工业网络应用实习报告(精)

1、工业网络技术在汽车通信网络中的应用学生学号:学生班级:学生姓名:学生成绩:随着计算机和信息技术的发展及其在控制领域的广泛应用，工业网络技术经过不断发展和完善，已成为覆盖管理、监测和控制的全局性网络。通常，工业网络由处理器造、执行和监控信息的信息网络和处理现场实施测控信息的控制网络两个部分 组成。实用的化工业网络的应用，可使信息从现场无缝地路由到上层管理系统，并由 互联网进一步拓宽作用范围，为企业的管控一体化和电子化制造奠定坚实的基础。从家庭住屋到大型住宅楼和办公楼及至工厂，建筑物自动化都是发展越来越多的一个极重要方面。受需要增强安全性和提高能源效率这两项21世纪最重要优先任务的推动，建筑物和工

2、业厂房中运行的系统变得越来越复杂，互连程度也不断提 咼。特别是建筑物内能源管理的需求产生了在日益精细的基础上智能控制宽范围系 统的需要。精密调节控制的下一步是仅开启任何某个时间正在使用的小隔间的照 明。工业和过程控制环境的相似之处在于控制单台机器、甚至是某台给定机器的特 定参数，使能源效率提升至最咼。这类应用产生了采用高级系统智能来实现控制功能的需求。而且，一样重要的是，它们需要强固、低成本的线缆数据通信系统来对数百米距离内的众多网络节点 进行互连。系统设计人员越来越多地将目光瞄向已在汽车工业中扎根、作为应对这些要求 的解决方案的网络。举例来说，本地互连网络（LIN和控制器区域网络（CAN这两

3、种 网络所具有的强固性和记录，令其对于不同传感器和控制电路之间可靠、低成本通 信至关重要的工业和建筑物内应用而言极具吸引力。乍一看来，车载网络和建筑物内网络之间似乎没什么共同点。毕竟一个是移 动、电池供电、重量和空间敏感型环境，另一个是 范围”应用的根本所在。但事实 是，当今的建筑自动化市场与上世纪 80年代中期的汽车工业环境有着众多相同之处那时候CAN这样的标准被构想出来。在那时，一个很重要的需求是减少每辆车内的线缆数量。由于那时平均每部车 内的线缆超过5km,减少线缆数量是需要的，不仅是减少占用空间，还可降低重量，从 而提升燃油经济性。与此同时，汽车制造商也被他们选择的通信子系统的专有属性

4、 所困扰。这意味着他们很少能够控制他们所应用的通信拓扑结构，并且经常不能选 择适合他们需求的恰当通信拓扑结构。更糟糕的是，由于在集成多供应商系统方面 的困难，他们可能还不能选择适合其应用的最佳子系统供应商。这样，类似CAN的开发目标就是使用能够在众多汽车系统中共用的标准通信基 础设施，减少线缆数量,并因此使汽车制造商能够从任何生产兼容标准的模块的供应 商选择元件。辅助的要求是低开发成本和单位成本一一在竞争激烈的汽车市场这是常态，以及在极其恶劣和最不受控制的环境下发挥作用的能力。一种简单、标准的总线可用于大范围的系统类型从HVAC和照明到安防和安全以及能源管理。它还让多供应商应用构建 ，从而为节

5、省成本、增强适配性和灵活性开拓机遇。类似CAN这样的标准还有其它一些并未在当年立即呈现给其汽车业推动者的 优势。由于它已经部署多年，这种标准已经在应用中获得证明。因此，它不仅具有设计强固性（见附文,它还有只有经过多年现场测试才能获得的开源”质量属性。这些特征在汽车制造和建筑等领域更具吸引力；这些领域对于新技术比消费电子、计算 机或电信产业等领域呈现更加保守的态度。此外,由于初始设计和工程工作已经完成，无需花费时间和资金来定义新的标准一一这个优势对回溯至1986年时的汽车工业肯定会拥有吸引力。这些节省延伸 至元件级，而在元件级规模经济已经构建到收发器、控制器、互连器件的设计和制 造之中，也融入到

