维普资讯 http://www.cqvip.com 第３３卷第１期 申手工囊厢 Ｖ０Ｊ．３３ Ｎｏ．１ ２００７年１月 ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ ＥＮＧＩＮＥＥＲ Ｊａｎ．２０ｏ７ ＣＡＮ总线在逆变电源监控中的应用 戴青云 ，邹沐昌 ，邬伟扬 ，任晓鹏 （１．燕山大学信息科学与工程学院，河北省秦皇岛市０６６００４； ２．石家庄职业技术学院，河北省石家庄市０５００８１； ３．燕山大学电气工程学院，河北省秦皇岛市０６６００４） 摘要：为了满足逆变电源多模块监控的实时性、可扩展性、灵活性、可靠性等需求，对现场总线 进行了研究和分析，系统采用ＣＡＮ现场总线作为通信传输方式组建了监控网络，对带ＤＳＰ控制器的 逆变电源模块进行监控。在此基础上详细描述了操作站一侧监控方案的设计，重点介绍了ＣＡＮ总线 应用层协议的具定以及系统通信软件的设计和实现，实现了操作站与控制器的通信，完成了对逆 变电源模块的监控功能。 关键词：ＣＡＮ总线；应用层协议；逆变电源；监控 中图分类号：ＴＰ３３６ ０引言 术规范２．０Ａ）或２９位（按ＣＡＮ技术规范２．０Ｂ）二进 制数组成，因此可定义２“或２ 个不同的数据块。这 新型高频中小功率逆变电源设备运用电源模块之 种按数据块编码的方式，还可以使不同的节点同时接 间的并联实现功率合成，组成积木式、智能化的分布式 收相同的数据，这在分布式控制系统中非常有用。数 大功率电源系统，是当今很有应用前景的新型技术。 据长度最多为８字节，可满足通常工业领域中控制命 将若干电源模块组合起来，可以构成任意功率等级的 令、工作状态及测试数据一般要求，同时，８字节也不 供电系统，有着广泛的应用前景。 会占用太多的时间，保证了数据通信的实时性，并有总 随着计算机网络技术的迅速发展，全数字的现场 线仲裁和优先级机制。ＣＡＮ协议采用ＣＲＣ并提供相 总线控制系统代替数字与模拟混合分布式控制系统已 应的错误处理功能，保证了数据通信的可靠性。由于 经成为工业自动化控制系统发展的必然趋势。以现场 以上特点，ＣＡＮ总线特别适合工业现场设备的互连。 总线为基础的全数字化自动控制系统是当今世界各国 ＣＡＮ总线结构模型取ＩＳＯ／ＯＳＩ参考模型的第１、 在工业自动化领域的热点课题。本文采用ＣＡＮ（控制 ２、７层即物理层、数据链路层和应用层协议。应用层 器区域网）现场总线组建监控网络，对含ＤＳＰ（数字信 的内容主要取决于用户的需要，而各用户要完成什么 号处理器）的嵌入式智能控制器的电源模块进行单模 功能和使用什么协议也不尽相同，所以实际应用ＣＡＮ 块和多模块监控。 总线时，用户可以根据需要实现应用层的功能。 １ ＣＡＮ总线 ２系统结构 ＣＡＮ总线属于现场总线范畴，是由Ｂｏｓｃｈ公司为 逆变电源现场总线监控系统包括上位机操作站、 汽车应用而开发的一个多主机局部网络系统。ＣＡＮ 现场ＤＳＰ模块控制器，如图１所示。 总线是一种串行数据通信总线，通信介质可以是双绞 线、同轴电缆或光纤，其通信速率可以达到１ Ｍｂｉｔ／ｓ。 在ＣＡＮ总线通信控制器中集成了ＣＡＮ协议的物理层 总线峰 和数据链路层功能，可完成对通信数据的成帧处理，包 ＣＡＮ驱动器 ＣＡＮ驱动器 ＣＡＮ驱动器 （ＰＣＡ８２Ｃ２５０） （ＰＣＡ８２Ｃ２５０） （ＰＣＡ８２Ｃ２５０） ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿一 括零位的插入和删除、数据块编码、ＣＲＣ（循环冗余校 ＝＝工＝二 ＤＳＰ模块 ＤＳＰ模块 ＤＳＰ模块 验）、优先级判别等工作。ＣＡＮ协议采用对数据块进 控制器 控制器 控制器 二二工＝ ＝二工二二 ＝二］＝＝＝ 行编码的方式，数据块的标识码可由１１位（按ＣＡＮ技 逆变电源模块 逆变电源模块 鬯变电源模块 收稿日期：２００６－０３－２０；修回日期：２００６－０６－２０。 圈１逆变电源现场监控体系结构 基金项目：国家自然科学基金重点资助项目（５０２３７０２０） ・６ｒ－ 维普资讯 http://www.cqvip.com ・计算机与自动化技术・ 电子工曩啊 ２００７年１月 在系统中设置一台ＰＣ计算机（以下均称操作 站），负责对整个系统进行管理。