电梯系统知识介绍.docx

1、一、 电梯是现代物质文明和垂直运输工具 电梯的雏形是公元前 1115 年至 1079 年间我国劳动人民发明辘轳。1852 年，世界上第一台在德国柏林电梯诞生了，采用电动机拖动。以后，美国出现以蒸汽机为动力的客梯。美国人奥的斯研究出电梯的安全装置，开创了升降机工业或者说电梯工业新纪元。1857 年，世界第一台载人电梯问世，为不断升高的高楼提供了重要的垂直动输工具。1889 年奥的斯公司在纽约试制成功第一台电力驱动蜗轮减速的电梯，这一设计思想为现代化的电梯奠定了基础，它的基本结构至今仍被广泛使用。 二、 电梯的基本结构 电梯一般由以下几部份组成： 1. 曳引系统2. 导向系统3. 门系统4. 轿箱

2、系统5. 重量平衡系统6. 电力拖动系统7. 电气控制系统8. 安全保护系统 三、 电梯的分类 按驱动方式分类： 1. 交流电梯2. 直流电梯3. 液压电梯4. 齿轮齿条电梯5. 螺杆式电梯6. 直线电机驱动的电梯 按用途分类： 1. 乘客电梯2. 载货电梯3. 病床电梯4. 服务电梯5. 观光电梯7. 车辆电梯8. 船舶电梯9. 建筑使用电梯10. 其它四、 相关背景我们再看今天的电梯行业，几乎所有的部件全部已经实现了专业生产，目前专业的电梯主机生产企业，专业的电梯控制柜生产企业，专业的电梯门机生产企业，专业的电梯轿厢生产企业等等。我国房地产的快速发展使得 电梯成为人们生活中不可缺少的工具。

3、在短短的十几年间，我国电梯行业 已先后经历了交流双速、交流调速、 变频调速、调频调压调速、无机房及永磁同步技术的变革。国外用 100 多年才完成的发展历程，我国仅仅用 30 多年的时间就完成了。五、 控制系统结构参考资料：http:/ 通过变频器对电梯进行控制，拖动轿厢运动 轿厢位置传感器信息实时上传 电机转动轴上的编码器信息实时上传具体如下： 控制前向通路 数字驱动和模拟信号两种方式驱动 通过变频器作用于拽引机 系统的反馈通路由编码器、行程开关、平层开关组成 编码器与拖动电机同轴转动，固定角度产生一个脉冲信号，主控制器根据脉冲数量计算距离，根据脉冲率获得速度 CAN 总线（Controlle

4、r Area Network,，控制器局域网络）取代传统的串行通信；CAN 收发器接口芯片 82C250 的两个输出端 CANH 和 CANL 与物理总线相连，其典型的应用协议有： SAE J1939/ISO11783、CANOpen、CANaerospace、DeviceNet、NMEA 2000控制板 IO群控网络 CAN4 主控板与若干个群控板、主控板相连CAN1 主控板与外召板之间通信CAN2 与轿顶板通信，传递门信号、内选板信号单梯控制CAN3 与轿顶板通信，传递绝对值编码器数据CAN 是控制器局域网络(Controller Area Network, CAN)的简称，是由研发和生产

5、汽车电子产品著称的德国 BOSCH 公司开发了的，并最终成为国际标准（ISO118?8）。是国际上应用最广泛的现场总线之一。 在北美和西欧，CAN 总线协议已经成为汽车计算机控制系统和嵌入式工业控制局域网的标准总线，并且拥有以 CAN 为底层协议专为大型货车和重工机械车辆设计的 J1939 协议。近年来，其所具有的高可靠性和良好的错误检测能力受到重视，被广泛应用于汽车计算机控制系统和环境温度恶劣、电磁辐射强和振动大的工业环境CAN 是 Controller Area Network 的 缩 写 （ 以 下 称 为 CAN） ， 是 ISO 国 际 标 准 化 的 串 行 通信 协 议 。 在

6、当 前 的 汽 车 产 业 中 ， 出 于 对 安 全 性 、 舒 适 性 、 方 便 性 、 低 公 害 、 低 成 本 的 要求 ， 各 种 各 样 的 电 子 控 制 系 统 被 开 发 了 出 来 。 由 于 这 些 系 统 之 间 通 信 所 用 的 数 据 类 型 及对 可 靠 性 的 要 求 不 尽 相 同 ， 由 多 条 总 线 构 成 的 情 况 很 多 ， 线 束 的 数 量 也 随 之 增 加 。 为 适应 “减 少 线 束 的 数 量 ”、 “通 过 多 个 LAN， 进 行 大 量 数 据 的 高 速 通 信 ”的 需 要 ， 1986 年 德 国电 气 商 博 世

