第二章 CAN现场总线

1、 CMS硬件使用手册之CAN现场总线 上海神开石油科技有限公司第二章 CAN现场总线一、 CAN总线型传感器的分类目前我们使用的防爆隔离栅共分三种，请在使用时注意区分：1SK-9N01CAN总线绞车隔离栅，俗称C型节点，只用于配接绞车传感器。2SK-9N02CAN总线泵冲隔离栅，俗称B型节点，用于配接泵冲、转盘转速传感器。3SK-9N03CAN总线模入量隔离栅，俗称A型节点，用于所有4-20mA输出信号传感器；A型节点又分为二线制和三线制，以及顶驱客户端三种，出厂时在防爆隔离栅外壳不锈钢标牌上有所标识。注意：三线制A节点仅用于配接SK-8N07电扭矩传感器、SP-1102总烃传感器和格林通H2

2、S，其余均为二线制。而安路、格产H2S传感器为二线制。顶驱转速、顶驱扭矩的接线方法又有所不同。 这里所谓的防爆，是指具有承受内部爆炸性气体混合物的爆炸压力， 并阻止内部的爆炸向外壳周围爆炸性混合物的传播，隔爆型电气设备，有 “d” 标志。防爆原理：电气设备引燃可燃性气体混合物有两方面原因：一个是电气设备产生的火花、电弧。对于设备在正常运行时能产生电弧、火花的部件放在隔爆外壳内，或采取浇封型、充砂型、充油型或正压型等其他防爆型式就可达到防爆目的。1SK-8J06和SK-9N01组成总线型绞车传感器，SK-9N01是CAN总线绞车隔离栅，其接线端子如下图：2SK-8B06FG和SK-9N02组成总

3、线型泵冲传感器和转盘转速传感器，SK-9N02 CAN总线泵冲隔离栅，其接线端子如下图： 3各类420mA模拟量传感器配上SK-9N03后即组成相应的总线型传感器，SK-9N03是CAN总线420mA模拟量输入隔离栅，有两线制和三线制之分，其接线端子如下图：二、CAN总线节点使用说明1主要用途及适用范围CAN总线防爆节点是CAN现场总线系统的重要组成部分，传感器直接连接在该节点上，传感器信号经CAN节点内的网关处理后，转换成CAN总线协议的串行编码进行传输。根据处理信号的不同，CAN总线节点共可分为A、B、C三类。A类节点主要处理4-20mA电流信号，如悬重、立管压力等，通常称之为模拟量节点；

4、B类节点处理接近开关量脉冲信号，如转盘转速、泵冲速，通常称之为泵冲节点；C类节点处理判断方向的编码或脉冲信号，如绞车，通常称之为绞车节点。总线盒采用密封防水、防腐、防爆设计，传感器输出为本安信号。CAN现场总线系统由CAN总线传感器节点、主干电缆及终端匹配电阻组成，由一根四芯电缆就可将所有传感器均连通并完成所需信息的传输。+10%-20%2主要规格及技术参数Ø 工作电压：24VDCØ CAN通讯口：一个 Ø CAN通讯速率：125kbpsØ 外壳防护能力：IP65Ø 隔离安全栅防爆标志：Exd(ia)IIBT5其它参数：SK-9N03（防爆接线

5、盒型为SK-9N05-A）（已修改）Ø 输入信号：420mAØ 现场传感器侧供电电压：15V(20mA)Ø 精 度：±0.1F.SSK-9N02（防爆接线盒型为SK-9N05-B）（已修改）Ø 信号输入： 输入电流>2.1mA时 输出为1 输入电流<1.2mA时 输出为0Ø 现场传感器侧供电电压：9V(供电电源内阻<1k)Ø 现场传感器测量范围：301920冲/min（已修改）Ø 现场传感器测量精度：±1F.S（已修改）SK-9N01（防爆接线盒型为SK-9N05-C）（已修改）

