can總線比之rs-485,，具有實時性,、可靠性高，安全性強等優(yōu)越性,；與其他現(xiàn)場總線相比,，can總線具有突出的可靠性、實時性和靈活性,。本文運用can總線實現(xiàn)數(shù)字電表的實時數(shù)據(jù)采集,，并通過internet將數(shù)據(jù)進行網(wǎng)絡(luò)化管理，以實現(xiàn)煉鋼及冶金企業(yè)節(jié)能增效的目的,。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計 　　

系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示,。系統(tǒng)主服務(wù)器裝有oracle數(shù)據(jù)庫，用于存儲來自工業(yè)現(xiàn)場各節(jié)點的數(shù)據(jù)。區(qū)域上位機裝有access數(shù)據(jù)庫,，可暫時對數(shù)據(jù)進行存儲備份,，數(shù)據(jù)庫定期清空。從分布工業(yè)現(xiàn)場的各數(shù)據(jù)采集節(jié)點（即數(shù)字電表）采集到的數(shù)字數(shù)據(jù),，經(jīng)過can總線傳到區(qū)域上位機,，再由上位機通過internet傳到系統(tǒng)主服務(wù)器。在系統(tǒng)服務(wù)器上對采集到的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和分析,，運用相應(yīng)算法得到處理結(jié)果,。然后通過internet將控制命令傳到各相應(yīng)區(qū)域上位機，上位機再通過can總線將數(shù)據(jù)傳到各控制節(jié)點,。在整個現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中,，現(xiàn)場智能設(shè)備層是整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的核心，只有確?？偩€設(shè)備之間可靠,、準確、完整的數(shù)據(jù)傳輸,，上層網(wǎng)絡(luò)才能獲取信息以實現(xiàn)其監(jiān)控功能,。因此，本文主要介紹現(xiàn)場設(shè)備間的通信與控制,。

3 基于can總線的分布式監(jiān)控系統(tǒng) 　　

3.1 can總線簡介 　　

can 總線是德國bosch 公司為解決現(xiàn)代車輛中的控制與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種數(shù)據(jù)通信協(xié)議標準,。can 總線遵從iso/osi 模型，分為3 層：物理層,、數(shù)據(jù)鏈路層與應(yīng)用層,。can通信介質(zhì)可為雙絞線、同軸電纜或光纖,，通過標準接插件可方便的連接,，傳輸速率可達1mbps（通信距離<40m）， 直接傳輸距離最遠可達10km（通信速率<5kbps）,，同一段總線內(nèi)最多可接110個設(shè)備,。目前，can是唯一取得國際標準的現(xiàn)場總線,。

3.2 can節(jié)點的劃分 　　

每個can總線分系統(tǒng)采用一主多從分布式結(jié)構(gòu),。主節(jié)點為can網(wǎng)關(guān)，從節(jié)點分數(shù)據(jù)采集節(jié)點和控制節(jié)點兩種,。can網(wǎng)關(guān)用于完成can總線與上位機pc之間通信,；數(shù)據(jù)采集節(jié)點用于采集現(xiàn)場的數(shù)據(jù)，主要有：a相電壓,、b相電壓,、c相電壓,、a相電流,、b相電流,、c相電流、頻率,、功率因數(shù),、無功功率、有功功率以及采集時間等,；控制節(jié)點主要完成上位機傳遞的控制命令,。由分布廠區(qū)的各數(shù)據(jù)采集節(jié)點和控制節(jié)點組成分布式監(jiān)控系統(tǒng)，通過can網(wǎng)關(guān)與上位機通信,，上位機通過internet與系統(tǒng)主服務(wù)器聯(lián)網(wǎng),，實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集、信息處理和網(wǎng)絡(luò)化控制,。圖2是一個can總線分系統(tǒng)的硬件節(jié)點圖,。

3.3 can通信協(xié)議的制定 　　

在can分系統(tǒng)里，報文結(jié)構(gòu)采用can 2.0b協(xié)議的標準幀結(jié)構(gòu),。數(shù)據(jù)幀由7個不同的位場組成：幀起始,、仲裁場、控制場,、數(shù)據(jù)場,、crc場、應(yīng)答場,、幀結(jié)尾,。其中，仲裁場由11位標識符（id28～id18）和rtr位組成,，依次從id28～id18發(fā)送,，并且高7位（id28～id22）不能全是“隱性”。

根據(jù)can總線逐位仲裁原理和分布式監(jiān)控系統(tǒng)各部分的特點,，將仲裁場的11位標識符作以下設(shè)計,。

（1） id28～id26定義為優(yōu)先級?？梢?guī)定0～7個級別,，具有最高優(yōu)先權(quán)的節(jié)點首先發(fā)送數(shù)據(jù)。當相同優(yōu)先級別的報文同時發(fā)送時,，繼續(xù)在仲裁域內(nèi)往后進行逐位仲裁,，直至有節(jié)點勝出為止。

