.0),该技术规范包括A部分和B两部分,其中2.0A给出了CAN报文的标 准格式;2.0B给出了标准和扩展两种格式。此后,1993年11月ISO正 式颁布了道路交通运输工具一数据信息交换一高速通信控制器局域 网(CAN)的国际标准IS011898,为控制器局域网的标准化和规范化铺 平了道路。 二CAN介绍 CAN通信的特点: (1) CAN是到目前为止唯一具有国际标准且成本较低的现场总线; (2) CAN废除了传统总线的站地址编码,对通信数据块进行编码,为 多主方式工作,不分主从,通信方式灵活,通过报文标识符通信,可 使不同的节点同时接收到相同的数据,无需站地址等节点信息。 (3) CAN采用非破坏性总线仲裁技术,当多个节点同时向总线发送信 息时,优先级较低的节点会主动地退出发送,而最高优先级的节点可 不受影响地继续传输数据,从而大大节省了总线冲突仲裁时间。尤其 是在网络负载很重的情况下也不会出现网络瘫痪情况(以太网则有可

现场总线、以太网和两者合并的真相

现场总线、以太网和两者合并的真相 继以太网和基于IP 的协议成功地取代了用于自动化的RS485 和专用同轴 电缆解决方案之后,经常出现这种推测,即以太网将取代现场总线。同样,自 从所有类型的以太网设备都能与同一个网络连接后,常常出现这样的建议,那 就是以太网可能成为现场总线不能实现的单一协议问题的解决方案。使用现场 总线和以太网的相互关联被极大地曲解了。本文进一步探讨了自动化系统集成 的真实性、每种网络技术所扮演的角色以及用户处理许多运行在以太网上专用 协议的方法。多年以来“现场总线”这个术语在许多方面经常使用,很难说出人们在使用这个词时它的真正含义。例如,HART 是现场总线吗?Profibus 和Modus 也是现场总线吗?使用这个词时仅仅是指定义在IEC61158 中的总线吗?它仅仅和用于过程自动化或机器自动化和运动控制的总线有关吗?一种总线必 须提供本征安全的能力才称得上是现场总线吗?在过去的几年中,市场上有一种更加宽泛的定义解决了对现场总线的疑惑:现场总线可以指贯穿工厂层的 在过程中将传感器/发送器和执行器/阀门连接起来的任何自动化总线。这还是很难理解当人们说传感器层的网络连接时他们的真正含义。这可以指它确实和 传感器和发送器连接,但是它通常是指与按顺序连接到实际传感器的远程I/O 块相连接。大多数现场总线协议不是专用的。许多是基于IEC 或其他行业标准,例如用于以太网的IEEE 标准。然而,由于容量低于以太网,因此它们看 起来相对特殊。什么是以太网和IP?以太网这个名字也被广泛地误解了。许多时候当问人们他们工厂中使用什么工业网络协议时,今天他们会回答是“以 太网”或“TCP/IP”,正如过去他们回答“RS485”或“RS232”一样。这些实际上都 是错误的,因为以太网和TCP/IP 不是完整的协议堆栈,正如RS232 和RS485 不是协议一样。然而,以太网和TCP/IP 为一些新的工业网络技术提供了基础。

EtherCAT - 以太网现场总线

EtherCAT - 以太网现场总线 本文深入阐述了基于以太网现场总线系统的EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology)技术。EtherCA T为现场总线技术领域树立了新的性能标准,具备灵活的网络拓扑结构,系统配置简单,和现场总线系统一样操作直观简便。另外,由于EtherCAT实施的成本低廉,因此使系统得以在过去无法应用现场总线网络的场合中选用该现场总线。 1. 引言 1.1 以太网和实时能力 2. EtherCAT 运行原理 3. EtherCAT 技术特征 3.1 协议 3.2 拓扑 3.3 分布时钟 3.4 性能 3.5 诊断 3.6 高可靠性 3.7 安全性 3.8 EtherCAT 取代PCI 3.9 设备行规 3.9.1 EtherCAT实现CAN总线应用层协议(CoE) 3.9.2 EtherCAT实现伺服驱动设备行规IEC61491 (SoE) 3.10 EtherCAT实现以太网(EoE) 3.11 EtherCAT实现文件读取(FoE) 4. 基础设施成本 5. EtherCAT 实施 5.1 主站 5.1.1 主站实施服务 5.1.2 主站样本代码 5.2 从站 5.2.1 EtherCAT Slave Controller 5.2.2 从站评估工具包 6. 小结 7. 参考文献