6、6; 信号输入： 输入电流>2.1mA时 输出为1； 输入电流<1.2mA时 输出为0Ø 现场传感器侧供电电压：9V(供电电源内阻<1k)Ø 现场传感器测量范围：301920冲/min（已修改）Ø 现场传感器测量精度：±1F.S（已修改）3产品的工作原理与主要结构遮雨板各节点内部均由一块CAN隔离栅、两个总线插座，一个信号输入插座和壳体组成。各类型节点的内部布局见下图。CAN隔离栅安装板及支架支架增安型接线盒笼式接线排插座接CAN总线主干电缆接传感器接CAN总线主干电缆输入的传感器信号经CAN节点采集后，转换成CAN总线串行编码数据输出

7、。根据处理的传感器信号的不同，安装相应的CAN隔离栅。各蓝色的CAN隔离栅本身已满足防爆要求，为了达到系统防爆的目的，本产品安装在密封的方型金属箱体内，输入输出三根引出电缆通过旋紧密封器固定在箱体的底部，具有很好的防水效果。仪器提供了多种安装方式，供用户灵活选择。可采用箱体自带的安装孔安装（将防爆壳体打开后即可看到箱内的四个6mm直径的安装孔）,也可采用安装板上的安装孔安装或吊装，亦可采用C型夹安装，如下图所示：（已修改） 插座 CAN总线节点安装板C型夹遮雨棚- 18 - CMS硬件使用手册之CAN现场总线 上海神开石油科技有限公司4 。CAN总线节点接线图 CAN总线防爆节点连接示意图（采

8、用接插件） CAN总线防爆节点连接示意图（采用PG进线端子） CMS硬件使用手册之CAN现场总线 上海神开石油科技有限公司5安装与调试5.1.连接：只要将对应（已修改）的CAN主干电缆的插头插入节点上相应的针座以及孔座，传感器的插头插入对应的插座即可。详细接线参见“ CAN总线节点连接示意图”5.2.安装位置: 为了延长仪器的使用寿命和测试精度，本产品使用时尽量避开热源、震动源和电磁辐射源，在适当的地方加以固定。安装时各进线端一定要向下，否则会影响系统的防水性能。（已修改）5.3.注意事项：本产品是一种防爆仪器,适用于爆炸性气体环境1、2区危险场所。在危险区使用时，为了保证本产品的安全性能,在

9、接线和打开箱盖前要关闭电源，外壳要可靠接地。6维护保养6.1.仪器本体采用铝合金制成,但是由于井场的水质常呈碱性,长期使用仍有可能会产生一定腐蚀,建议加强外部防护措施以提高其寿命和可靠性。6.2.架接电缆以不防碍井场工作人员的现场操作和不易被砸碰、损坏、架设安全、可靠为原则。6.3.用户安装使用必须遵守本说明书要求,并遵守GB3836.15-2000“爆炸性气体环境用电气设备第15部分危险场所电气安装（煤矿除外）”及GB50058-1992“爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范”的有关规定。6.4 产品接线安装后须通过外壳试验，即检验外壳的密封性能是否达标。7常见故障及排除方法如怀疑本产品出故障

10、，可通过更换内部隔离栅的方法进行替代比较。一般而言，隔离栅的损坏多为保险丝损坏，对于线缆方面的故障，可以通过万用表测量电阻的方法进行排除。如确定本产品损坏，可向本公司购买相关配件或将该产品送回本公司修理。三、CAN适配卡、总线电源1CAN适配卡插在计算机（采集机）的PCI总线插槽上。适配卡上有二个9芯CAN插口，每个CAN插口上最多可连接64个节点，总线长度不超过500米，通讯速率设定在125Kbps。注意在软件上的设置，在任意一台采集机上的CMS主控程序数据采集设备选择CAN总线，勾上“启动”，使其有效。数据来源选择CAN总线。CAN卡号，由于只有一块CAN卡，所以输入0。如果这里输入错误，