操作站通过ＣＡＮ接 口适配卡与以ＤＳＰ为核心的逆变电源模块控制器（以 下均称控制器）通信，实现对逆变电源的监控功能。 系统采用适配卡ＳＣ２１０２作为ＰＣ机与ＣＡＮ总线的接 口，通过连接器与ＣＡＮ总线相连，负责ＣＡＮ总线与 ａ）广播：操作站向控制器发送广播时该位为１， 其他情况为０。 ｂ）目标地址：表示数据报文所要到达节点的地 址。 ｃ）数据报文类型：报文的类型，意义如表１所示。 裹１应用层报文类型编码 ＰＣ机之间数据交换的功能模块。 ＣＡＮ、适配卡上的ＣＡＮ控制器选用Ｐｈｉｌｉｐｓ公司的 直接内存映射方式快速访问ＣＡＮ控制器ＳＪＡ１０００，它 符合ＣＡＮ２．ＯＡ规范以及ＣＡＮ２．ＯＢ规范。随卡提供 了所需的ＳＣ２１０２Ｃ．ＯＣＸ控件，支持中断查询。各个 电源模块的控制器之间以及模块控制器与操作站之间 通过ＣＡＮ连接通信，在硬件实现上采用ＤＳＰ ＴＭＳ３２０ＬＦ２ｇ０７Ａ的内嵌ＣＡＮ控制器实现与上位机的 数字通信。 操作站Ｐｃ机软件分为通信模块、主监控模块、数 据管理模块３个基本的模块。通信模块的功能包括： 利用ＣＡＮ适配卡及其函数库，实现ＣＡＮ总线应用层 协议，实现操作站与各控制器的网络通信，完成通信命 令和数据的编／解码以及特殊处理。主监控模块的功 能包括：提供监控界面；系统运行的初始化配置功能； 查询各现场单元的实时采集数据，并将数据实时显示； 设置被控对象的参数，保证逆变电源的正常运行。数 据管理与显示模块的功能包括对各现场单元的采集数 据的处理、报警、统计、报表查询输出、数据查询等。 ３ ＣＡＮ总线应用层的实现 ＣＡＮ物理层和数据链路层协议在ＣＡＮ的相关器 件中已经基本实现了，而应用层协议至今仍然没有统 一的标准，并且现实应用又是多种多样的，所以，如何 选用或制定一种ＣＡＮ应用层协议，就成为ＣＡＮ网络 应用中的核心问题。 ３．１报文格式 操作站与控制器之间的通信是实现监控制功能的 基础和关键。针对逆变电源监控系统，经过通信双方 具体协商制定，使用现场总线ＣＡＮ网络技术，制定了 ＣＡＮ应用层协议，包括报文格式、标识符的分配、多报 文的处理、错误处理等。 报文格式如图２所示。 广播Ｉ 目标地址（０一ｌ０９） 数据报文类型ｌｆ ＲＴＲＩｌ ＤＬＣ（０￣８’） 忙ｌ 控制命令 探测Ｉ 源地址（０—１０９） Ｄａｔａｌ－Ｄａｔａ６（５ 圈２ ＣＡＮ应用廛报文格式 ・６２・ ｄ）ＲＴＲ（远程传送请求）：在数据报文中，ＲＴＲ位 必须是“显性”电平０；在远程报文中，ＲＴＲ位必须是 “隐性”电平１。 ｅ）ＤＬＣ（数据长度码）：标识报文中该字节往后的 数据长度，最长为８字节。 ｆ）源地址：表示发出数据报文的节点地址，当接 收节点收到此报文后，会把此源地址作为目标地址发 送响应报文。 ｇ）忙：表示主节点正与某一从节点通信，此时此 位为１。 ３．２标识符分配方案 由ＣＡＮ的数据链路层协议已经知道，ＣＡＮ的每 一帧都有一个１１位的标识符，用来标识该帧数据，并 且决定仲裁。 标识符分配是ＣＡＮ应用层协议中的重要问题，标 识符要能反映报文的地址信息、报文类型，体现报文级 别。另外，很重要的是报文标识符决不能重复。在逆 变电源监控系统ＣＡＮ应用层协议中，标识符由广播 位、地址域和数据报文类型域３项确定，如图３所示。 匹 Ⅱ工Ⅱ丑习 臣 皿 ｌＬ一一一旦塑些坐！二！竺！ 一Ｌ墼塑塑茎 型Ｊ 圈３标识符分配方案 这３项包含了是主机还是从机、网络节点地址以 及报文承载的数据信息。广播位决定一半的优先级， 因此，主机发出的命令优先级一定高于从机的数据。 网络节点地址域使不同节点发出的报文标识符 同。 维普资讯 http://www.cqvip.com 第３３卷第ｌ期 戴青云，等：ＣＡＮ总线在逆变电源监控中的应用 ・计算机与自动化技术・ ３．３多报文的处理 在数据链路层中，ＣＡＮ协议规定每帧最大８字 节。为了传输大于８字节的数据报文，在应用层中采 用多报文机制。多报文发送时要有报文标识，在多报 文的发送期间通过识别这一标识判断是否属于同一多 帧，在多报文发送完毕时有多报文结束标识。在报文 帧发送期间，如果同时收到其他报文则不做处理，待多 报文发送完毕后再让它重新发送。 ３．