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為了上位機(jī)能方便的與所有的現(xiàn)場儀表進(jìn)行通信，可以利用現(xiàn)場總線將所有現(xiàn)場儀表與上位機(jī)連接成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場總線是對開發(fā)互聯(lián)參考模型的部分或者全部實(shí)現(xiàn)，它能實(shí)現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)雙向串行的數(shù)字通信。目前應(yīng)用比較廣泛的幾種工業(yè)級(jí)現(xiàn)場總線有基金會(huì)現(xiàn)場總線、CAN總線、ProfiBus等等。
基金會(huì)現(xiàn)場總線(FF)是有現(xiàn)場總線基金會(huì)制定的一個(gè)國際現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。FF總線釆用的令牌總線工作方式，即鏈路活動(dòng)調(diào)動(dòng)器LAS控制的令牌傳遞方式，只有獲取令牌的節(jié)點(diǎn)才有發(fā)送數(shù)據(jù)的權(quán)限。通訊介質(zhì)為雙絞線、電纜、光纖、無線等等。最大通訊速率2.5Mbps,最大節(jié)點(diǎn)數(shù)32個(gè)⑶。
ProfiBus總線廣泛應(yīng)用于加工自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化、過程自動(dòng)化、發(fā)電與輸配電等領(lǐng)域PLC站點(diǎn)的連接。ProfiBus總線存取協(xié)議采取的是混合介質(zhì)存取方式。即主站之間釆用令牌環(huán)的方式，主站與從站之間采用主從的方式。它的通訊介質(zhì)可以是雙絞線、普通電源線、電力電纜線、光纖、無線、紅外等等。它的最大通訊速率可以達(dá)到12MbpsoProfiBus總線的缺點(diǎn)就是鋪設(shè)成本高，且結(jié)構(gòu)固定⑶。
CAN總線最初被用與汽車電子中的模塊通信，經(jīng)過多年的發(fā)展，它已經(jīng)在從規(guī)模龐大的高速通信網(wǎng)絡(luò)到成本低廉的低速網(wǎng)絡(luò)中得到廣泛應(yīng)用。CAN總線的介質(zhì)訪問控制釆用位仲裁的方式，它的最高通訊速率達(dá)到1Mbps,最多可以有110個(gè)節(jié)點(diǎn)。
本設(shè)計(jì)中，所有的通信都是有上位機(jī)主動(dòng)發(fā)起，相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)響應(yīng)上位機(jī)的通信請求，因此，這里如果釆用令牌環(huán)的方式，會(huì)使對上位機(jī)的響應(yīng)在等到令牌環(huán)后才可以發(fā)出，降低了通信的效率，所以這里不適合采用基金會(huì)總線，又由于皮帶配料秤系統(tǒng)中通常皮帶機(jī)的數(shù)量不會(huì)很多，且不同的生產(chǎn)目標(biāo)和生產(chǎn)工藝下，皮帶機(jī)的數(shù)量和結(jié)構(gòu)不固定，因此采用成本較高的ProfiBUs總線來組網(wǎng)節(jié)點(diǎn)說并不多的配料秤系統(tǒng)也不適合。本文中采用CAN總線來作為上位機(jī)與現(xiàn)場儀表直接組網(wǎng)的現(xiàn)場總線。
控制器局域網(wǎng)（CAN）協(xié)議是一個(gè)具有高魯棒性的開放式邏輯總線式的異步串行通信協(xié)議，它在現(xiàn)場總線通信系統(tǒng)中的應(yīng)用非常廣泛。CAN總線網(wǎng)絡(luò)將工業(yè)生產(chǎn)中復(fù)雜多樣的信號(hào)傳輸線路以一種標(biāo)準(zhǔn)的、成本較小的方式實(shí)現(xiàn)，它具有狀態(tài)檢測和出錯(cuò)恢復(fù)的功能，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，在噪聲信號(hào)大的工控領(lǐng)域總線通信中非常適用〔成。CAN總線網(wǎng)絡(luò)是由多個(gè)CAN總線通信節(jié)點(diǎn)組成，總線節(jié)點(diǎn)平均分步?？偩€上的節(jié)點(diǎn)可以動(dòng)態(tài)接入網(wǎng)絡(luò)或者斷開網(wǎng)絡(luò)的連接而不影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中其他通信單元的工作，因此它的節(jié)點(diǎn)數(shù)量可以不固定。這樣就很容易對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行擴(kuò)展或者簡化，這在增加系統(tǒng)的功能或者替換故障設(shè)備時(shí)會(huì)很簡便快捷。CAN總線網(wǎng)絡(luò)釆用異步通信中常用的“線與”機(jī)制，總線狀態(tài)分為“隱性”狀態(tài)（Recessivebits,一般對應(yīng)于邏輯電平中的高電平，也就是數(shù)字信號(hào)“1”）和“顯性"狀態(tài)（Dominantbits,一般對應(yīng)于邏輯電平中的低電平，也就是數(shù)字信號(hào)中的“0”）兩種。在這兩種狀態(tài)同時(shí)出現(xiàn)在總線上時(shí)，“隱性”位會(huì)被低電平的“顯性”位信號(hào)拉低電平變?yōu)?ldquo;隱性”位，因此總線在空閑狀態(tài)會(huì)處于“隱性”位，一旦有某一個(gè)通信節(jié)點(diǎn)發(fā)送了“顯性”位信號(hào)，整個(gè)總線網(wǎng)絡(luò)就會(huì)變成“顯性"位。因而，對于實(shí)現(xiàn)CAN總線收發(fā)的物理設(shè)備而言，必須具有發(fā)送邏輯高電平和邏輯低電平的能力。