11、将提示错误信息，couldnt find PCI-7841，open can failed。CAN通道，由于一块CAN卡有两个CAN插口，所以根据你插入的插口来选择0或1。如果这里选错，可以开启采集，但无法采集到数据，因为这个通道上没信号进入。2目前只使用CAN适配卡的上面一个插口。适配卡每个CAN插口上均设有125的电阻。CAN信号通过DB9（针形插座）输入输出，其引脚定义为：DB9-2 CAN-L（低电平）DB9-5 CAN Shield（屏蔽线）DB9-7 CANH（高电平）3CAN总线使用24V开关电源供电，开关电源安装在SK-3F01辅助单元（SK-3F01单元包括：24V开关电源、

12、视频分配器、HUB、音箱、声光报警器）机箱内。24V电源通过YD20K5Z五芯插座（安装在SK-3F01后面板上）向CAN总线供电，其引脚定义为： YD20K5Z2 +24V 3 0V 5 CANL1 CAN Shield（屏蔽线） 4 CANH所以，整个连线顺序是：五芯CAN总线从SK-3F01辅助单元后面板的YD20K5Z五芯插座进入，其中的24V和0V两芯由在SK-3F01内的开关电源供电，另外三芯再由SK-3F01后面板的DB9出去，并联两路连到两台采集机上（CAN卡的其中一个CAN插口上）。0V（黑色）CAN总线电缆（剖切图）：CAN-H（白色）CAN-L（兰色）+24V（红色）CA

13、N Shield（屏蔽线）- 26 -四、现场总线连接示意图出口电导传感器出口温度传感器H2S传感器传感器信号进仪器房钻台H2S传感器转盘扭矩传感器转盘悬重传感器套压传感器CAN总线节点转盘转速传感器绞车传感器立压传感器绞车泵冲传感器泵冲传感器泥浆泵入口密度传感器入口电导传感器入口温度传感器池体积传感器池体积传感器池体积传感器池体积传感器池体积传感器泥浆罐出口密度传感器CAN总线节点CAN总线出口流量传感器钻井液 高架槽振动筛终端电阻 CMS硬件使用手册之CAN现场总线 上海神开石油科技有限公司 附: 进口针座及孔座接线端排列图（从进线端看）孔座 针座五、CAN总线型传感器系统现场使用要点1总

14、线通讯稳定性问题按照CAN总线传输规范，当以125Kbps通讯速率进行传输时，主干电缆长度可达到500m,接入的CAN节点可达到64只。钻井仪表接入的CAN节点一般最多在23只左右，主干电缆长度在300m以下。如果出现通讯不稳定现象(指某些节点不时出现超时，或搜索节点时某些节点时有时无，甚至同一节点搜索到一次以上)，在安装时一般应注意以下几点：（1）、是否正确配接了终端电阻终端电阻应有两个，其一接在主干电缆的末端CAN总线节点上,接在CAN-H和CAN-L两接接柱上（因为它是用来吸收多余信号的，所以可以想象当然接在两CAN 信号线上），另一个已焊接在CAN适配卡上（两个插口各有一个）。在CAN

15、结束端的终端电阻和在适配卡上所用CAN插口的所在的终端电阻，这两个终端电阻是并联的，当断开CAN与适配卡的连接时，并已接上CAN结束端的终端电阻时，可测到125左右的阻值。当CAN连接上适配卡时该有125/2左右的阻值。在适配卡上的终端电阻上有一个跨接的小器件，将它拔掉就可以将次处的这个终端电阻去掉。由于CMS上使用了两台采集机，是通过并联采集CAN信号的，所以必须将其中的一台采集机适配卡上所用的CAN插口上的那个终端电阻去掉，不然等于有3个终端电阻并联，阻值将等于125/3左右。终端电阻的作用是吸收信号线上电脉冲的多余能量，防止反射形成信号混淆，而信号混淆将导致通讯错误。频繁的通讯错误，会导

