iCAN系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)CAN-bus分布式數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)

1.1 iCAN 系統(tǒng)的誕生

工業(yè)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化趨勢(shì)，使得工業(yè)控制系統(tǒng)逐漸采用更加徹底的分散式結(jié)構(gòu)，而在這個(gè)發(fā)展過程中，現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用起到了主導(dǎo)的作用。

作為市場(chǎng)上占有率很高的現(xiàn)場(chǎng)總線之一，CAN-bus 總線憑借其開放性、高可靠性、良好的實(shí)時(shí)性、較低的成本，在工業(yè)控制、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)雀黝I(lǐng)域中都獲得了廣泛地應(yīng)用。

通過建立一個(gè)CAN-bus 總線的硬件平臺(tái)，再綜合一些優(yōu)秀產(chǎn)品必需具備的要素：便于實(shí)現(xiàn)的行業(yè)方案、較低的系統(tǒng)成本、優(yōu)秀的產(chǎn)品性能等，即誕生了一種完整功能的現(xiàn)場(chǎng)總線數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)；這就是基于CAN-bus 總線的iCAN 系統(tǒng)。

1.2 iCAN 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

iCAN 系統(tǒng)，即基于iCAN 協(xié)議的CAN-bus 分布式數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)；iCAN 系統(tǒng)主要由三個(gè)要素構(gòu)成：PC-CAN 接口卡、iCAN 協(xié)議、iCAN 功能模塊。

iCAN 協(xié)議，是一種基于CAN-bus 連接的應(yīng)用層協(xié)議，具有實(shí)現(xiàn)方便、應(yīng)用可靠的優(yōu)點(diǎn)。

iCAN 功能模塊，集成CAN-bus 通訊接口與iCAN 應(yīng)用層協(xié)議，提供DI、DO、AI、AO、RTD、TC、計(jì)數(shù)器、頻率計(jì)等數(shù)據(jù)采集功能，為主控PC 與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間提供完整的信號(hào)采集與通訊功能。

支持iCAN 協(xié)議的PC-CAN 接口卡，支持組態(tài)軟件、動(dòng)態(tài)庫等多種編程方式，令通用PC 平臺(tái)具備網(wǎng)絡(luò)管理、設(shè)備控制、數(shù)據(jù)記錄等功能，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的人機(jī)交互功能。

1.3 iCAN 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

iCAN 系統(tǒng)主要用于實(shí)現(xiàn)CAN-bus 應(yīng)用中的通訊控制和數(shù)據(jù)采集方案。因此，iCAN 系統(tǒng)具有構(gòu)建靈活、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低的優(yōu)勢(shì)；并且，由于采用CAN-bus 總線，系統(tǒng)具有良好的可靠性和穩(wěn)定性。同時(shí)，iCAN 系統(tǒng)具有易于組態(tài)，安裝、運(yùn)行、維護(hù)簡(jiǎn)便的特點(diǎn)。

圖 0.1 為iCAN系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。一個(gè)實(shí)際運(yùn)行的iCAN系統(tǒng)主要由PC-CAN接口卡、iCAN功能模塊組成。iCAN系統(tǒng)支持多種用戶開發(fā)方式，并且支持常用的組態(tài)軟件環(huán)境。

根據(jù)應(yīng)用環(huán)境的需求，iCAN 系統(tǒng)可以增加CAN-bus 網(wǎng)關(guān)/網(wǎng)橋設(shè)備，以適應(yīng)實(shí)際系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和通訊距離，以及終端設(shè)備在安裝、布線等方面的要求。通過CAN-bus 網(wǎng)關(guān)/網(wǎng)橋設(shè)備，iCAN 系統(tǒng)也可以方便地互連其它類型的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)，比如串行通訊網(wǎng)絡(luò)RS-232或RS-485、以太網(wǎng)EtherNet 等，或者連接DeviceNet/CANopen 網(wǎng)絡(luò)。

作為一個(gè)能夠滿足實(shí)際控制需求的CAN-bus 網(wǎng)絡(luò)，iCAN 系統(tǒng)可以由用戶在現(xiàn)場(chǎng)按需配置，構(gòu)成大型、中型或小型的分布式控制網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)，iCAN 系統(tǒng)能夠?qū)⒍鄠€(gè)不同功能、符合規(guī)范的CAN-bus 產(chǎn)品有機(jī)聯(lián)網(wǎng)，形成一個(gè)實(shí)現(xiàn)指定功能的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)，從而提供一整套完整的現(xiàn)場(chǎng)通訊和數(shù)據(jù)采集方案。［page］

1.4 iCAN 協(xié)議規(guī)范

iCAN 協(xié)議是一種基于連接的CAN-bus 應(yīng)用層協(xié)議，是整個(gè)iCAN 系統(tǒng)的基礎(chǔ)與核心；制定iCAN 協(xié)議的思路源自于為中國中小型CAN-bus 應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)提供一種簡(jiǎn)單、可靠、穩(wěn)定的應(yīng)用層協(xié)議。

