CAN总线在电机控制中的应用.docx

工业控制网络CAN总线在电机控制中的应用学号：姓名：班号：CAN总线在电机控制中的应用摘要：介绍了CAN总线的特点，并讨论了CAN总线在伺服电机通信控制和一种分布式电机控制系统中的应用。关键词：CAN总线；伺服电机控制；分布式电机控制引言CAN 是Controller Area Network 的缩写，是ISO国际标准化的串行通信协议。CAN 的高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。随着计算机硬件、软件技术及集成电路技术的迅速发展，工业控制系统已成为计算机技术应用领域中最具活力的一个分支，并取得了巨大进步。由于对系统可靠性和灵活性的高要求，工业控制系统的发展主要表现为：控制面向多元化，系统面向分散化，即负载分散、功能分散、危险分散和地域分散。分散式工业控制系统就是为适应这种需要而发展起来的。这类系统是以微型机为核心，将 5C技术—COMPUTER（计算机技术）、CONTROL（自动控制技术）、COMMUNICATION（通信技术）、CRT（显示技术）和 CHANGE（转换技术）紧密结合的产物。它在适应范围、可扩展性、可维护性以及抗故障能力等方面，较之分散型仪表控制系统和集中型计算机控制系统都具有明显的优越性。CAN属于现场总线的范畴，它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。作为专门应用于工业自动化领域的网络，CAN总线具有以下优点： (1)使用简单方便。许多CAN控制器芯片如SJA1000T、Philips 82C250等实现了CAN物理层及数据链路层的大部分，在使用时用户需要做的只是两件事：对CAN控制器进行初始化，对CAN总线上的数据进行收发操作。(2)高效可靠。CAN采用短帧结构，数据帧中的数据字段长度最多为8B，所以传输的速度快（最大通信速率可达1Mbps），受干扰的概率低。同时，CAN总线作为多主节点，各节点通过总线仲裁获得总线控制权，并拥有完善的错误处理机制，保证了各种干扰环境下数据传输的安全可靠。(3)系统可扩充性好。CAN总线是面向消息的编码，而不是面向设备的编码，故增添或删减CAN上的节点非常方便和灵活，易于系统的扩充。 基于CAN总线的伺服电机通信控制伺服电机具有结构紧凑、控制容易、运行稳定、响应速度快等优异特性，已越来越成为现代工业自动化系统中的一个重要执行元件。在自动化程度高、需精确控制速度、位置、力矩等的场合，如印刷机械、造纸机械、纺织机械、工业机器人、高速电梯、数控机床等重要行业中，得到了普遍的应用。德国伦茨公司生产的伺服电机由于提供了CAN总线接口，使其很容易挂接到CAN总线上，通过CAN总线进行数据传输与控制，拓展了伺服电机的功能与应用范围,使伺服电机能更好更灵活地应用于现代工业控制系统中。（1）伺服电机接入CAN网伦茨伺服电机的伺服控制器由于提供了专门的CAN总线接口X4，可以像其他的CAN节点一样，用普通双绞线作为通信介质，很方便地连接到基于CAN总线的工业控制系统上，如图1所示。伦茨的伺服控制器与伺服电机之间采用旋转变压器或光电编码器建立反馈，形成高精度的伺服控制系统，伺服电机实时地将其运行状态与运行信息上传给伺服控制器。作为CAN总线上的节点，伺服控制器不仅可以与上位主机进行通信，通过CAN总线接收上位机的各种操作、控制和参数设定命令；同时伺服控制器之间亦可以进行快速的数据交换，相互间建立一定的协调或控制关系。（2） CAN的通信协议作为实时性要求比较高的工业控制底层网络，CAN协议只分为3层：物理层、数据链入层和应用层。CAN通信协议有4种不同的帧格式：数据帧、远程帧、错误帧和超载帧。由于CAN通信协议给出的只是共性要求，在实际应用中需要将协议具体化，建立适用的协议规则。根据伺服电机伺服控制器的特点，并遵循CAN通信协议标准，制定了伺服控制器的通信协议规则。伺服控制器的每个信息帧分为2部分：帧头和数据域。帧头占2B，其前11位为标识符，然后是一位RTR位，最后是4位的数据长度位DLC（即所发数据的实际长度，以字节为单位）。数据域占用8B。11位的信息标识符反应了节点的优先级别，总线仲裁就是通过它来实现的，信息帧的标识符越小，信息帧就具有越高的优先权。除总线状态等特殊信息外，伺服控制器对所传输信息的标识符有一定的计算公式：信息标识符＝基准标识符＋设定的控制器的节点地址伺服控制器的节点地址可以在参数代码表中设定。而对信息的基准标识符，伺服控制器有统一的规定，如：同步触发信号的基准标识符为128，来自控制器CAN-OUT1通道的信息的基准标识符为384，而发送到控制器CAN-IN