16、致CAN总线重置。如此循环将使CAN总线根本无法正常通讯。具体检查方法：断开CAN总线与适配卡的连接，用VC9806型万用表200档测量是否存在终端电阻阻值， 4、5脚应在125左右。若未接终端电阻，将导致通讯不稳定。如正常，还应检查CAN电缆各芯脚之间是否互相绝缘(万用表2M应溢出)。（2）、主干电缆有无分支(即总线拓扑结构是否正确)CAN总线主干电缆应从头至尾为一根“直肠子”，不允许分支。具体来讲，CAN总线节点左右两端用于连接主干电缆，中间端只能连接传感器。（3）、总线工作电压CAN总线规范规定总线工作电压为24V。由于电流传输存在压降损失，当总线上某一CAN节点获得工作电压低于19V时

17、，也会导致总线通讯不稳定的现象，此时可将向总线供电的开关电源输出电压调高，但不应超过26V。在开关电源内有个电位器W1，可以调节其螺丝来改变阻值从而改变电压。现在在CMS上都采用双电源供电，即在末端接终端电阻的地方，+24V和0V两线处也再接上一个24V直流电，避免了末端压降的损失情况。（4）、主干电缆是否有螺丝松动，引起接触不良现象主干电缆的芯线与插头的连接是靠小螺丝固定的，如果某一根线螺丝未上紧，接触不良也会出现总线通讯超时或某一个传感器超时现象，此时通讯时好时坏，当出现某一个传感器超时现象时，应注意检查对应节点的插头，有无线头螺丝未上紧的现象，并排除故障。2总线接插件防护等级CAN总线接

18、插件防护等级为IP65，接插件插拨可达10000次。实际使用中发现密封不好，分析原因认为是现场总线未固定，而在频繁移动中造成的。井场油污、泥沙等脏物进入接插件密封部位，将导致接插件防护等级下降。3CAN节点保险丝问题神开公司提供的CAN节点符合防爆要求。为满足防爆强制规定，节点内装有三个快速熔断保险丝，其规格不得任意变更。不能靠增大保险丝电流规格来追求不烧保险丝，而无视可能引起的危险气体的爆燃事故。由于自复保险丝等效参数不满足CAN通讯要求，也无法应用于CAN节点中。在能妥善解决此问题的新技术出现之前，建议用户注意以下几点：（1）、次架设CAN总线传感器系统之后，向CAN总线送电之前，首先检查

19、总线上绝缘情况，正常后才送电。（2）、尽量避免带电情况下更换CAN节点。无法避免时，应特别注意将接插件定位槽对齐后再插入。这样可避免引脚错误情况下强行插入所引起的浪涌电流熔断保险丝。（3）、CAN节点盒盖不得随意打开，针对此项维修操作的需要，神开公司应用户要求而提供特别服务。（4）、接插件未连接之前，应加以小心保护，避免粘上泥浆、雨水之类导电液体。已经粘上泥浆、雨水时，可用清水洗干净烘干。六、CAN节点保险丝更换说明 A节点（SK-9N03） C节点（SK-9N01） CAN节点 B节点（SK-9N02） 保险丝更换说明书SK-9N01、SK-9N02和SK-9N03三型CAN节点均含有安全隔

20、离栅，满足铭牌标示的防爆要求，按国家强制标准要求，安全隔离栅更换保险丝均应返回设备提供厂，由专业人员进行。凡使用本说明书对上述三型CAN节点更换保险丝的用户，均被视作同意以下协议；否则应将本说明书连同附件、受损的CAN节点一齐寄返神开公司修理。协 议1、 凡使用本说明书的操作人员已经仔细阅读并充分理解本协议，已被进行过培训，达到修理人员的要求；2、 操作人员已取得焊接资格；3、 只使用本说明书指定的保险丝规格；4、 保证所更换的保险丝规格与所焊位置是正确的。检查保险丝通断的具体方法一、 SK-9N01、9N02、9N03上印板保险丝检查方法：搜索不到某个节点时，可用以下提供的二种方法进行此项检查。V-1、 首先卸下节点的5芯针形插座，直接在5芯针形插座上按下图进行检查。3CAN-HV+42CAN-L屏蔽155芯针形插座示意图数字万用表型号测量点阻值结论VC9806200K档正表笔接2负表笔接3120K左右F2正常