CAN總線(xiàn)及其在PLC上的應(yīng)用

數(shù)字電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展對(duì)全世界的制造業(yè)日益起著巨大的推動(dòng)作用，使得制造業(yè)的各種設(shè)備的設(shè)計(jì)越來(lái)越電子化，數(shù)字化，網(wǎng)絡(luò)化，ECCT產(chǎn)品是艾默生CT推出的一款專(zhuān)門(mén)應(yīng)用于紡織行業(yè)的具有CAN總線(xiàn)協(xié)議的專(zhuān)用PLC控制器，它不僅滿(mǎn)足了紡織的基本I/O工藝需求，更是把CAN總線(xiàn)協(xié)議完美地融合進(jìn)去，使用戶(hù)很輕易地把系統(tǒng)的各種設(shè)備通過(guò)CAN協(xié)議進(jìn)行連接，本文介紹了CAN總線(xiàn)功能在艾默生CT PLC上的應(yīng)用。

CAN總線(xiàn)基礎(chǔ)知識(shí)簡(jiǎn)介

CAN總線(xiàn)（CONTROLLER AREA NETWORK，控制器局部網(wǎng)絡(luò)）由德國(guó)BOSCH公司首先提出來(lái)的，CAN總線(xiàn)是目前工業(yè)界廣泛應(yīng)用的總線(xiàn)。其特點(diǎn)簡(jiǎn)要?dú)w納如下：

1）CAN控制器工作于多主站方式，網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點(diǎn)都可根據(jù)總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)優(yōu)先權(quán)（取決于報(bào)文標(biāo)識(shí)符）采用無(wú)損結(jié)構(gòu)的逐位仲裁的方式競(jìng)爭(zhēng)向總線(xiàn)發(fā)送數(shù)據(jù)。而利用RS-485只能構(gòu)成主從式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，通信方式也只能以主站輪詢(xún)的方式進(jìn)行，系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、可靠性較差。

2）CAN協(xié)議廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，而代之以對(duì)通信數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，其優(yōu)點(diǎn)是可使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)在理論上不受限制，加入或減少設(shè)備都不影響系統(tǒng)的工作。同時(shí)可使不同的節(jié)點(diǎn)同時(shí)接收到相同的數(shù)據(jù)，這些特點(diǎn)使得CAN總線(xiàn)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通信實(shí)時(shí)性強(qiáng)，并且容易構(gòu)成冗余結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)的可靠性和系統(tǒng)的靈活性。

3）CAN總線(xiàn)通過(guò)CAN控制器接口芯片的兩個(gè)輸出端CANH和CANL與物理總線(xiàn)相連，而CANH端的狀態(tài)只能是高電平或懸浮狀態(tài)，CANL端只能是低電平或懸浮狀態(tài)。這樣就保證不會(huì)出現(xiàn)類(lèi)似在RS-485網(wǎng)絡(luò)中系統(tǒng)有錯(cuò)誤時(shí)會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)同時(shí)向總線(xiàn)發(fā)送數(shù)據(jù)而導(dǎo)致總線(xiàn)呈現(xiàn)短路從而損壞某些節(jié)點(diǎn)的現(xiàn)象。而且CAN節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下具有自動(dòng)關(guān)閉輸出功能，以使總線(xiàn)上其他節(jié)點(diǎn)的操作不受影響，從而保證不會(huì)出現(xiàn)象在網(wǎng)絡(luò)中，因個(gè)別節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)問(wèn)題，使得總線(xiàn)處于“死鎖”狀態(tài)。

4）CAN具有的完善的通信協(xié)議可由CAN控制器芯片及其接口芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而大大降低了用戶(hù)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的難度，縮短了開(kāi)發(fā)周期，這些是僅僅有電氣協(xié)議的RS-485所無(wú)法比擬的。