7、公 司 开 发 出 面 向 汽 车 的 CAN 通 信 协 议 。 此 后 ， CAN 通 过 ISO11898 及ISO11519 进 行 了 标 准 化 ， 现 在 在 欧 洲 已 是 汽 车 网 络 的 标 准 协 议 。 现 在 ， 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

8、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 。 CAN 总 线 优 势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 。较 之 目 前 许 多 RS-485 基 于 R 线 构 建 的 分 布 式 控 制 系 统 而 言 , 基 于 CAN 总 线 的 分 布 式 控制 系 统 在 以 下 方 面 具 有 明 显 的 优 越 性 ： 网 络 各 节 点 之 间 的 数 据 通 信 实 时 性 强首 先 ,CAN 控

9、制 器 工 作 于 多 主 方 式 ,网 络 中 的 各 节 点 都 可 根 据 总 线 访 问 优 先 权 (取 决 于报 文 标 识 符 )采 用 无 损 结 构 的 逐 位 仲 裁 的 方 式 竞 争 向 总 线 发 送 数 据 ,且 CAN 协 议 废 除 了 站地 址 编 码 ,而 代 之 以 对 通 信 数 据 进 行 编 码 ,这 可 使 不 同 的 节 点 同 时 接 收 到 相 同 的 数 据 ,这 些特 点 使 得 CAN 总 线 构 成 的 网 络 各 节 点 之 间 的 数 据 通 信 实 时 性 强 ,并 且 容 易 构 成 冗 余 结 构 ,提 高 系 统 的 可

10、靠 性 和 系 统 的 灵 活 性 。 而 利 用 RS-485 只 能 构 成 主 从 式 结 构 系 统 ,通 信 方 式也 只 能 以 主 站 轮 询 的 方 式 进 行 ,系 统 的 实 时 性 、 可 靠 性 较 差 ; 缩 短 了 开 发 周 期CAN 总 线 通 过 CAN 收 发 器 接 口 芯 片 82C250 的 两 个 输 出 端 CANH 和 CANL 与 物 理 总线 相 连 ,而 CANH 端 的 状 态 只 能 是 高 电 平 或 悬 浮 状 态 ,CANL 端 只 能 是 低 电 平 或 悬 浮 状 态 。这 就 保 证 不 会 在 出 现 在 RS-485 网

11、 络 中 的 现 象 ,即 当 系 统 有 错 误 ,出 现 多 节 点 同 时 向 总 线 发送 数 据 时 ,导 致 总 线 呈 现 短 路 ,从 而 损 坏 某 些 节 点 的 现 象 。 而 且 CAN 节 点 在 错 误 严 重 的 情况 下 具 有 自 动 关 闭 输 出 功 能 ,以 使 总 线 上 其 他 节 点 的 操 作 不 受 影 响 ,从 而 保 证 不 会 出 现 象在 网 络 中 ,因 个 别 节 点 出 现 问 题 ,使 得 总 线 处 于 “死 锁 ”状 态 。 而 且 ,CAN 具 有 的 完 善 的 通 信协 议 可 由 CAN 控 制 器 芯 片 及 其

12、接 口 芯 片 来 实 现 ,从 而 大 大 降 低 系 统 开 发 难 度 ,缩 短 了 开 发周 期 ,这 些 是 仅 有 电 气 协 议 的 RS-485 所 无 法 比 拟 的 。 已 形 成 国 际 标 准 的 现 场 总 线另 外 ,与 其 它 现 场 总 线 比 较 而 言 ,CAN 总 线 是 具 有 通 信 速 率 高 、 容 易 实 现 、 且 性 价 比高 等 诸 多 特 点 的 一 种 已 形 成 国 际 标 准 的 现 场 总 线 。 这 些 也 是 目 前 CAN 总 线 应 用 于 众 多领 域 ,具 有 强 劲 的 市 场 竞 争 力 的 重 要 原 因 。 最

13、 有 前 途 的 现 场 总 线 之 一CAN 即 控 制 器 局 域 网 络 ,属 于 工 业 现 场 总 线 的 范 畴 。 与 一 般 的 通 信 总 线 相 比 ,CAN 总线 的 数 据 通 信 具 有 突 出 的 可 靠 性 、 实 时 性 和 灵 活 性 。 由 于 其 良 好 的 性 能 及 独 特 的 设 计 ,CAN 总 线 越 来 越 受 到 人 们 的 重 视 。 它 在 汽 车 领 域 上 的 应 用 是 最 广 泛 的 ,世 界 上 一 些 著 名的 汽 车 制 造 厂 商 ,如 BENZ(奔 驰 )、 BMW(宝 马 )、 PORSCHE(保 时 捷 )、 ROL

