【虹科直播回顧】CAN總線技術(shù)賦能智能制造發(fā)展

9月19日，虹科萬工受邀參加CiA中國技術(shù)日在線研討會并進行了演講。會議上，萬工分享了在智能制造等領(lǐng)域CAN總線技術(shù)的應(yīng)用，并結(jié)合具體的應(yīng)用場景和解決方案對CAN技術(shù)的應(yīng)用進行了深入分析。本文將對此次演講的內(nèi)容進行回顧與總結(jié)，若需獲取回放視頻或演講PPT，歡迎通過400-999-3848或info@hkaco.com聯(lián)系虹科。

基于CAN總線技術(shù)以及各領(lǐng)域應(yīng)用多樣化的需求，CAN衍生了多種多樣的產(chǎn)品形式以滿足當(dāng)今智能制造發(fā)展的需要，其中包括CAN卡、中繼器、網(wǎng)關(guān)、路由器、遠程IO等設(shè)備，以及基于CAN總線而開發(fā)的上層協(xié)議，如CANopen等。通過具體的應(yīng)用場景和產(chǎn)品，我們可以了解到CAN總線在智能設(shè)備、智能制造領(lǐng)域都扮演著重要的角色。

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CAN總線在生產(chǎn)產(chǎn)線上的應(yīng)用

在一條完整的汽車生產(chǎn)線上通常有著各種CAN設(shè)備及其他設(shè)備，如果人工在現(xiàn)場逐個對設(shè)備進行測試和維護，無疑將面臨巨大的工作量。如果使用虹科PCAN-Wireless Gateway等CAN轉(zhuǎn)WiFi的核心硬件，則能夠大大改善和提供產(chǎn)線的維護和升級效率。

以某工廠為例，該工廠會讓遙控小車在產(chǎn)線通道上行駛，當(dāng)小車行駛至不同的設(shè)備前方時，需要和對應(yīng)的設(shè)備進行CAN通訊，并進行測試過程。測試完成后，繼續(xù)前進，重復(fù)上述過程，直至指定的設(shè)備完成測試。通過在遙控小車和設(shè)備上各配備一個PCAN-Wireless GateWay，可以讓遙控小車的控制器提供需要傳輸?shù)腃AN數(shù)據(jù)和需要通訊的設(shè)備IP（或者編號），CAN轉(zhuǎn)wifi模塊的控制器接收到后，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給指定的設(shè)備。

這一過程使得CAN通訊無需通過繁雜的布線實現(xiàn)，并且可以遠程進行，有利于減少人工成本和提高生產(chǎn)過程的智能化水平。

02

CAN總線在工業(yè)自動化中的應(yīng)用

在工業(yè)自動化領(lǐng)域，可能會遇到不同的產(chǎn)線相距較遠但又需要實現(xiàn)兩個網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交互應(yīng)用的情況，虹科PCAN-Ethernet-Gateway可以滿足該需求。虹科PCAN-Ethernet-Gateway允許通過 IP 網(wǎng)絡(luò)連接不同的 CAN 總線，與此同時，將CAN 幀封裝在 TCP 或 UDP 消息包中，然后通過 IP 網(wǎng)絡(luò)從一臺設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)到另一臺設(shè)備，實現(xiàn)從一個控制系統(tǒng)傳輸?shù)搅硪粋€控制，也實現(xiàn)遠距離連接不同的CAN網(wǎng)絡(luò)。憑借其 DIN 導(dǎo)軌外殼和對擴展溫度范圍的支持，該模塊十分適用于工業(yè)環(huán)境，有利于實現(xiàn)自動化系統(tǒng)和整個CAN網(wǎng)絡(luò)的智能管理。

03

CAN總線在醫(yī)療系統(tǒng)中的應(yīng)用

在醫(yī)療系統(tǒng)中，也可以使用CAN總線技術(shù)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中管理和控制。由于醫(yī)療設(shè)備種類繁多，各種設(shè)備控制面板的差異較大，并且各類手術(shù)室設(shè)備大多數(shù)都是獨立的單元，沒有對外統(tǒng)一的通信接口，這帶來了兼容性問題。其次是集中控制的通信質(zhì)量好壞也直接關(guān)聯(lián)到手術(shù)的安全性及效率，集中控制工作站與各受控設(shè)備之間的通信必須是實時、準確、穩(wěn)定的。

因此，需要通過數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)集成對手術(shù)室現(xiàn)有設(shè)備進行數(shù)字化端口改造，實現(xiàn)由集中控制工作站對手術(shù)室中的醫(yī)療設(shè)備進行控制，并與院內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)信息進行實時交互。

CAN總線采用雙線串行通訊協(xié)議，能夠為串行通信網(wǎng)絡(luò)提供有效的分布式控制或?qū)崟r控制。為實現(xiàn)兼容性與安全性高的集中控制，可以采用CAN總線作為數(shù)字化手術(shù)室內(nèi)設(shè)備與設(shè)備之間，設(shè)備與主控之間的通信協(xié)議。

在通訊過程中，虹科PCAN接口卡則扮演著“改造者”的角色。它可以通過多種不同的接口類型與醫(yī)療設(shè)備連接，如USB，PCI，PCIe，MiniPCIe，M.2，RS232等等，快速為醫(yī)療設(shè)備引入標(biāo)準CAN接口并連接到CAN總線網(wǎng)絡(luò)中。