1. 引言 现场总线已成为自动化技术的集成组件,通过大量的实践试验和测试,如今已获得广泛应用。正是由于现场总线技术的普及,才使基于PC的控制系统得以广泛应用。然而,虽然控制器CPU的性能(尤其是IPC的性能)发展迅猛,但传统的现场总线系统正日趋成为控制系统性能发展的―瓶颈‖。急需技术革新的另一个因素则是由于传统的解决方案并不十分理想。传统的方案是,按层划分的控制体系通常都由几个辅助系统所组成(周期系统):即实际控制任务、现场总线系统、I/O系统中的本地扩展总线或外围设备的简单本地固件周期。正常情况下,系统响应时间是控制器周期时间的3-5倍。在现场总线系统之上的层面(即网络控制器)中,以太网往往在某种程度上代表着技术发展的水平。该方面目前较新的技术是驱动或I/O级的应用,即过去普遍采用现场总线系统的这些领域。这些应用类型要求系统具备良好的实时能力、适应小数据量通讯,并且价格经济。EtherCA T可以满足这些需求,并且还可以在I/O级实现因特网技术(参见图1)。 图1:传统现场总线系统响应时间 在现场总线系统之上的层面(即网络控制器)中,以太网往往在某种程度上代表着技术发展的水平。该方面目前较新的技术是驱动或I/O级的应用,即过去普遍采用现场总线系统的这些领域。这些应用类型要求系统具备良好的实时能力、适应小数据量通讯,并且价格经济。EtherCAT可以满足这些需求,并且还可以在I/O级实现因特网技术。 1.1 以太网和实时能力 目前,有许多方案力求实现以太网的实时能力。例如,CSMA/CD介质存取过程方案,即禁止高层协议访问过程,而由时间片或轮循方式所取代的一种解决方案;另一种解决方案则是通过专用交换机精确控制时间的方式来分配以太网包。这些方案虽然可以在某种程度上快速准确地将数据包传送给所连接的以太网节点,但是,输出或驱动控制器重定向所需要的时间以及读取输入数据所需要的时间都要受制于具体的实现方式。 如果将单个以太网帧用于每个设备,那么,理论上讲,其可用数据率非常低。例如,最短的以太网帧为84字节(包括内部的包间隔IPG)。如果一个驱动器周期性地发送4字节的实际值和状态信息,并相应地同时接收4字节的命令值和控制字信息,那么,即便是总线负荷为100%(即:无限小的驱动响应时间)时,其可用数据率也只能达到4/84= 4.8%。如果按照10 μs的平均响应时间估计,则速率将下降到1.9%。对所有发送以太网帧到每个设备(或期望帧来自每个设备)的实时以太网方式而言,都存在这些限制,但以太网帧内部所使用的协议则是例外。

现场总线和工业以太网

在工作中,很多新人问我究竟什么是现场总线,什么是工业以太网,对于刚入行的新人来说是比较难理解,我这里尽量采用通俗的讲法给大家解释一下现场总线和工业以太网。 现场总线技术是20世纪80年代中期在国际上发展起俩的一种工业控制技术。通俗地讲,现场总线就是用在现场的总线技术,和计算机内部的总线概念一样,但是由于现场的特殊环境(如温度,安装条件,干扰等等),不同余计算机通常用于室内,为了区别,所以我们把这种总线称为现场总线。 做过PLC的人都知道,如果现场有100个I/0点,我们就需从PLC柜引超过100根的电线到现场,如果是1000个呢??所以有人就想,能不能把这些所有的点用一根电缆都连接起来呢? 不错,现场总线就实现了这种功能。它及大方便了布线。 还有一点,现场总线把原先PLC要实现的功能分散到了现场设备/仪表。 还有一点很重要:现场总线采用的数字传输。数字化是各行各业普遍的趋势。我们的电视现在都数字化了。工业控制也要数字化!!数字传输比较模拟量传输就很大的优势!世界就是这么奇怪,当人类自以为聪明,把问题复杂话的时候惊奇的发现0和1才是世界的本质。哈哈~~ 现场总线技术实际上是次采用串行数据传输和连接方式代替传统的并联信号和连接方式,它依次实现了控制层和现场总线设别之间的数据传输,同时保证传输实时性的情况下实现信息的可靠性和开放性。一般的现场总线具有以下几个特点: 1、布线简单 2、开放性 3、实时性 4、可靠性 对于上面几个概念应该都比较好理解,深入的了解,大家可以参考相关资料。 工业以太网,所谓工业以太网通俗地讲就是应用于工业的以太网。 以太网是目前计算机局域网最常见的通信协议标准,但它是为办公自动化的应用而设计的,并没有考虑到工业现场环境的需求,比如高温、低温、防尘等,所以以太网不能直接应用于环境恶劣的工业现场。所以工业以太网就随之产生了。 还有一个问题,很多人常问:为什么有那么多的现场总线协议,那么多的工业以太网协议呢? 工业网络的发展经历了20多年,由于对未来的自动化控制的战略意义重大,市场潜力巨大,国际上著名的自动化设备制造商都千方百计地研发有自己特色的工业网络,各种现场总线和工业以太网相继产生。为了统一这些标准,形成最终的唯一的世界标准,各方面都进行了长时间努力,但出于各自的利益,最终以失败告终,妥协形成了了多个标准: 现场总线的标准不断完善和更新,先后发表了3个版本,目前正在制定第4个版本。 IEC61158 ,1984年IEC提出现场总线国际标准草案,1993年才通过了物理层的标准,数据连路层的标准几经反复,修改的IEC61158国际标准才于1999年12月投票通过,形成2000年版本的IEC61158标准,共8中类型的现场总线: 类型1:原IEC61158技术报告即FF H1 2:ControlNet

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