14、LS-ROYCE(劳 斯 莱斯 )和 JAGUAR(美 洲 豹 )等 都 采 用 了 CAN 总 线 来 实 现 汽 车 内 部 控 制 系 统 与 各 检 测 和 执 行 机构 间 的 数 据 通 信 。 同 时 ,由 于 CAN 总 线 本 身 的 特 点 ,其 应 用 范 围 目 前 已 不 再 局 限 于 汽 车 行业 ,而 向 自 动 控 制 、 航 空 航 天 、 航 海 、 过 程 工 业 、 机 械 工 业 、 纺 织 机 械 、 农 用 机 械 、 机 器人 、 数 控 机 床 、 医 疗 器 械 及 传 感 器 等 领 域 发 展 。 CAN 已 经 形 成 国 际 标 准

15、 ,并 已 被 公 认 为几 种 最 有 前 途 的 现 场 总 线 之 一 。 其 典 型 的 应 用 协 议 有 ： SAE J1939/ISO11783、 CANOpen、 CANaerospace、 DeviceNet、 NMEA 2000 等 。 CAN 总 线 的 产 生 与 发 展控 制 器 局 部 网 （ CAN CONTROLLER AREA NETWORK） 是 BOSCH 公 司 为 现 代 汽 车 应用 领 先 推 出 的 一 种 多 主 机 局 部 网 ， 由 于 其 高 性 能 、 高 可 靠 性 、 实 时 性 等 优 点 现 已 广 泛 应用 于 工 业 自 动

16、 化 、 多 种 控 制 设 备 、 交 通 工 具 、 医 疗 仪 器 以 及 建 筑 、 环 境 控 制 等 众 多 部 门 。控 制 器 局 部 网 将 在 我 国 迅 速 普 及 推 广 。 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

17、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

18、 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 。 典 型 的 分 散 式 控 制 系 统 由 现 场 设 备 、 接 口 与 计 算 设 备 以 及 通 信 设 备 组 成 。 现 场 总 线（ FIELDBUS） 能 同 时 满 足 过 程 控 制 和 制 造 业 自 动 化 的 需 要 ， 因 而 现 场 总 线 已 成 为 工 业 数据 总 线 领 域 中 最 为 活 跃 的 一 个 领 域 。 现 场 总 线 的 研 究 与 应 用 已 成 为 工 业 数 据

19、总 线 领 域 的热 点 。 尽 管 目 前 对 现 场 总 线 的 研 究 尚 未 能 提 出 一 个 完 善 的 标 准 ， 但 现 场 总 线 的 高 性 能 价格 比 将 吸 引 众 多 工 业 控 制 系 统 采 用 。 同 时 ， 正 由 于 现 场 总 线 的 标 准 尚 未 统 一 ， 也 使 得 现场 总 线 的 应 用 得 以 不 拘 一 格 地 发 挥 ， 并 将 为 现 场 总 线 的 完 善 提 供 更 加 丰 富 的 依 据 。 控 制器 局 部 网 CAN（ CONTROLLER AERANETWORK） 正 是 在 这 种 背 景 下 应 运 而 生 的 。 由

20、 于 CAN 为 愈 来 愈 多 不 同 领 域 采 用 和 推 广 ， 导 致 要 求 各 种 应 用 领 域 通 信 报 文 的 标 准化 。 为 此 ， 1991 年 9 月 PHILIPS SEMICONDUCTORS 制 订 并 发 布 了 CAN 技 术 规 范（ VERSION 2.0） 。 该 技 术 规 范 包 括 A 和 B 两 部 分 。 2.0A 给 出 了 曾 在 CAN 技 术 规 范 版 本 1.2中 定 义 的 CAN 报 文 格 式 ， 能 提 供 11 位 地 址 ； 而 2.0B 给 出 了 标 准 的 和 扩 展 的 两 种 报 文 格式 ， 提 供 2

21、9 位 地 址 。 此 后 ， 1993 年 11 月 ISO 正 式 颁 布 了 道 路 交 通 运 载 工 具 -数 字 信 息交 换 -高 速 通 信 控 制 器 局 部 网 （ CAN） 国 际 标 准 （ ISO11898） ， 为 控 制 器 局 部 网 标 准 化 、规 范 化 推 广 铺 平 了 道 路 。 编 辑 本 段 CAN 总 线 特 点CAN 总 线 是 德 国 BOSCH 公 司 从 80 年 代 初 为 解 决 现 代 汽 车 中 众 多 的 控 制 与 测 试 仪 器之 间 的 数 据 交 换 而 开 发 的 一 种 串 行 数 据 通 信 协 议 ， 它 是