5）與其它現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)比較而言，CAN總線(xiàn)通信最高速率可達(dá)1MBPS，傳輸速率為5KBPS時(shí)，采用雙絞線(xiàn)，傳輸距離可達(dá)10KM，并且數(shù)據(jù)傳輸可靠性高;CAN總線(xiàn)是具有通信速率高、容易實(shí)現(xiàn)、且性?xún)r(jià)比高等諸多特點(diǎn)的一種已形成國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)。這些也是目前 CAN總線(xiàn)應(yīng)用于眾多領(lǐng)域，具有強(qiáng)勁的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的重要原因。

CAN總線(xiàn)與RS485方式的區(qū)別：

CAN總線(xiàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：CAN總線(xiàn)每個(gè)節(jié)點(diǎn)需要帶有CAN協(xié)議控制芯片及適當(dāng)?shù)慕涌陔娐?，?jié)點(diǎn)之間通過(guò)雙絞屏蔽線(xiàn)進(jìn)行總線(xiàn)式連接，首尾節(jié)點(diǎn)需要接120R的匹配電阻，通信最高速率可達(dá)1MBPS，傳輸速率越低，傳輸距離越遠(yuǎn)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下：

CAN協(xié)議的報(bào)文格式：CAN協(xié)議支持兩種報(bào)文格式CAN2.0A和CAN2.0B; CAN2.0A為標(biāo)準(zhǔn)格式,CAN2.0B為擴(kuò)展格式;格式分別如下:

　　CAN2.0A協(xié)議報(bào)文結(jié)構(gòu)圖如下

　　CAN2.0B協(xié)議報(bào)文結(jié)構(gòu)圖如下

標(biāo)準(zhǔn)格式和擴(kuò)展格式唯一的不同是標(biāo)識(shí)符（ID）長(zhǎng)度不同,標(biāo)準(zhǔn)格式為11位（ID10-ID0）,擴(kuò)展格式為29位（ID10-ID0,EID17-EID0）。

在標(biāo)準(zhǔn)格式和擴(kuò)展格式中,報(bào)文的起始位稱(chēng)為幀起始（SOF）,幀起始標(biāo)志數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀的起始，由一個(gè)單獨(dú)的“顯性”位（0）組成。由控制芯片自動(dòng)完成，不需要用戶(hù)在程序中體現(xiàn)。

然后是由11位標(biāo)識(shí)符（ID10-ID0）（擴(kuò)展格式為29位（ID10-ID0,EID17-EID0））和遠(yuǎn)程發(fā)送請(qǐng)求位 （RTR）組成的仲裁場(chǎng)。RTR位標(biāo)明是數(shù)據(jù)幀還是請(qǐng)求幀,在請(qǐng)求幀中沒(méi)有數(shù)據(jù)字節(jié)。

控制場(chǎng)包括標(biāo)識(shí)符擴(kuò)展位（IDE）,指出是標(biāo)準(zhǔn)格式還是擴(kuò)展格式。它還包括一個(gè)保留位 （RBO）,為將來(lái)擴(kuò)展使用。它的最后四個(gè)位用來(lái)指明數(shù)據(jù)場(chǎng)中數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度（大小就是由DLC3-DLC0組成的2進(jìn)制數(shù)據(jù)）。數(shù)據(jù)場(chǎng)范圍為0～8個(gè)字節(jié)（DATA FIELD）,其后有一個(gè)檢測(cè)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的循環(huán)冗余檢查（CRC）。

應(yīng)答場(chǎng)（ACK）包括應(yīng)答位和應(yīng)答分隔符。發(fā)送站發(fā)送的這兩位均為隱性電平（邏輯1）,這時(shí)正確接收?qǐng)?bào)文的接收站發(fā)送主控電平（邏輯0）覆蓋它。用這種方法,發(fā)送站可以保證網(wǎng)絡(luò)中至少有一個(gè)站能正確接收到報(bào)文.

