CAN總線及其在PLC上的應(yīng)用

引言

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

CAN總線基礎(chǔ)知識簡介

CAN總線（CONTROLLER AREA NETWORK，控制器局部網(wǎng)絡(luò)）由德國BOSCH公司首先提出來的，CAN總線是目前工業(yè)界廣泛應(yīng)用的總線。其特點簡要歸納如下：

1）CAN控制器工作于多主站方式，網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點都可根據(jù)總線訪問優(yōu)先權(quán)（取決于報文標(biāo)識符）采用無損結(jié)構(gòu)的逐位仲裁的方式競爭向總線發(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的方式進(jìn)行，系統(tǒng)的實時性、可靠性較差。

2）CAN協(xié)議廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，而代之以對通信數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，其優(yōu)點是可使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點個數(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。同時可使不同的節(jié)點同時接收到相同的數(shù)據(jù)，這些特點使得CAN總線構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點之間的數(shù)據(jù)通信實時性強，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總線通過CAN控制器接口芯片的兩個輸出端CANH和CANL與物理總線相連，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)。這樣就保證不會出現(xiàn)類似在RS-485網(wǎng)絡(luò)中系統(tǒng)有錯誤時會導(dǎo)致出現(xiàn)多節(jié)點同時向總線發(fā)送數(shù)據(jù)而導(dǎo)致總線呈現(xiàn)短路從而損壞某些節(jié)點的現(xiàn)象。而且CAN節(jié)點在錯誤嚴(yán)重的情況下具有自動關(guān)閉輸出功能，以使總線上其他節(jié)點的操作不受影響，從而保證不會出現(xiàn)象在網(wǎng)絡(luò)中，因個別節(jié)點出現(xiàn)問題，使得總線處于“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實現(xiàn)，從而大大降低了用戶系統(tǒng)開發(fā)的難度，縮短了開發(fā)周期，這些是僅僅有電氣協(xié)議的RS-485所無法比擬的。

5）與其它現(xiàn)場總線比較而言，CAN總線通信最高速率可達(dá)1MBPS，傳輸速率為5KBPS時，采用雙絞線，傳輸距離可達(dá)10KM，并且數(shù)據(jù)傳輸可靠性高;CAN總線是具有通信速率高、容易實現(xiàn)、且性價比高等諸多特點的一種已形成國際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線。這些也是目前 CAN總線應(yīng)用于眾多領(lǐng)域，具有強勁的市場競爭力的重要原因。

CAN總線與RS485方式的區(qū)別：

CAN總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：CAN總線每個節(jié)點需要帶有CAN協(xié)議控制芯片及適當(dāng)?shù)慕涌陔娐罚?jié)點之間通過雙絞屏蔽線進(jìn)行總線式連接，首尾節(jié)點需要接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)議的報文格式：CAN協(xié)議支持兩種報文格式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)議報文結(jié)構(gòu)圖如下

　　CAN2.0B協(xié)議報文結(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)識符（ID）長度不同,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,報文的起始位稱為幀起始（SOF）,幀起始標(biāo)志數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀的起始，由一個單獨的“顯性”位（0）組成。由控制芯片自動完成，不需要用戶在程序中體現(xiàn)。

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

控制場包括標(biāo)識符擴(kuò)展位（IDE）,指出是標(biāo)準(zhǔn)格式還是擴(kuò)展格式。它還包括一個保留位 （RBO）,為將來擴(kuò)展使用。它的最后四個位用來指明數(shù)據(jù)場中數(shù)據(jù)的長度（大小就是由DLC3-DLC0組成的2進(jìn)制數(shù)據(jù)）。數(shù)據(jù)場范圍為0～8個字節(jié)（DATA FIELD）,其后有一個檢測數(shù)據(jù)錯誤的循環(huán)冗余檢查（CRC）。

應(yīng)答場（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）,這時正確接收報文的接收站發(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)中至少有一個站能正確接收到報文.

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

艾默生CT PLC集成CAN總線功能介紹

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總線功能，在紡織機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。

程序使用說明如下：

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

2.數(shù)據(jù)發(fā)送部分：對ID為5的地址發(fā)送4個字?jǐn)?shù)據(jù)“16#1122，16#3344，16#6789，16#1234”需要編寫的程序為如下：

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,執(zhí)行CANXMT指令;2）使用CANXMT指令前先把該賦值的地址寫好;3） 發(fā)送數(shù)據(jù)只取D元件的低8位; 4）網(wǎng)絡(luò)上沒有CANID、數(shù)據(jù)完全相同的CAN幀同時出現(xiàn);5）ID保留0。6）CAN程序的校驗部分全部由硬件自動完成，用戶程序不需要參與。

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)議格式比較簡單，并且相當(dāng)部分工作由CAN控制芯片硬件完成，所以編寫程序比較簡單，實現(xiàn)起來很容易，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，受到用戶的肯定。