22、一 种 多 主 总 线 ， 通 信 介 质 可 以 是双 绞 线 、 同 轴 电 缆 或 光 导 纤 维 。 通 信 速 率 可 达 1MBPS。 完 成 对 通 信 数 据 的 成 帧 处 理CAN 总 线 通 信 接 口 中 集 成 了 CAN 协 议 的 物 理 层 和 数 据 链 路 层 功 能 ， 可 完 成 对 通 信 数据 的 成 帧 处 理 ， 包 括 位 填 充 、 数 据 块 编 码 、 循 环 冗 余 检 验 、 优 先 级 判 别 等 项 工 作 。 使 网 络 内 的 节 点 个 数 在 理 论 上 不 受 限 制CAN 协 议 的 一 个 最 大 特 点 是 废 除

23、 了 传 统 的 站 地 址 编 码 ， 而 代 之 以 对 通 信 数 据 块 进 行编 码 。 采 用 这 种 方 法 的 优 点 可 使 网 络 内 的 节 点 个 数 在 理 论 上 不 受 限 制 ， 数 据 块 的 标 识 码可 由 11 位 或 29 位 二 进 制 数 组 成 ， 因 此 可 以 定 义 2 或 2 个 不 同 的 数 据 块 ， 这 种 按 数 据 块编 码 的 方 式 ， 还 可 使 不 同 的 节 点 同 时 接 收 到 相 同 的 数 据 ， 这 一 点 在 分 布 式 控 制 系 统 中 非常 有 用 。 数 据 段 长 度 最 多 为 8 个 字 节

24、 ， 可 满 足 通 常 工 业 领 域 中 控 制 命 令 、 工 作 状 态 及 测试 数 据 的 一 般 要 求 。 同 时 ， 8 个 字 节 不 会 占 用 总 线 时 间 过 长 ， 从 而 保 证 了 通 信 的 实 时 性 。CAN 协 议 采 用 CRC 检 验 并 可 提 供 相 应 的 错 误 处 理 功 能 ， 保 证 了 数 据 通 信 的 可 靠 性 。 CAN卓 越 的 特 性 、 极 高 的 可 靠 性 和 独 特 的 设 计 ， 特 别 适 合 工 业 过 程 监 控 设 备 的 互 连 ， 因 此 ，越 来 越 受 到 工 业 界 的 重 视 ， 并 已 公

25、 认 为 最 有 前 途 的 现 场 总 线 之 一 。 可 在 各 节 点 之 间 实 现 自 由 通 信CAN 总 线 采 用 了 多 主 竞 争 式 总 线 结 构 ， 具 有 多 主 站 运 行 和 分 散 仲 裁 的 串 行 总 线 以 及广 播 通 信 的 特 点 。 CAN 总 线 上 任 意 节 点 可 在 任 意 时 刻 主 动 地 向 网 络 上 其 它 节 点 发 送 信 息而 不 分 主 次 ， 因 此 可 在 各 节 点 之 间 实 现 自 由 通 信 。 CAN 总 线 协 议 已 被 国 际 标 准 化 组 织 认证 ， 技 术 比 较 成 熟 ， 控 制 的 芯

26、 片 已 经 商 品 化 ， 性 价 比 高 ， 特 别 适 用 于 分 布 式 测 控 系 统 之间 的 数 通 讯 。 CAN 总 线 插 卡 可 以 任 意 插 在 PC AT XT 兼 容 机 上 ， 方 便 地 构 成 分 布 式 监 控 系统 。 结 构 简 单只 有 2 根 线 与 外 部 相 连 ， 并 且 内 部 集 成 了 错 误 探 测 和 管 理 模 块 。 编 辑 本 段 CAN 总 线 技 术 介 绍位 仲 裁要 对 数 据 进 行 实 时 处 理 ,就 必 须 将 数 据 快 速 传 送 ,这 就 要 求 数 据 的 物 理 传 输 通 路 有 较高 的 速 度