在充分汲取了DeviceNet 協(xié)議和CANopen 協(xié)議之精萃的基礎(chǔ)上，優(yōu)先保障通訊數(shù)據(jù)的可靠性與實(shí)時(shí)性，以相對(duì)簡(jiǎn)單的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，從而有效降低硬件實(shí)現(xiàn)成本，這就是iCAN 協(xié)議的巨大優(yōu)勢(shì)。

iCAN 協(xié)議也是一個(gè)相當(dāng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)腃AN-bus 應(yīng)用層協(xié)議。iCAN 協(xié)議的規(guī)范化主要體現(xiàn)在一些關(guān)鍵因素上：

CAN報(bào)文的分配

數(shù)據(jù)通訊的實(shí)現(xiàn)?

網(wǎng)絡(luò)管理機(jī)制?

設(shè)備建模?

通過上述核心技術(shù)問題的有效解決，一方面可以保證iCAN系統(tǒng)的高通訊效率、高數(shù)據(jù)可靠性，令基于iCAN協(xié)議的各個(gè)CAN-bus功能設(shè)備能夠連接成一個(gè)有機(jī)的整體網(wǎng)絡(luò)；另一方面，通過對(duì)iCAN協(xié)議在設(shè)備建模方面的規(guī)范化，可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的描述標(biāo)準(zhǔn)化與電子化（上載EDS文件），同時(shí)，使iCAN協(xié)議具有可延續(xù)性發(fā)展空間，保障聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品在通訊協(xié)議方面的的一致性。?

當(dāng)然，作為一個(gè)新定義的CAN-bus應(yīng)用層協(xié)議，iCAN協(xié)議也會(huì)存在一個(gè)不斷完善的過程。通過多個(gè)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)的長期運(yùn)行考驗(yàn)，iCAN協(xié)議已達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)，能夠?qū)崿F(xiàn)可靠、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)通訊，滿足國內(nèi)中型、小型現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)的大多數(shù)用戶需求。?

1.5?iCAN系統(tǒng)應(yīng)用?

隨著CAN-bus總線在國內(nèi)的應(yīng)用日益廣泛，iCAN系統(tǒng)可以幫助用戶快速建立基于CAN-bus總線的分布式數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)，早一步獲得現(xiàn)場(chǎng)總線CAN-bus帶來的先進(jìn)優(yōu)勢(shì)。?

iCAN系統(tǒng)已經(jīng)在國內(nèi)多個(gè)領(lǐng)域得到了成功應(yīng)用，例如工程機(jī)械、工業(yè)控制、石油化工、船舶運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)。與iCAN系統(tǒng)配套的應(yīng)用指南、設(shè)計(jì)參考、參照實(shí)例、行業(yè)方案等詳實(shí)資料，能夠進(jìn)一步指導(dǎo)iCAN系統(tǒng)的建立步驟。資料主要闡述以下一些重點(diǎn)內(nèi)容：

系統(tǒng)的基本要求：設(shè)備的選型指導(dǎo)、典型功能的設(shè)計(jì)應(yīng)用；

系統(tǒng)拓?fù)湟螅焊鞣N設(shè)備的位置，設(shè)備之間的距離，布線安裝方式，通訊附件等；系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的要求：各種設(shè)備對(duì)于通訊方面的性能指標(biāo)要求，包括對(duì)實(shí)時(shí)性、確定

性、可重復(fù)性的要求，通訊數(shù)據(jù)量的大小，以及I/O數(shù)據(jù)輸入輸出運(yùn)行的最大時(shí)間間隔等；

系統(tǒng)的工作環(huán)境要求：溫度、濕度、振動(dòng)，防塵放水，電磁干擾（雷擊）等；

系統(tǒng)的安全性要求：出現(xiàn)失控/誤控的幾率，網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)系統(tǒng)的安全狀態(tài)；?

系統(tǒng)軟件要求：開發(fā)模式，編程語言，組態(tài)軟件，OPC-Server接口等，系統(tǒng)應(yīng)用程序的大小，對(duì)實(shí)時(shí)性的要求及影響。?

經(jīng)過實(shí)踐的檢驗(yàn)，iCAN系統(tǒng)已經(jīng)在國內(nèi)中型、小型現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)中獲得良好的市場(chǎng)反應(yīng)，也必將產(chǎn)生更加廣泛的應(yīng)用前景。?

1.6?總結(jié)?

隨著CAN-bus總線進(jìn)入行業(yè)應(yīng)用的日漸廣泛，以及工業(yè)控制領(lǐng)域中DCS和FCS的互相融合，iCAN系統(tǒng)一定會(huì)成為分布式數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)的一種有效通訊方式，具有良好的應(yīng)用前景。同時(shí)，iCAN系統(tǒng)也在持續(xù)完善、快速發(fā)展之中：一是滿足更多行業(yè)的控制需求，二是產(chǎn)生更多的行業(yè)方案。

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