（2） id25～id24規(guī)定為高低速can的標識,。用來區(qū)分高速與低速can報文,。其中00 表示高速,，01表示低速。

（3） id23～id18用于節(jié)點信號的分類,，可留做具體組網(wǎng)時進行分配,。

4 系統(tǒng)硬件設(shè)計 　　

4.1 can總線節(jié)點硬件電路設(shè)計 　　

can總線硬件節(jié)點分主節(jié)點與從節(jié)點兩種。主節(jié)點為can網(wǎng)關(guān),，從節(jié)點分數(shù)據(jù)采集節(jié)點和控制節(jié)點兩種,。由于can網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)處理量相對較大，采用ti公司內(nèi)置can驅(qū)動器的dsp處理器tms320lf2407,。數(shù)據(jù)采集節(jié)點和控制節(jié)點只需采集和處理與本節(jié)點相關(guān)的信息,，故采用microchip公司的單片機pic16f876和can控制器mcp2510。pic單片機處理速度快,，成本低,，且具有極強的抗干擾能力，適合用在工業(yè)現(xiàn)場做數(shù)據(jù)采集和控制,。主從節(jié)點硬件電路原理圖如圖3和圖4所示,。

4.2 internet通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計 　　

internet節(jié)點使用普通的工控機，工控機可通過以太網(wǎng)卡與其它上位機和系統(tǒng)服務(wù)器進行通信,，在此不做詳細介紹,。

5 系統(tǒng)軟件設(shè)計 　　

系統(tǒng)軟件分為主程序、數(shù)據(jù)采集和處理,、輸出控制和顯示,、can總線通信等程序。數(shù)據(jù)采集又分為開關(guān)量掃描,、模擬量采集,、脈沖量采集等程序。can總線通信程序包括can初始化,、數(shù)據(jù)發(fā)送,、數(shù)據(jù)接收等。

5.1 can節(jié)點主程序 　　

系統(tǒng)主程序主要包括微處理器初始化,，can控制器初始化,，數(shù)據(jù)的采集與處理和輸出控制和顯示等部分。系統(tǒng)主程序流程圖見圖5,。

5.2 can總線通信程序 　　

can總線通信程序包括can初始化,、數(shù)據(jù)發(fā)送和數(shù)據(jù)接收等。

初始化can控制器的操作包括: 硬件使能,、軟件復(fù)位,、設(shè)置報警界限、設(shè)置總線波特率,、設(shè)置中斷工作方式,、設(shè)置驗收濾波器工作方式,、設(shè)置工作模式并啟動can等。在初始化過程中要注意數(shù)據(jù)發(fā)送設(shè)備和數(shù)據(jù)接收設(shè)備的波特率應(yīng)相同,，否則設(shè)備之間無法進行通信,。

can初始化完成后，進入數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送階段,。為保證發(fā)送數(shù)據(jù)的完整性,采用查詢方式發(fā)送數(shù)據(jù),；同時為保證接收數(shù)據(jù)的實時性,采用中斷方式接收數(shù)據(jù),。數(shù)據(jù)發(fā)送和接收流程圖如圖6所示,。

發(fā)送數(shù)據(jù)時，將待發(fā)送的數(shù)據(jù)打包成符合can協(xié)議的幀格式后寫入發(fā)送緩沖區(qū),，并自動發(fā)送,。在寫發(fā)送緩沖區(qū)前必須查詢其狀態(tài)，只有在有空閑的發(fā)送緩沖區(qū)時才將數(shù)據(jù)寫入,。啟動發(fā)送成功后,，通過查詢can狀態(tài)寄存器或配置發(fā)送成功中斷來判斷數(shù)據(jù)是否發(fā)送成功。

采用中斷方式接收數(shù)據(jù),，在初始化程序中必須使能接收中斷,。在中斷服務(wù)子程序中，讀取can中斷允許寄存器,，判斷是否有接收中斷標志,，有則讀取接收緩沖區(qū)數(shù)據(jù)。為防止接收緩沖區(qū)中數(shù)據(jù)溢出,，可開辟一個循環(huán)接收數(shù)據(jù)隊列來暫時存儲數(shù)據(jù),，主程序則通過查詢該隊列來獲得總線數(shù)據(jù)。

6 測試結(jié)果 　　

系統(tǒng)安裝調(diào)試后,，經(jīng)過一段時間的運行,，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，無異?，F(xiàn)象,。圖7是系統(tǒng)主服務(wù)器接收到的數(shù)據(jù)，其中ady表示a相電壓,，adl表示a相電流,，plv表示頻率，wg表示無功功率,，yg表示有功功率,，cjsj表示采集時間。

7 結(jié)束語 　　

本文采用can總線傳輸技術(shù)解決鞍鋼集團大孤山選礦廠數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)各部件之間的信號傳輸問題,?；赾an總線的采礦廠數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)簡化了系統(tǒng)的傳輸線束,，同時大大的提高了系統(tǒng)的可靠性和傳輸響應(yīng)的實時性，也為企業(yè)實現(xiàn)節(jié)能降耗,、成本核算,、過程優(yōu)化以及建立mes信息管理系統(tǒng)奠定了物理基礎(chǔ)。