報(bào)文的尾部由幀結(jié)束標(biāo)出。在相鄰的兩條報(bào)文間有一很短的間隔位,如果這時(shí)沒(méi)有站進(jìn)行總線(xiàn)存取,總線(xiàn)將處于空閑狀態(tài)。

艾默生CT PLC集成CAN總線(xiàn)功能介紹

ECCT的CAN通信功能支持CAN2.0A協(xié)議和CAN2.0B協(xié)議，通信波特率設(shè)置范圍為5-100KBPS，可以通過(guò)艾默生CT PLC編程軟件CONTROLSTAR FOR ECCT進(jìn)行設(shè)置。具體使用步驟如下：

1）基本設(shè)置:在工程管理器里雙擊“系統(tǒng)塊”，在彈出的窗口選擇“CAN口設(shè)置”，在“CAN口參數(shù)設(shè)置”里選擇“自由協(xié)議”，然后單擊后面的“自由口設(shè)置”按扭。在彈出的窗口選擇協(xié)議類(lèi)型“2.0A”或“2.0B”，然后再下拉選擇“波特率”最后單擊“確定”，把系統(tǒng)塊下載到PLC里。

2）數(shù)據(jù)發(fā)送：使用指令CANXMT，并以CAN2。0A協(xié)議為例描繪了它們之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

3）數(shù)據(jù)接收：使用CANRCV指令（參數(shù)含義如下）或使用CAN接收中斷功能。我推薦對(duì)初使用者采用中斷更方便，具體用法參考下面的例子程序。

筆者根據(jù)ECCT集成的CAN總線(xiàn)功能，在紡織機(jī)械上的得到了成功的應(yīng)用,現(xiàn)介紹如下：其CAN系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如下:

此系統(tǒng)的具體工藝不做介紹,這里只介紹CAN通信部分的應(yīng)用。

程序使用說(shuō)明如下：

1.首先根據(jù)要求在“系統(tǒng)塊”里對(duì)CAN通信口進(jìn)行設(shè)置。

2.數(shù)據(jù)發(fā)送部分：對(duì)ID為5的地址發(fā)送4個(gè)字?jǐn)?shù)據(jù)“16#1122，16#3344，16#6789，16#1234”需要編寫(xiě)的程序?yàn)槿缦拢?br />

其中要注意的是：1）CANXMT為上升沿執(zhí)行指令,M1000為指令執(zhí)行條件，當(dāng)其出現(xiàn)OFF—>ON的變化時(shí),執(zhí)行CANXMT指令;2）使用CANXMT指令前先把該賦值的地址寫(xiě)好;3） 發(fā)送數(shù)據(jù)只取D元件的低8位; 4）網(wǎng)絡(luò)上沒(méi)有CANID、數(shù)據(jù)完全相同的CAN幀同時(shí)出現(xiàn);5）ID保留0。6）CAN程序的校驗(yàn)部分全部由硬件自動(dòng)完成，用戶(hù)程序不需要參與。

3.數(shù)據(jù)接收部分:此部分以使用中斷方式接收數(shù)據(jù)為例,分2部分步驟:

1）先在主程序中設(shè)置CAN中斷使能.

2）設(shè)置中斷程序?qū)傩?把其中斷事件選為48（即CAN接收中斷）,然后編寫(xiě)程序把接收到的數(shù)據(jù)傳遞到需要的地址.注意ID地址為雙字結(jié)構(gòu),SD282-290依次為數(shù)據(jù)的高低字節(jié),把他們傳遞到相應(yīng)的數(shù)據(jù)寄存器然后合并就可以得到完整的數(shù)據(jù)了。

總結(jié)：

由于CAN協(xié)議格式比較簡(jiǎn)單，并且相當(dāng)部分工作由CAN控制芯片硬件完成，所以編寫(xiě)程序比較簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)起來(lái)很容易，此紡織系統(tǒng)采用CAN通信方式后，速度大大提高并且系統(tǒng)更加穩(wěn)定，受到用戶(hù)的肯定。