27、。 在 几 个 站 同 时 需 要 发 送 数 据 时 ,要 求 快 速 地 进 行 总 线 分 配 。 实 时 处 理 通 过 网络 交 换 的 紧 急 数 据 有 较 大 的 不 同 。 一 个 快 速 变 化 的 物 理 量 ,如 汽 车 引 擎 负 载 ,将 比 类 似 汽车 引 擎 温 度 这 样 相 对 变 化 较 慢 的 物 理 量 更 频 繁 地 传 送 数 据 并 要 求 更 短 的 延 时 。 CAN 总 线 以 报 文 为 单 位 进 行 数 据 传 送 ,报 文 的 优 先 级 结 合 在 11 位 标 识 符 中 ,具 有 最 低二 进 制 数 的 标 识 符 有 最

28、 高 的 优 先 级 。 这 种 优 先 级 一 旦 在 系 统 设 计 时 被 确 立 后 就 不 能 再 被更 改 。 总 线 读 取 中 的 冲 突 可 通 过 位 仲 裁 解 决 。 如 图 2 所 示 ,当 几 个 站 同 时 发 送 报 文 时 ,站1 的 报 文 标 识 符 为 011111;站 2 的 报 文 标 识 符 为 0100110;站 3 的 报 文 标 识 符 为0100111。 所 有 标 识 符 都 有 相 同 的 两 位 01,直 到 第 3 位 进 行 比 较 时 ,站 1 的 报 文 被 丢 掉 ,因为 它 的 第 3 位 为 高 ,而 其 它 两 个 站

29、 的 报 文 第 3 位 为 低 。 站 2 和 站 3 报 文 的 4、 5、 6 位 相同 ,直 到 第 7 位 时 ,站 3 的 报 文 才 被 丢 失 。 注 意 ,总 线 中 的 信 号 持 续 跟 踪 最 后 获 得 总 线 读 取权 的 站 的 报 文 。 在 此 例 中 ,站 2 的 报 文 被 跟 踪 。 这 种 非 破 坏 性 位 仲 裁 方 法 的 优 点 在 于 ,在网 络 最 终 确 定 哪 一 个 站 的 报 文 被 传 送 以 前 ,报 文 的 起 始 部 分 已 经 在 网 络 上 传 送 了 。 所 有 未获 得 总 线 读 取 权 的 站 都 成 为 具 有

30、 最 高 优 先 权 报 文 的 接 收 站 ,并 且 不 会 在 总 线 再 次 空 闲 前 发送 报 文 。 CAN 具 有 较 高 的 效 率 是 因 为 总 线 仅 仅 被 那 些 请 求 总 线 悬 而 未 决 的 站 利 用 ,这 些 请 求是 根 据 报 文 在 整 个 系 统 中 的 重 要 性 按 顺 序 处 理 的 。 这 种 方 法 在 网 络 负 载 较 重 时 有 很 多 优点 ,因 为 总 线 读 取 的 优 先 级 已 被 按 顺 序 放 在 每 个 报 文 中 了 ,这 可 以 保 证 在 实 时 系 统 中 较 低的 个 体 隐 伏 时 间 。 对 于 主 站

31、 的 可 靠 性 ,由 于 CAN 协 议 执 行 非 集 中 化 总 线 控 制 ,所 有 主 要 通 信 ,包 括 总 线 读取 (许 可 )控 制 ,在 系 统 中 分 几 次 完 成 。 这 是 实 现 有 较 高 可 靠 性 的 通 信 系 统 的 唯 一 方 法 。 CAN 与 其 它 通 信 方 案 的 比 较在 实 践 中 ,有 两 种 重 要 的 总 线 分 配 方 法 :按 时 间 表 分 配 和 按 需 要 分 配 。 在 第 一 种 方 法中 ,不 管 每 个 节 点 是 否 申 请 总 线 ,都 对 每 个 节 点 按 最 大 期 间 分 配 。 由 此 ,总 线 可

32、 被 分 配 给每 个 站 并 且 是 唯 一 的 站 ,而 不 论 其 是 立 即 进 行 总 线 存 取 或 在 一 特 定 时 间 进 行 总 线 存 取 。 这将 保 证 在 总 线 存 取 时 有 明 确 的 总 线 分 配 。 在 第 二 种 方 法 中 ,总 线 按 传 送 数 据 的 基 本 要 求 分配 给 一 个 站 ,总 线 系 统 按 站 希 望 的 传 送 分 配 (如 :Ethernet CSMA/CD)。 因 此 ,当 多 个 站 同 时请 求 总 线 存 取 时 ,总 线 将 终 止 所 有 站 的 请 求 ,这 时 将 不 会 有 任 何 一 个 站 获 得