４错误处理 对于数据传输中的错误，应采取分层的概念做出 处理。亦即：下一层对上一层提交一定可信度的信道， 使上一层只关注于解决本层可能出现的错误，并解决 下一层无法处理、提交上来的错误；反之，上一层如果 认为下一层信道是安全可靠的，在把数据交给下一层 后，它将不认为会出现数据传输错误，当然对线路断开 和目的站离线等严重的、下一层无法解决的错误，交给 上一层后，上层要有解决措施，帮助恢复下层信道。 错误分层的概念是处理千变万化的错误的立足 点。必须依靠已有的保障，分清哪些错误有出现的可 能性、错误的性质是什么、这些错误应如何解决、是在 本层立即解决还是交给上一层解决，如果不考虑这些， 在对错误进行处理时将会陷入复杂、无序的错误处理 循环之中。 ＣＡＮ网络的特征之一就是安全可靠的链路层，对 链路传输中因干扰造成的数据传输错误、丢帧错误有 自动重发的功能，对线路出现的断线、目标站点不在线 等严重错误有自动离线的功能。因此，在应用层将数 据交给数据链路层后，认为一定会安全可靠到达目的 站点，不需要再对丢帧情况和数据传送出错情况进行 处理，只需在应用层向下传输没有接到返回响应报文 的情况下重发即可。 ３．５程序流程 操作站与ＤＳＰ模块控制器之间通过ＣＡＮ总线进 行通信，主要实现ＤＳＰ模块控制器将逆变电源ｔＪ身的 状态数据通过ＣＡＮ总线传送给操作站，并将操作站的 控制信息经ＣＡＮ总线传送给ＤＳＰ模块控制器来控制 电源模块的运行。由信息的传送方向，可分为操作站 传送给ＤＳＰ模块控制器和ＤＳＰ模块控制器传送给操 作站。信息由操作站传送给ＤＳＰ模块控制器，主要是 控制信息和控制命令，包括对逆变电源进行开启和关 闭、对逆变电源模块运行参数的设定和修改、检查电源 模块是否运行正常、查看模块状态以及回应ＤＳＰ模块 控制器发送来的验证操作站是否瘫痪的信号；信息由 ＤＳＰ模块控制器传送给操作站，主要是返回操作站发 来的控制信号收到的确认信号、发送逆变电源模块状 态数据给操作站、发送探测操作站是否工作正常并在 操作站瘫痪时行使操作站功能的争主信号。 应用层的实现程序主要包括操作站发送报文和接 收报文。操作站接收报文的程序框图如图４所示，包 括发送广播报文反对控制器争主、多报文的处理以及 报文数据的处理。 ． １初始化ｌ 兰 — 《 置ｌＩ向 所有节 点广播 反对争 主清求 圈４操作站接收报文程序流程 ４监控功能实现 操作站监控功能包括各逆变电源模块状态数据显 示、设定和调整逆变电源参数、对ＤＳＰ模块控制器进 行检测、绘制逆变电源参数的实时波形、一 数据存人数据 库、状态参数打印等功能。 监控程序结构如图５所示。 ｌ塑塑． ｒ ｌ ｌ Ｉ星歪 ｌ ｒ 监控界面｝＿———］ ｌ模块状态ｌＩ逆变电源ＩＪＩ数据采集Ｉ ｌ 参数 ｌｌ 控制器进行Ｊ检测 ｌ Ｉ Ｊ 俚 Ｉ ｌ数据通过ＣＡＮ总线双向传输 ｝ ＤｓＰ智能模块控制器 ｝ 逆变电源模块 图５监控程序功能 ・６３・ 维普资讯 http://www.cqvip.com ・计算机与自动化技术・ 电导工皇啊 ２００７年１月 ５结束语 现已构建了基于ＣＡＮ总线的逆变电源监控网络， 实现了ＣＡＮ总线应用层协议和操作站与控制模块之 ［２］周悦，范明哲，于海斌，等．几种现场总线的通信介质访问 控制方式［Ｍ］／／邬明宽．现场总线技术应用选编．北京：北 京航空航天大学出版社，２００３：１２２－１２６． ［３］ＯＶＡＲ Ｅ。ＶＡＳＱＵＥＳ Ｆ．Ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ ｉｆｅｌｄｓ ｕｓｉｎｇ ｐｍｆｉｂｕｓ ｎｅｔｗｏｒｋｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｓａ ｏｎ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｅｌｅｃ— ｔｍｎｉｃｓ，１９９９，４６（６）：１２４１－１２５１． ［４］ＨＯＮＧ Ｓ Ｈ，ＫＩＭ Ｗ Ｈ．Ｂ蚰ｄ ｔｌｌ ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ ｉｎ ＣＡＮ ｐｒｏｔｃｏｌｏ 间的通信，完成了逆变电源状态数据的采集和传输以 及控制命令的发送，实现了对逆变电源的现场监控。 