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行業動態

CAN與CANopen介紹

CAN硬件介紹

CAN:最早的現場總線、最廣泛應用的現場總線

CANopen:CIA定義的最爲成功的CAN應用層協議,在基於CAN的自動化系統中居於領導地位,歐洲標準EN-50325-4

CAN+CANopen:機器自動化(MA)領域最爲成功的總線解決方案,在歐美廣泛被應用

CAN總線系統解決方案即是利用CAN總線的優點及其特長爲機器自動化設備提供高效、可靠、性價比高的解決方案。作爲機器自動化領域總線解決方案倡導者,CAN總線系統解決方案更能滿足您對性價比的要求。

現場總線(Fieldbus)技術從提出到現在有二十多年了,作爲工業數據總線,它主要解決工業現場的智能化儀器儀表、控制器、執行機構等現場設備間的數字通信以及這些現場控制設備和高級控制系統之間的信息傳遞問題,通過模擬變數字實現了不同公司產品間的互操作性問題,使用戶有了更大的選擇權,尤其它解決了流行幾十年的傳統系統過於封閉、難以維護的缺點。

採用現場總線控制技術,可大大簡化系統集成的工作量、爲控制系統的安裝調試節省大量的費用,而系統的可靠性、穩定性卻得到大幅提高,配合現場總線技術的各類總線診技術進一步提高了整個系統的性能。強大的通訊功能又使得系統更加開放透明。

CAN現場總線技術是集自動控制技術、通訊技術、傳感技術、計算機技術、診斷技術、微電子技術、網絡技術等於一體,是個革命性的技術,正被廣泛應用於自動化各個領域。目前廣泛使用的其它現場總線還有Profibus、DeviceNet、ControlNet、HART、FF等等,但是CAN總線是所有現場總線中最早出現的,也是最適合於機器自動化領域的現場總線,如今它已經廣泛應用於汽車、飛機、輪船、印刷、紡織、電子等等加工領域,是目前應用領域最爲廣泛的現場總線。

現場總線是一種革命性的通訊控制技術,因其具有很多普通控制方式不具有的優點,所以纔得到了迅速的推廣應用,與老的控制方式比較起來它主要的優勢如下:

節約佈線成本,減少佈線時間,減小出錯機率(對於大型設備尤爲突出,如果當驅動器、變頻器、傳感器等放置到現場的話,可以節省大量的電纜費用);減小施工難度,縮短施工週期、降低系統總成本(從安裝、系統維護、升級方面大幅降低系統成本)可靠性更高,抗幹擾能力更強(比傳統485通訊方式更爲可靠,更不易受幹擾)、走線少、全數字信息交互(模擬量通常易受幹擾)、信息量更大(節點數據信息、狀態信息、異常信息等均可方便提供)、實時性更高(比傳遞485通訊速度大大提高,是485通訊速度的100倍左右,且避免了485通訊方式的多控制器之間交換方式,直接由一個PLC來協調處理,實時性大爲提高)、可維護性更強(可以很方便檢測出系統故障所在,且幾乎所有的CAN從站都具有故障診斷能力,便於排查及處理)、開發性更加(目前全球範圍內生產總線產品設備的廠家達上千家,客戶可以任意選擇適合字節的設備)

CAN總線除了具有一般總線所具有的優點外,還專門根據機械自動化的特點,根據其需求提供了一些非常具有優勢的技術特點:  高速的數據傳輸速率高達1Mbit/s;  CAN協議最大的特點是廢除了傳統的站地址編碼,代之以對數據通信數據塊進行編碼,可以多主方式工作;CAN採用非破壞性仲裁技術,當兩個節點同時向網絡上傳送數據時,優先級低的節點主動停止數據發送,而優先級高的節點可不受影響地繼續傳輸數據,有效避免了總線衝突;任何一個節點均可自動發送報文,不需主站詢問;可根據報文的ID決定接收或屏蔽該報文;可靠的錯誤處理和檢錯機制;可選擇對網絡進行三種操作:無處理、停止故障從站、停止整個網絡

CAN節點在錯誤嚴重的情況下,具有自動關閉總線的功能,切斷它與總線的聯繫,以使總線上其它操作不受影響;發送的信息遭到破壞後可自動重發;節點在錯誤嚴重的情況下具有自動退出總線的功能;報文不包含源地址或目標地址,僅用標識符來指示功能信息優先級信息;CAN可以點對點、一點對多點(成組)及全局廣播集中方式傳送和接受數據;採用不歸零碼(NRZ—Non-Return-to-Zero)編碼/解碼方式,並採用位填充(插入)技術;

革命化的報文傳輸方式:

SDO
主要用來在設備之間傳輸低優先級的數據,典型是用來對從設備進行配置、管理;

PDO
一次性可傳送8個字節的數據,沒有其它協議預設定(意味着數據內容已預先定義),主要用來傳輸需要高頻率交換的數據。PDO的傳輸方式打破了現有的數據問答式傳輸理念,採用全新的數據交換模式,設備雙方在傳輸前先在各個設備定義好數據接收和發送區域,在數據交換時直接發送相關的數據到對方的數據接收區即可,減少了問答式的詢問時間,從而極大的提高了總線通訊的效率,從而得到了極高的總線利用率

開放的現場總線標準中CANopen是最著名和成功的一種,已經在歐洲和美國獲得廣泛的認可和大量應用。1992年在德國成立了“自動化CAN用戶和製造商協會”(CiA,CANinAutomation),開始着手製定自動化CAN的應用層協議CANopen。此後,協會成員開發出一系列CANopen產品,在機械製造、鐵路、車輛、船舶、製藥、食品加工等領域獲得大量應用。目前CANopen協議已經歐洲最重要的工業現場總線標準EN-50325-4。

CAN 通訊協議主要描述設備之間的信息傳遞方式,CAN 層的定義與開放系統互連模型OSI 一致,每一層與另一設備上相同的那一層通訊,實際的通訊發生在每一設備上相鄰的兩層而設備只通過模型物理層的物理介質互連,CAN 的規範定義了模型的最下面兩層數據鏈路層和物理層。CAN 總線物理層沒有嚴格規定,能夠使用多種物理介質例如雙絞線光纖等,最常用的就是雙絞線信號,使用差分電壓傳送(常用總線收發器),兩條信號線被稱爲CAN_H 和CAN_L ,靜態時均是2.5V 左右,此時狀態表示爲邏輯1, 也可以叫做隱位,用CAN_H 比CAN_L 高表示邏輯0 ,稱爲顯位,此時通常電壓值爲CAN_H = 3.5V 和CAN_L= 1.5V,競爭時顯位優先。

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