33、总 线 分 配 。 为了 分 配 总 线 ,多 于 一 个 总 线 存 取 是 必 要 的 。 CAN 实 现 总 线 分 配 的 方 法 ,可 保 证 当 不 同 的 站 申 请 总 线 存 取 时 ,明 确 地 进 行 总 线 分 配 。这 种 位 仲 裁 的 方 法 可 以 解 决 当 两 个 站 同 时 发 送 数 据 时 产 生 的 碰 撞 问 题 。 不 同 于 Ethernet网 络 的 消 息 仲 裁 ,CAN 的 非 破 坏 性 解 决 总 线 存 取 冲 突 的 方 法 ,确 保 在 不 传 送 有 用 消 息 时 总线 不 被 占 用 。 甚 至 当 总 线 在 重 负

34、载 情 况 下 ,以 消 息 内 容 为 优 先 的 总 线 存 取 也 被 证 明 是 一 种有 效 的 系 统 。 虽 然 总 线 的 传 输 能 力 不 足 ,所 有 未 解 决 的 传 输 请 求 都 按 重 要 性 顺 序 来 处 理 。在 CSMA/CD 这 样 的 网 络 中 ,如 Ethernet,系 统 往 往 由 于 过 载 而 崩 溃 ,而 这 种 情 况 在 CAN 中不 会 发 生 。 CAN 的 报 文 格 式在 总 线 中 传 送 的 报 文 ,每 帧 由 7 部 分 组 成 。 CAN 协 议 支 持 两 种 报 文 格 式 ,其 唯 一 的 不同 是 标 识

35、符 (ID)长 度 不 同 ,标 准 格 式 为 11 位 ,扩 展 格 式 为 29 位 。 在 标 准 格 式 中 ,报 文 的 起 始 位 称 为 帧 起 始 (SOF),然 后 是 由 11 位 标 识 符 和 远 程 发 送 请 求位 (RTR)组 成 的 仲 裁 场 。 RTR 位 标 明 是 数 据 帧 还 是 请 求 帧 ,在 请 求 帧 中 没 有 数 据 字 节 。 控 制 场 包 括 标 识 符 扩 展 位 (IDE),指 出 是 标 准 格 式 还 是 扩 展 格 式 。 它 还 包 括 一 个 保 留 位 (ro),为 将 来 扩 展 使 用 。 它 的 最 后 四

36、个 字 节 用 来 指 明 数 据 场 中 数 据 的 长 度 (DLC)。 数 据 场 范围 为 0 8 个 字 节 ,其 后 有 一 个 检 测 数 据 错 误 的 循 环 冗 余 检 查 (CRC)。 应 答 场 (ACK)包 括 应 答 位 和 应 答 分 隔 符 。 发 送 站 发 送 的 这 两 位 均 为 隐 性 电 平 (逻 辑 1),这 时 正 确 接 收 报 文 的 接 收 站 发 送 主 控 电 平 (逻 辑 0)覆 盖 它 。 用 这 种 方 法 ,发 送 站 可 以 保 证网 络 中 至 少 有 一 个 站 能 正 确 接 收 到 报 文 。 报 文 的 尾 部 由

37、帧 结 束 标 出 。 在 相 邻 的 两 条 报 文 间 有 一 很 短 的 间 隔 位 ,如 果 这 时 没 有站 进 行 总 线 存 取 ,总 线 将 处 于 空 闲 状 态 。 数 据 错 误 检 测不 同 于 其 它 总 线 ,CAN 协 议 不 能 使 用 应 答 信 息 。 事 实 上 ,它 可 以 将 发 生 的 任 何 错 误 用信 号 发 出 。 CAN 协 议 可 使 用 五 种 检 查 错 误 的 方 法 ,其 中 前 三 种 为 基 于 报 文 内 容 检 查 。 3.4.1 循 环 冗 余 检 查 (CRC) 在 一 帧 报 文 中 加 入 冗 余 检 查 位 可

38、保 证 报 文 正 确 。 接 收 站 通 过 CRC 可 判 断 报 文 是 否 有错 。 3.4.2 帧 检 查 这 种 方 法 通 过 位 场 检 查 帧 的 格 式 和 大 小 来 确 定 报 文 的 正 确 性 ,用 于 检 查 格 式 上 的 错 误 。3.4.3.应 答 错 误 如 前 所 述 ,被 接 收 到 的 帧 由 接 收 站 通 过 明 确 的 应 答 来 确 认 。 如 果 发 送 站 未 收 到 应 答 ,那 么 表 明 接 收 站 发 现 帧 中 有 错 误 ,也 就 是 说 ,ACK 场 已 损 坏 或 网 络 中 的 报 文 无 站 接 收 。CAN 协 议

