1  引言
                
    起源于汽車環境中的微控制器通訊can(controller area network)，即控制器局域網，是國際上應用比較廣泛的工業現場總線。起初的車載電子控制裝置ecu之間交換信息，形成汽車電子控制網絡。比如：發動機管理系統、變速箱控制器、儀表裝備、電子主干系統中，均嵌入can控制裝置。
            
2  工程背景
           
　　2.1 鋼鐵板材處理線

             圖1  處理線

               
　　圖1示意了一條基本鋼鐵板材處理線。開卷機把鋼卷打開，入口活套儲存一段鋼帶以備入口換卷用，鋼帶經過酸洗送入爐子加熱，經過相關工藝處理后，進入出口活套，出口活套一般空套量以備出口換卷用，最后卷取機卷鋼帶。其工藝傳動控制系統(tcs)分為入口段、中部、和出口段。入口段從開卷機到1#張力輥，中部從入口活套到出口活套，出口段從4#張力輥到卷取機，三個工藝段之間的速度被活套隔離。速度和張力是該處理線的兩個最重要控制對象，各工藝段的速度具有基準設定值和調節功能。三個工藝段的基準速度均由相應段中的張力輥速度基準設定，在系統正常自動運行時各段速度將自動協調一致。
               
　　該處理線帶鋼傳送全部采用三相交流馬達驅動，受控于標準的spwm型變頻器，全數字裝置可進行開環或閉環控制，具有監控、故障指示和總線連接操作功能。變頻調速傳動系統分為兩種類型：其一、稱為主傳動調速系統，直接控制帶鋼的傳送，與處理線的速度、張力密切相關，包括：開卷機、張力輥、活套車、爐輥、清洗段支撐輥和卷取機等。其二、稱為輔助傳動系統，包括：風機等。
           
    2.2 can系統結構
               
　　can-bus總線是一種多主方式的串行通訊總線，基本設計規范要求有高的位速率，高抗電磁干擾性，而且能夠檢測出產生的任何錯誤。當信號傳輸距離達到10km時，can-bus仍可提供高達5kbps的數據傳輸速率。因此，作為一種技術先進、可靠性高、功能完善、成本合理的遠程網絡通訊控制方式，can-bus 已被廣泛應用到各個自動化控制系統中。從高速的網絡到低價位的多路接線都可以使用can-bus。例如，在汽車電子、自動控制、智能大廈、電力系統、安防監控等各領域，can-bus都具有不可比擬的優越性。
               
　　can-bus主要特性包括：低成本的現場總線；極高的總線利用率；很遠的數據傳輸距離(長達10km)；高速的數據傳輸速率(高達1mbps)；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發送的信息遭到破壞后，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，僅用標志符來指示功能信息、優先級信息。can-bus通過相應的can接口連接工業設備(如限位開關、光電傳感器、電機啟動器、過程傳感器、變頻器、顯示板、plc等)構成網絡。直接連接不僅提供了設備級故障診斷方法，而且提高了通信效率和設備的互換性。

            
3  can總線工程設計
               
　　該處理線的控制要求很高，各系統之間和系統內部起連接作用的通訊穩定可靠就非常重要，并在很大程度上影響到整個處理線的性能。此處，不論主傳動還是輔助傳動，所有變頻器通過can-bus連接通訊。處理線控制系統的總體結構如圖2所示。

            圖2  系統結構

               
　　整個系統包括三層：現場控制層、監控層和管理層。現場控制層主要是處理線內的各變頻設備。以開卷機變頻器為例，它可對開卷機馬達進行啟停控制，對其張力和速度進行調節，并對開卷機的馬達風扇和抱閘進行控制；還可把開卷機、馬達風扇、抱閘的狀態信息，以及當前電流、速度反饋值、力矩反饋值上傳給監控層的通信控制器。監控層通信控制器的主要任務是過濾信息量，并將信息上傳給管理層，同時接收管理層的控制指令，對記錄數據和各節點進行操作。各條can-bus總線的中繼器則可增加節點的最大數目，擴大通信距離。管理層主要由plc、工程師站、操作站、服務中心站等組成，主要用于信息的綜合管理與控制，具有匯總各個節點上傳信息、綜合決策、數據查詢及處理、故障診斷、通信管理等功能。
               
　　由于現場控制層具有節點多、分布廣的特點，其通信系統應具有良好的可靠性、適應性、可擴展性和簡單的連接方式，并能滿足長距離傳輸和現場調試方便的需要。因此，現場控制層采用了使用簡單靈活、可靠性高、實時性強且成本低的can-bus。管理層的plc、工程師站、操作站、服務中心站等相互之間通過以太網進行通信。而監控層的can通信控制器則提供管理層plc與現場控制層can總線的接口，即把plc的數據和命令傳送給指定的can網絡節點，同時將各網絡節點的數據傳輸給plc以做進一步處理。
               
　　理論上，can-bus單條總線最多可接127個節點，傳輸媒體是屏蔽雙絞線或光纖，但由于線路阻抗、裝置消耗和通訊要求，一般連接裝置數小于64臺。在連接數小于64臺時，考慮到數據質量，can-bus電纜的最大長度如附表所示：
             
　　變頻器網絡通訊設置中，can-bus節點地址可以設置為1～127中的任何值，在該處理線中應用的can-bus通訊速率通常為：125kbit/s、250kbit/s、500 kbit/s。本處理線所用plc為alsom hpci，其配套的canbus通訊板的正視和側視圖。在側視圖上有s1、s2兩個撥嗎槽用來撥canbus板的地址，如圖3所示。

            圖3  側視圖

            
4  can總線軟件結構
               
　　每個裝置在can-bus總線通訊中交換4組數據，兩組發送數據和兩組接收數據，每組數據里面包含4個字，其中包括控制字和狀態字。
               
　　在變頻器中，根據需要在系統應用程序中編制好通訊的數據地址以及對應的數據類型、數據名稱，除少數可改外，其他均不得修改，保證通訊數據正確。
               
　　plc的編程軟件為p80i，can-bus就在p80i軟件內配置，首先要在controller特性中添加can232.cli庫，打開can232控制面板，設置can地址和通訊速率，如圖4所示。

            圖4  設置can地址和通訊速率圖

      然后在硬件配置中配置can的位置，如圖5所示。

              圖5  配置can的位置
               

　　最后在程序中加以激活，如圖6所示。

            圖6  程序激活

               
　　通過模塊can_sync來激活端口，canbus板有四個端口(0、1、2、3)，那么就需要四個can_sync模塊來分別激活。當端口激活后就可以通過canr和canw來讀寫具體的傳動設備數據了。 
            
5  結束語
               
　　can總線在鋼鐵板材處理線控制和管理系統中得到了成功的應用。實踐證明，由于采用了can-bus總線技術，不僅系統結構簡單、適應性和可擴展性強，而且can-bus總線以其分時多主、非破壞性總線仲裁和自動檢錯重發的技術特點有效地提高了通信的可靠性，從而使現場調試更加方便。