CAN總線的傳輸介質(zhì)中使用最普遍也最低廉的方法是雙絞線，它釆用兩條相互絕緣的線路進(jìn)行通信，此時(shí)這兩條線路分別被稱為“CANH”和“CANL”，它與總線網(wǎng)絡(luò)始端和末端的端接電阻連接，便可以直接與總線節(jié)點(diǎn)或者節(jié)點(diǎn)上的連接器相連。由于釆用差分方式傳遞信號(hào)，對于電磁干擾噪聲會(huì)在兩條線路上同步產(chǎn)生而被抵消，因此CAN總線通信幾乎不受電磁干擾的影響，同時(shí)在雙絞線上加上屏蔽層，可以有效降低高速傳輸時(shí)線路產(chǎn)生的電磁輻射對其他設(shè)備的影響。在總線的長度不超過40米的情況下，網(wǎng)絡(luò)通信的速率可以高達(dá)IMbit/S,當(dāng)信號(hào)的傳輸距離超過1000米時(shí)，為了避免信號(hào)的衰減和信息的丟失，應(yīng)當(dāng)在總線上加裝專門的信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路。
CAN總線具有以下一些優(yōu)點(diǎn)：
(1)多主控節(jié)點(diǎn)
CAN總線網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)都會(huì)對總線進(jìn)行監(jiān)聽，一旦發(fā)現(xiàn)總線空閑(即線路處于“隱性”位)時(shí)，便可以作為主控制節(jié)點(diǎn)向其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息?？偩€的使用權(quán)由最先發(fā)送信息的節(jié)點(diǎn)取得，對于同一時(shí)刻發(fā)送消息的多個(gè)節(jié)點(diǎn)，總線發(fā)送權(quán)由發(fā)送高優(yōu)先級(jí)信息的節(jié)點(diǎn)占有。
(2)消息的發(fā)送的沖突檢測
CAN總線協(xié)議對于總線中發(fā)送的信息格式有具體的定義，所有節(jié)點(diǎn)都按照這一固定的格式發(fā)送消息。發(fā)送的消息中包含表示消息優(yōu)先級(jí)的ID值，用于在多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送消息時(shí)的發(fā)送權(quán)仲裁，仲裁成功的節(jié)點(diǎn)可以繼續(xù)發(fā)送消息，而沖裁失敗的節(jié)點(diǎn)必須停止消息的發(fā)送。
(3)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性
CAN總線網(wǎng)絡(luò)上的傳輸節(jié)點(diǎn)在接入網(wǎng)絡(luò)時(shí)不需要具有類似以太網(wǎng)中主機(jī)IP這樣的地址信息，因此在對整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行擴(kuò)展時(shí)，不需要對其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行改造。
(4)通信速度
由于釆用異步通信的形式進(jìn)行信息傳輸，因此在同一網(wǎng)絡(luò)中通信的節(jié)點(diǎn)必須使用相同的波特率進(jìn)行信息發(fā)送，一旦某一節(jié)點(diǎn)的發(fā)送速率與整個(gè)網(wǎng)絡(luò)不同步，會(huì)使所有節(jié)點(diǎn)操作誤判從而癱瘓整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。不同網(wǎng)絡(luò)之間的通信則可以設(shè)置不同的波特率。具體的通信速率設(shè)定與網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模和傳輸距離相關(guān)。
(5)具有遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請求的功能
CAN網(wǎng)絡(luò)中的任何節(jié)點(diǎn)需要獲得其他節(jié)點(diǎn)的信息時(shí)，可以主動(dòng)發(fā)送“請求幀”消息向相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)發(fā)出請求。
(6)錯(cuò)誤檢測功能-錯(cuò)誤通知功能•錯(cuò)誤恢復(fù)功能
所有的通信節(jié)點(diǎn)都可以檢測錯(cuò)誤。并具有錯(cuò)誤通知的功能，一旦總線上的錯(cuò)誤被某一節(jié)點(diǎn)檢測到，該節(jié)點(diǎn)便會(huì)向總線上的所有節(jié)點(diǎn)廣播錯(cuò)誤信息。錯(cuò)誤被檢測出后，正在進(jìn)行中的消息發(fā)送會(huì)立即停止，并在間隔一定時(shí)間后嘗試重新發(fā)送。
⑺故障定位
CAN總線網(wǎng)絡(luò)可以對產(chǎn)生的錯(cuò)誤進(jìn)行分析來判斷是可自動(dòng)恢復(fù)的總線錯(cuò)誤如外部干擾還是需要人工干預(yù)的總線錯(cuò)誤如設(shè)備故障。通過這一手段，可以在總線上發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)定位出是否是設(shè)備故障并斷開故障設(shè)備與總線的連接酒。
(8)連接
CAN總線是可同時(shí)連接多個(gè)單元的總線?？蛇B接的單元總數(shù)理論上是沒有限制的。但在實(shí)際應(yīng)用中若連接的節(jié)點(diǎn)過多需要考慮數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t和總線的驅(qū)動(dòng)能力。在波特率要求不是很高的場合，可以連接更多的節(jié)點(diǎn)，而在要求高速通信的場合，則應(yīng)該盡量減少節(jié)點(diǎn)

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