39、也 可 通 过 位 检 查 的 方 法 探 测 错 误 。 3.4.4 总 线 检 测 有 时 ,CAN 中 的 一 个 节 点 可 监 测 自 己 发 出 的 信 号 。 因 此 ,发 送 报 文 的 站 可 以 观 测 总 线电 平 并 探 测 发 送 位 和 接 收 位 的 差 异 。 3.4.5 位 填 充 一 帧 报 文 中 的 每 一 位 都 由 不 归 零 码 表 示 ,可 保 证 位 编 码 的 最 大 效 率 。 然 而 ,如 果 在 一帧 报 文 中 有 太 多 相 同 电 平 的 位 ,就 有 可 能 失 去 同 步 。 为 保 证 同 步 ,同 步 沿 用 位 填 充

40、产 生 。在 五 个 生 。 在 五 个 连 续 相 等 位 后 ,发 送 站 自 动 插 入 一 个 与 之 互 补 的 补 码 位 ;接 收 时 ,这 个 填充 位 被 自 动 丢 掉 。 例 如 ,五 个 连 续 的 低 电 平 位 后 ,CAN 自 动 插 入 一 个 高 电 平 位 。 CAN 通 过这 种 编 码 规 则 检 查 错 误 ,如 果 在 一 帧 报 文 中 有 6 个 相 同 位 ,CAN 就 知 道 发 生 了 错 误 。 如 果 至 少 有 一 个 站 通 过 以 上 方 法 探 测 到 一 个 或 多 个 错 误 ,它 将 发 送 出 错 标 志 终 止 当前

41、的 发 送 。 这 可 以 阻 止 其 它 站 接 收 错 误 的 报 文 ,并 保 证 网 络 上 报 文 的 一 致 性 。 当 大 量 发 送数 据 被 终 止 后 ,发 送 站 会 自 动 地 重 新 发 送 数 据 。 作 为 规 则 ,在 探 测 到 错 误 后 23 个 位 周 期 内重 新 开 始 发 送 。 在 特 殊 场 合 ,系 统 的 恢 复 时 间 为 31 个 位 周 期 。 但 这 种 方 法 存 在 一 个 问 题 ,即 一 个 发 生 错 误 的 站 将 导 致 所 有 数 据 被 终 止 ,其 中 也 包 括正 确 的 数 据 。 因 此 ,如 果 不 采

42、取 自 监 测 措 施 ,总 线 系 统 应 采 用 模 块 化 设 计 。 为 此 ,CAN 协 议提 供 一 种 将 偶 然 错 误 从 永 久 错 误 和 局 部 站 失 败 中 区 别 出 来 的 办 法 。 这 种 方 法 可 以 通 过 对出 错 站 统 计 评 估 来 确 定 一 个 站 本 身 的 错 误 并 进 入 一 种 不 会 对 其 它 站 产 生 不 良 影 响 的 运 行方 法 来 实 现 ,即 站 可 以 通 过 关 闭 自 己 来 阻 止 正 常 数 据 因 被 错 误 地 当 成 不 正 确 的 数 据 而 被 终止 。 编 辑 本 段 CAN 总 线 可 靠

43、 性为 防 止 汽 车 在 使 用 寿 命 期 内 由 于 数 据 交 换 错 误 而 对 司 机 造 成 危 险 ,汽 车 的 安 全 系 统 要求 数 据 传 输 具 有 较 高 的 安 全 性 。 如 果 数 据 传 输 的 可 靠 性 足 够 高 ,或 者 残 留 下 来 的 数 据 错 误足 够 低 的 话 ,这 一 目 标 不 难 实 现 。 从 总 线 系 统 数 据 的 角 度 看 ,可 靠 性 可 以 理 解 为 ,对 传 输 过程 产 生 的 数 据 错 误 的 识 别 能 力 。 残 余 数 据 错 误 的 概 率 可 以 通 过 对 数 据 传 输 可 靠 性 的 统

44、计 测 量 获 得 。 它 描 述 了 传 送 数据 被 破 坏 和 这 种 破 坏 不 能 被 探 测 出 来 的 概 率 。 残 余 数 据 错 误 概 率 必 须 非 常 小 ,使 其 在 系统 整 个 寿 命 周 期 内 ,按 平 均 统 计 时 几 乎 检 测 不 到 。 计 算 残 余 错 误 概 率 要 求 能 够 对 数 据 错 误进 行 分 类 ,并 且 数 据 传 输 路 径 可 由 一 模 型 描 述 。 如 果 要 确 定 CAN 的 残 余 错 误 概 率 ,我 们可 将 残 留 错 误 的 概 率 作 为 具 有 80 90 位 的 报 文 传 送 时 位 错 误