该系统已经通过了联合调试，成功地实现了对逆变电 源的监控。实验证明，该监控系统设计合理，监控界面 ［Ｊ］．ＩＥＥ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ：Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ， ２０００。ｌ４７（１）：３７．４４． 友好，易于操作，工作稳定可靠，达到了预期的目标。 ［５］ＰＩＮＨＯ Ｌ Ｍ，ＶＡＳＱＩＵＥＳ Ｆ．Ｒｅｌｉａｂｌｅ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｛｜｜考文献 ｉｎ ＣＡＮ ｎｅｔｗｏｒｋｓ［ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｍａ ｏｎ Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ，２００３，５２ （１２）：１５９６．１５９８． ［１］李正军．现场总线及其应用技术［Ｍ］．北京：机械工业出 戴青云（１９７６一），男。硕士，研究方向为工业控制、分布式系统。 版社，２００５：１２－１３． Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＣＡＮ Ｂｌｌｓ ｉｎ Ｉｎｖｅｒｔｅｒ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ＤＡＩ Ｑｈｇｙｕｎ ，ＺＯＵ Ｍｕｃｈａｎｇ ，、ｖＵ Ｗｅｉｙａｎｇ ，ＲＥＮ Ｘｉａｏｐｅｎｇ （１．Ｙａｎｓｈａｎ Ｕｒ￣ｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｑｉｎｈｕａｎｇｄａｏ ０６６００４，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ ０５００８ １，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ，ｅｘｐａｎｓｉｂｉｌｉｔｙ，ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎ— ｖｅｒｔｅｒ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｍｕｔｉｌ－ｍｏｄｕｌｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ，ＣＡＮ ｉｓ ｕｓｅｄ ａｓ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｍｏｄｅ ｆｏｒ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｎｅｔｗｏｒｋ ｔｏ ｍｏｎｉｔｏｒ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｍｏｄｕｌｅ ｗｉｔｈ ＤＳＰ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ．Ｏｎ ｔｈｅｓｅ ｂａｓｅｓ，ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｃｈｅｍｅ ａｔ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｓｉｔｅ ｉｓ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ，ｔｈｅｎ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｏｆ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｌａｙｅｒ ａｎｄ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ａｒｅ ｍａｉｎｌｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｓｉｔｅ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｆｕｎｃ— ｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ａｒｅ ｔｈｕｓ ｒｅａｌｉｚｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＣＡＮ ｂｕｓ；ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｔｏ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｌａｙｅｒ；ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ；ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ （上接第５４页） Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ＮＶＲＡＭ Ｔｏ Ｆｌａｓｈ Ｄｒｉｖｅｒ ｉｎ ＶｘＷｏｒｋｓ ＣＡＩ Ｗｅｉｐｌｎｇ，ＨＵＡＮＧ Ｘｉａｏｈｕ，ＧＵ０ Ｘｉａｏｇｏｎｇ （Ｊｉｕｊｉａｎｇ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ＆Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｊｉｕｊｉｎａｇ ３３２００５，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＮＶＲＡＭ ｉｓ ｆｅｒｑｕｅｎｔｌｙ ｕｓｅｄ ａｓ ａ ｃｈｉｐ ｏｆｒ ｓａｖｉｎｇ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｄａｔａ，ｂｅｃａｕｓｅ ｉｔ Ｃａｎ ｂｅ ａｃｃｅｓｓｅｄ ｉｎ ｈｉｇｌｌ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｉｔ ｈａｓ ｎｏｎ－ｖｏｌａｔｉｌｅ ｆｅａｔｕｒｅ．ＮＶＢＡＭ ｃａｎ ｂｅ ｒｅｐｌａｃｅｄ ｂｙ ｆｌｓａｈ ｉｎ ａ ｓｙｓｔｅｍ，ｂｕｔ ｔｈａｔ ｒｅｑｕｉｅｒｓ ｆｌｓａｈ ｍｅｍｏ￣．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｃａｓｅ ａ ＮＶＲＡＭ Ｔｏ Ｆｌａｓｈ ｄｒｉｖｅｒ ｉｓ ｎｅｃｅｓｓａｒｙ．Ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｒｉｖｅｒ’Ｓ ｅｆｉｆｃｉｅｎｃｙ ｉｓ ｌｏｗ． ｅｓｐｅｃｉｌａｌｙ ｗｈｅｎ ｗｒｉｉｔｎｇ ｄａｔａ．Ｂａｓｉｎｇ ｏｎ ＶｘＷｏｒｋｓ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ，ａ ｎｅｗ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ． Ｔｈｅ ｄｒｉｖｅｒ ｃｏｎｔａｉｎｓ ｔｗｏ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｒｏｕｔｉｎｅｓ，ａｎｄ ｉｔｓ ａｃｃｅｓｓ ｓｐｅｅｄ ｉｓ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ｂｅｆｏｒｅ ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｌｏｗｅｒ ｆｌａｓｈ ｅｒａｓｉｎｇ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＮＶＲＡＭ；Ｆｌａｓｈ ｍｅｍｏ￣；ｄｒｉｖｅｒ ｐｒｏｇｒａｍ ・６４・