6、众多案例系统和软件之中。但是，所有类型的汽车级系统证实最具吸引力的常常是它们旨在用于恶劣环境的事实。类似CAN这样的总线系统从最基础开始设计使其实现电气强固性，并采用协定令电磁兼容（EMC问题减至最小。现有CAN产品设计用于承受温度、冲击和震动以及水浸等方面的严苛标准。这些特征意味着它们能够用于大多数建筑物内应用，而设计人员不会被它们在 何处进行物理定位或它们接近其它设备所困扰。而它们的高可靠性意味着它们能够 安全无虞地部署在安全、安防和关键任务应用之中。这样，问题就在于CAN等汽车网络不适合建筑物内和工业自动化使用的唯一领 域就是其传输距离。CAN规定的最大线缆长度为40米,而建筑物设计人员

7、一般需 要500米的距离。对于较大的大学校园应用而言，可能还需要在几千米距离内对信 号进行路由。这就导致三个问题。首先，在较大距离下可能不能实现最高的比特率。CiA(CAN in Automation组织建议在最长500m线路距离下，传输速率限制在125kbps;对于距离大于2km,传输速率限制在20kb ps或者10 kb ps可能更接近限制标准。第二，可能会有信号衰减问题；信号的强度可能不够支撑其传输至目的地。最后 象其它协定一样，CAN依赖于时序。极长的线路会导致信号延迟，这可能会诱骗” 个节点至工作状态，尽管网络却并不处在使用状态，而这时事实上另一个节点正在进 行信号传输，或导致超时暂

8、停(time-out功能不恰当地被调用。虽然这些看上去可能象是相当基础性的障碍，事实上，CAN的固有属性意味着在这个标准的存在期间极少有这类问题没有被触及。事实上，选择合适的CAN 收发器IC作为其工业和建筑物内CAN系统的基础，设计人员就会发现他们面对 的大多数问题已经得到解决。 此外，使用具有能够消除外部元件需要的集成特器件，在开发成 本和时间方面能有可观的节省。诸如安森美半导体 AMIS-42xxx 器 件 系列的专用标准产品 (ASSP 具有静电放电 (ESD 、过压保护、低电磁 辐射等特 性，消除了使用共模扼流圈的需要，而宽广的共模信号范围 提升了电磁耐受性 能。 收发器通常分为两个

9、基本类型。 中继器型器件能够用于需要信号 衰减问题解 决方案的环境。它们包括 CAN 接收器和发射器，以及必要 的信号整形电路。 长 线 (long wire 型器件通常具备在完整数据率范围下工作的能 力。虽然这在理论上看 上去足够简单去实现，但实践中，它需要非常 仔细的设计。特别是在极低传输速这反过来限制了传率时，相似极性的数据比特串可能 对总线呈现 “锁定 ”状态，触发超时暂停错误。这就在总线能够以多 慢速率工作方面有效地设定了一个限制，输距离在 多大程度上能够延伸。需要在超过 500 米距离 (或就数据率而言低于 60kbaud 上发挥作用的收发器因此必须具有取消或适应这种CAN 超 时

10、暂停性的能 力。 第 6 页 共 8 页为了确保通信和即插即用操作的完整性，诸如安森美半导体 AMIS-42671 这样的器件也集成了数据率自动检测功能。这是将收发 器配置成在总线上监听来实 现， 但会将本地 CAN 控制器的错误信息环 回至控制器本身。这就迫使控制器通 过其本身所具有的速度来循环， 直至数据被成功接收而且没有错误产生。 这样一 个系统为建筑物通用 CAN 连接提供极低负担的技术，将网络速度自动适配为它们 所配置的 应有速度。 诸如 CAN 等汽车网络的内在质量对于建筑物自动化和过程 控制 应用而言也被证实越来越具吸引力。 获得证明的技术和实现长距离操 作所需能。最终结果是更加设计修改所用的收发器元件的完备供应为设计人员提供了可 智能化的建筑物和更佳的过程控制，直接产生改 善的能源管理、优化的过程和更 佳的安全性。 近年来，以太网、互联网等网络架构已越来越广泛的应用于自动 化 工业领域，取代传统的串口通信将成为自动化系统通信的主流。无 线局域网技术 在工业控制中的应用， 主要包括数据采集、 视频监控等， 帮助用户