45、概 率 的 函 数 ,并 假 定 这 个 系统 中 有 5 10 个 站 ,并 且 错 误 率 为 1/1000,那 么 最 大 位 错 误 概 率 为 1013 数 量 级 。 例 如 ,CAN 网 络 的 数 据 传 输 率 最 大 为 1Mbps,如 果 数 据 传 输 能 力 仅 使 用 50%,那 么 对 于 一 个 工 作寿 命 4000 小 时 、 平 均 报 文 长 度 为 80 位 的 系 统 ,所 传 送 的 数 据 总 量 为 91010。 在 系 统 运行 寿 命 期 内 ,不 可 检 测 的 传 输 错 误 的 统 计 平 均 小 于 102 量 级 。 换 句 话

46、说 ,一 个 系 统 按 每年 365 天 ,每 天 工 作 8 小 时 ,每 秒 错 误 率 为 0. 7 计 算 ,那 么 按 统 计 平 均 ,每 1000 年 才 会 发 生一 个 不 可 检 测 的 错 误 。 编 辑 本 段 应 用 举 例某 医 院 现 有 5 台 16T/H 德 国 菲 斯 曼 燃 气 锅 炉 ， 向 洗 衣 房 、 制 剂 室 、 供 应 室 、 生 活 用水 、 暖 气 等 设 施 提 供 5kg/cm2 的 蒸 汽 ， 全 年 耗 用 天 然 气 1200 万 m3,耗 用 20 万 吨 自 来 水 。医 院 采 用 接 力 式 方 式 供 热 ， 对 热

47、 网 进 行 地 域 性 管 理 ， 分 四 大 供 热 区 。 其 中 冬 季 暖 气 的 用气 量 很 大 ， 据 此 设 计 了 基 于 CAN 现 场 总 线 的 分 布 式 锅 炉 蒸 汽 热 网 智 能 监 控 系 统 。 现 场应 用 表 明 ： 该 楼 宇 自 动 化 系 统 具 有 抗 干 扰 能 力 强 ， 现 场 组 态 容 易 ， 网 络 化 程 度 高 ， 人 机界 面 友 好 等 特 点 。 编 辑 本 段 CAN 总 线 典 型 特 征CAN 总 线 有 如 下 基 本 特 点 废 除 传 统 的 站 地 址 编 码 ， 代 之 以 对 通 信 数 据 块 进 行

48、 编 码 ， 可 以 多 主 方 式 工 作 ； 采 用 非 破 坏 性 仲 裁 技 术 ， 当 两 个 节 点 同 时 向 网 络 上 传 送 数 据 时 ， 优 先 级 低 的 节 点主 动 停 止 数 据 发 送 ， 而 优 先 级 高 的 节 点 可 不 受 影 响 继 续 传 输 数 据 ， 有 效 避 免 了 总 线 冲 突 ； 采 用 短 帧 结 构 ， 每 一 帧 的 有 效 字 节 数 为 8 个 ， 数 据 传 输 时 间 短 ， 受 干 扰 的 概 率低 ， 重 新 发 送 的 时 间 短 ； 每 帧 数 据 都 有 CRC 校 验 及 其 他 检 错 措 施 ， 保 证

49、 了 数 据 传 输 的 高 可 靠 性 ， 适 于 在 高干 扰 环 境 下 使 用 ； 节 点 在 错 误 严 重 的 情 况 下 ， 具 有 自 动 关 闭 总 线 的 功 能 ， 切 断 它 与 总 线 的 联 系 ， 以使 总 线 上 其 他 操 作 不 受 影 响 ； 可 以 点 对 点 ， 一 对 多 及 广 播 集 中 方 式 传 送 和 接 受 数 据 。 CAN 总 线 的 优 点 具 有 实 时 性 强 、 传 输 距 离 较 远 、 抗 电 磁 干 扰 能 力 强 、 成 本 低 等 优 点 ； 采 用 双 线 串 行 通 信 方 式 ， 检 错 能 力 强 ， 可 在 高 噪 声 干 扰 环 境 中 工 作 ； 具 有 优 先 权 和 仲 裁 功 能 ， 多 个 控 制 模 块 通 过 CAN 控 制 器 挂 到 CAN-bus 上 ， 形 成多 主 机 局 部 网 络 ； 可 根 据 报 文 的 ID 决 定 接 收 或 屏 蔽 该 报 文 ； 可 靠 的 错 误 处 理 和 检 错 机 制 ； 发 送 的 信 息 遭 到 破 坏 后 ， 可 自 动 重 发 ； 节