基于CAN总线的变频设备远程监控系统的实现

       1　引言

　　近年来，随着国家建设节约型社会的提出，对节能节电的重视程度越来越高，特别是加大了对国有企业中的大型用电设备的节能改造力度，变频器在油田、煤矿、发电厂、钢铁厂等国有大型企业中的使用数量越来越多。特别是油田上，抽油机变频器、潜油电泵变频器、注水泵变频器和加热电源等电力电子设备在油田的大面积推广使用。根据油田生产野外作业的特殊性，即每个设备之间的距离比较远，但又相对集中，所以基于各种现场总线的集中控制显得越来越有必要。can总线在变频设备的集中管理和控制上显示了突出的优势，其超远距离传输，和超强的抗干扰性是其他总线所不能比拟的。另外最重要的一点是在整个控制系统中，可不分主从的组网拓扑结构，方便地增减通讯节点。

　　山东新风光电子科技发展有限公司的中、低压变频器和加热电源性能稳定，各种保护功能齐全，具有rs－232和rs－485通讯接口。到2007年6月份止，在大庆油田，胜利油田的使用中、低压变频器总数数量超过700台，其中胜利油田大概500台左右，并且呈现快速上升的趋势。另外在新乡制药集团的发酵罐应用的变频器设备也有上百套。这对于同一品牌的变频器在同一领域内的市场占有率是相当高的。这就为基于can总线的远程集中监控系统提供了很大的市场条件，也有了推广的必要性。另外该系统对于同时拥有多台变频设备的生产现场都能灵活应用。

       2　can总线介绍

　　can使用的通讯协议是csma／cd协议（carrier sense multiple access/collisiondetection）。网络上的每个节点在向总线发送数据的时候总是要监听总线的状态是否空闲，若检测到没有冲突，即总线处于空闲状态，这时候每个节点向总线发送数据且每个节点的机会均等，即载波监听多路访问。如果两个节点同时向总线发送数据，节点检测到冲突，并做出相应的无损仲裁处理。即在冲突以后，数据能保持不变，继续监听总线，等待下一次发送。

　　can协议是一个基于消息格式的协议而不是完全基于节点id的传输的协议，废除了传统的站地址编码。基于这种协议：消息的传输不只是按照地址从一个节点传输到另一个节点，还可以实现组播和广播。广播时，系统中的每个节点都能接收总线上传输的数据并确认是否每个消息都能被正确的接收。同时每个节点都能判断接收的数据是应该被保存还是立刻丢弃。在can通讯过程中的错误检测中主要包括：应答错误，格式错误，位错误，填充错误。其中主要的错误状态有错误激活，错误认可，总线关闭等。

　　can总线有以下特点：

　　（1） can可以是对等结构，即多主机工作方式，网络上任意一个节点可以在任意时刻主动地向网络上其它节点发送信息，不分主从，通讯方式灵活;

　　（2） can网络上的节点可以分为不同的优先级，满足不同的实时需要;

　　（3）can采用非破坏性仲裁技术，当两个节点同时向网络上传送信息时，优先级低的节点自动停止发送，在网络负载很重的情况下不会出现网络瘫痪;

　　（4）can可以点对点、点对多点、点对网络的方式发送和接收数据，通讯距离最远10km，在距离10km的设备传输速率也可达到5kbps，40m以内的传输速率为1mbps，节点数目可达110个;

　　（5）can采用的是短帧结构，每一帧的有效字节数为8个，具有crc校验和其它检测措施，数据出错几率小。can节点在错误严重的情况下，具有自动关闭功能，不会影响总线上其它节点操作;

　　（6） 通讯介质采用廉价的双绞线，无特殊要求，用户接口简单，容易构成用户系统。

       3　系统拓扑

　　如图1所示，整个系统由3个部分组成，节点信息采集卡，can-rs232/485转换接口和监控计算机。

　　图1　系统拓扑图