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基于现场总线的网络技术研究是自动控制领域发展的一个热点。在各种各样的工业现场总线中,CAN总线以其成本低、速度快、实时性和可靠性较高等特点被快速应用于汽车电子、医疗、军事等领域。但是,CAN总线只定义了物理层和数据链路层,本身并不完整,针对这一问题,CiA(CANinAutomation)协会经过不断的发展于1995年发布了完整的CANopen协议,它不仅定义了应用层和通讯子协议,也为可编程系统、不同器件、接口、应用子协议定义了帧状态,为基于现场总线的全数字分布式控制系统的广泛应用和系统的一体化管理提供了解决之道。
本文结合陕西省教育厅项目“并条机自调匀整控制系统”,研究国内外现场总线发展现状。以改善现场总线网络通讯系统的运行效率,提高实时性和信息处理能力为前提,浅析CAN总线高层通讯协议CANopen,分析并条机自调匀整控制系统中各功能模块的作用,说明了各模块的设计及实现方案,详细论述了基于DSP/BIOS操作系统的DSP模块CANopen协议的实现过程,以及基于不同微控制器平台的PC机监控模块、伺服电机控制模块、PLC逻辑控制模块和键盘显示模块的实现过程。此外,为方便实验室调试,针对不同的模块设计了LabVIEW监控面板,用于检测各模块的工作特性,判断是否正常工作,有效的节约了现场资源,为系统进行稳定、可靠的工作提供了进一步的保障。
通过将CANopen协议应用于本自动控制系统,使其具有了良好的人机在线操作接口,热插拔即插即用性能和基于模块的系统自组织能力,此外,还具有在不同微控制器平台上的可移植性,系统规模根据不同的应用需求具有可裁减性。通过实验室测试和现场通讯,证明系统具有良好的实时性,通讯稳定可靠,解决了传统CAN总线节点通讯可控性差,无法灵活设置的问题。对目前国内CAN总线应用中大多把精力放在硬件之上的底层软件开发,少有使用上层软件协议的习惯,起到了一定的推动意义,提高了应用水平,同时也解决自主知识产权的问题。
为使系统更加完善,具有较强的市场竞争力,在已实现的设备内CANopen网络通讯的基础上,今后还将对其做出进一步的扩展,将研究重点放在车间内部各设备之间的联网以及接入局域网和因特网上。