另外，也可以采用CAN總線結(jié)構(gòu)實現(xiàn)數(shù)字化手術(shù)室的搭建，即底層傳感器與執(zhí)行器，各醫(yī)療設(shè)備節(jié)點，主控終端等都通過CAN通訊連接，實現(xiàn)信息共享和綜合管理。通過CAN線纜掛接到數(shù)字化手術(shù)室的CAN網(wǎng)絡(luò)中，可采集所有節(jié)點的數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)解析和故障判斷，可直觀地顯示當(dāng)前所有醫(yī)療設(shè)備的運行狀態(tài)，也可以將激勵信號注入到任意設(shè)備節(jié)點中進行功能及穩(wěn)定性測試。

在這種情況下，虹科PCAN接口卡可作為CAN接入點。該設(shè)備不僅能夠?qū)崿F(xiàn)底層的CAN數(shù)據(jù)發(fā)送與采集，而且還自帶CAN故障提示功能，是實現(xiàn)測試診斷的底層基礎(chǔ)硬件。值得關(guān)注的是，PCAN還可以進入單聽模式，以旁聽者的身份來監(jiān)聽設(shè)備的運行，不會對CAN網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生任何影響，而且可實時發(fā)現(xiàn)并記錄間歇性故障。

相比于其他通訊方式，CAN總線技術(shù)完全能夠滿足數(shù)字化手術(shù)室中的智能改造，且同時具備安全、穩(wěn)定、節(jié)省維護成本等優(yōu)勢。

04

CAN總線在工程機械中的應(yīng)用

設(shè)置CAN可以減少線束的數(shù)量，允許任一電控單元與整個系統(tǒng)通信，同時不會使車載電腦負載，因此，CAN總線還可以應(yīng)用于推土機、壓路機等工程機械設(shè)備中。在實際的生產(chǎn)場景中，這些工程機械設(shè)備通常在比較惡劣的環(huán)境下工作，每次作業(yè)后或作業(yè)時，我們需要及時分析是否存在車輛部件故障，以確保安全生產(chǎn)。為此虹科推出的CAN記錄儀可以充當(dāng)車輛黑匣子的作用，采集工程機械設(shè)備J1939數(shù)據(jù)，并支持SD卡32G數(shù)據(jù)存儲容量，能夠長時間記錄相關(guān)的數(shù)據(jù)，同時也支持遠程WiFi，可以通過WiFi，將數(shù)據(jù)傳值云端，遠程監(jiān)控和可視化分析。

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CAN總線在電池儲能系統(tǒng)中的應(yīng)用

BESS是智能電網(wǎng)、新能源發(fā)電及并網(wǎng)、電力負荷移峰填谷的關(guān)鍵技術(shù)。若想確保鋰離子儲能系統(tǒng)（Battery Energy Storage System, BESS）的高效、安全應(yīng)用，必須對系統(tǒng)的各個組成部分進行集成和優(yōu)化，并加以合理有效的管理和控制。BESS通常是一個分布式的拓撲結(jié)構(gòu)，整個系統(tǒng)完全搭建起來有著比較長的傳輸距離，CAN總線技術(shù)會隨著傳輸距離和傳輸時間的增加，出現(xiàn)信號衰減，或者隨著波特率的增加縮短傳輸距離。

通過使?虹科CAN中繼器PCAN-Repeater，能夠建?獨?的電?部分，每?部分都具有更優(yōu)的信號完整性并減少了信號反射，從而加強系統(tǒng)可靠性。這?部分是因為它提?了信號質(zhì)量，??部分是因為它可以隔離故障。因此，使用虹科CAN中繼器使客戶能夠在其大規(guī)模網(wǎng)格化的電池儲能系統(tǒng)(BESS)部署中成功實現(xiàn)穩(wěn)定可靠的CAN BMS通信。實現(xiàn)電池系統(tǒng)的高效可靠的運行，保障儲電系統(tǒng)的安全運行。

06

CANopen協(xié)議在運動控制領(lǐng)域的應(yīng)用

在運動控制領(lǐng)域，CANopen協(xié)議應(yīng)用非常廣泛，也是我們比較熟知的一種協(xié)議。該協(xié)議延續(xù)了CAN總線穩(wěn)定可靠、傳輸數(shù)據(jù)快、CAN網(wǎng)絡(luò)可連接多個設(shè)備的特點，從而滿足運動控制的需要，比如如圖所示CANopen伺服系統(tǒng)中：

如上圖所示，通信部分由CAN收發(fā)器、CAN控制器和CANopen協(xié)議棧組成，應(yīng)?部分是對設(shè)備的基本功能的定義和描述，它是連接設(shè)備與主站上位機的紐帶，DS-402提?了設(shè)備的互聯(lián)性能，能夠進?參數(shù)配置、狀態(tài)控制和監(jiān)控，并?速傳輸設(shè)備的過程數(shù)據(jù)信息。

另外，CANopen技術(shù)也可以用于多個領(lǐng)域，如遠程IO、包裝設(shè)備、紡織設(shè)備、激光設(shè)備、機器人等，從而為智能制造提供生產(chǎn)驅(qū)動力，保障各部分快速高效工作。

總結(jié)

/conclusion

虹科是一家高新技術(shù)企業(yè)并致力于成為高科技領(lǐng)域內(nèi)的資源整合及技術(shù)服務(wù)落地供應(yīng)商，涉足工業(yè)和制造業(yè)的自動化和數(shù)字化、汽車研發(fā)測試、自動駕駛、醫(yī)療環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域。從2007年至今，虹科不斷拓展CAN總線的產(chǎn)品線，其應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋工業(yè)自動化、汽車電子等多個領(lǐng)域。目前已經(jīng)積累了15年的行業(yè)經(jīng)驗，并早已成為CiA協(xié)會的會員。虹科將繼續(xù)與工業(yè)領(lǐng)域的專家們一起，共同推動和發(fā)展CAN總線技術(shù)在中國的發(fā)展和應(yīng)用，讓中國制造更加智能化、數(shù)字化。