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如何建立一个 iCAN 网络. V1.00 2006 年 5 月. 目录. 项目需求的分析 应用网络的规划 CAN 网络的实时性能 网络安装与调试 系统可靠运行的策略. 项目需求的分析. 项目需求的分析. 在采用 iCAN 系统用于工程实践时，首先必须定义系统的需求 现场的所需要 IO 的数量以及 IO 的类型 iCAN 功能模块的选择 一旦知道了所需的 iCAN 功能模块的数量，即可设计出初步的系统，包括如何通过 CAN-bus 网络将模块连在一起，以及采用什么样的 CAN-bus 接口卡与工控机连接。
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如何建立一个iCAN网络 V1.002006年5月
目录 • 项目需求的分析 • 应用网络的规划 • CAN网络的实时性能 • 网络安装与调试 • 系统可靠运行的策略
项目需求的分析 • 在采用iCAN系统用于工程实践时，首先必须定义系统的需求 • 现场的所需要IO的数量以及IO的类型 • iCAN功能模块的选择 • 一旦知道了所需的iCAN功能模块的数量，即可设计出初步的系统，包括如何通过CAN-bus网络将模块连在一起，以及采用什么样的CAN-bus接口卡与工控机连接。 • 项目需求分析是个反复的过程，不可能一开始就把一切都搞清楚，但是应该尽量完整全面的考虑，否则会给后续的工作带来较大的影响。
项目需求的分析 • 在最开始的网络规划中，应注意获取以下的信息： • 根据系统的设备情况，推算出整个系统的控制规模，决定系统所需要的模块种类和数量，制定iCAN功能模块清单； • 获取各个模块对于通讯方面的性能指标要求，包括对实时性、确定性、可重复性的要求，通讯数据量的大小以及IO数据输入输出运行的最大时间间隔等。 • 了解模块对网络通讯的需求：那些模块涉及的数据对时间有苛刻的要求，那些模块涉及的数据对时间没有特殊的要求； • 确定现场信号测量和控制所需要的准确性，模拟量转换的分辨率和精确度，系统采样的最小周期； • 了解系统中设备的分布情况：设备的位置，设备之间的距离，决定系统的网络拓扑、布线、安装方式等；并了解系统电源的配置情况； • 网络工作的环境条件，例如温度、湿度、振动、地磁干扰等； • 根据系统的要求和设备情况，制定系统相应的控制功能；并考虑系统故障几率以及故障情况下系统控制的安全性； • 系统软件的选择以及配置：开发环境，组态软件，OPC-Server接口等，系统应用程序的大小，对实时性的要求及影响。
项目需求的分析 • 在制定项目需求时，需要根据以后可能存在的功能扩展，对系统的灵活性和可扩展性进行考虑，并保证系统的设计能够有较好的易用性和可维护性。 • 项目需求的分析是作为整个iCAN系统设计的基石，因此必须全面考虑各种因素，避免系统的功能出现遗漏或者欠缺，并把可靠性的要求贯穿到整个系统设计过程中，保证系统最终在现场中能够可靠稳定的运行，并方便用户根据需要增加其应用功能。
应用网络的规划 • iCAN系统为基于PC机的分布式数据采集及控制系统，基本组成单元为： • 工控PC+CAN-bus接口卡+iCAN功能模块。 iCAN系统的网络结构
应用网络的规划 • iCAN网络在应用中需要根据实际需求选择合适的控制平台和iCAN功能模块。 • 对于网络的拓扑结构需要根据实际布线安装要求、网络通讯速率和通讯距离进行确定，并根据需要增加CAN-bus网关/网桥设备。
控制平台的选择 • 控制平台是iCAN系统中的核心单元，控制平台实现了对于整个系统运行的控制以及状态的监控。 • 在iCAN系统控制平台的选择上，可以采用通用PC或嵌入式行业专用PC，包括工业PC、PC104工控机（嵌入式PC）。
控制平台的选择 • 在PC-based的iCAN系统中，CAN-bus接口卡作为工控PC与CAN-bus总线之间的通讯接口，这样在工控PC上可以对网络进行组态、管理以及维护。 • ZLG CAN-bus接口卡产品品种齐全： • 具有PCI、ISA、USB、PC104以及RS232等多种类型接口 • 并且支持多种的操作系统：Windows、Linux、Vxworks • 均支持Labview、ZLGCAN test 、ZLGOPC
控制平台的选择 • CAN-bus接口卡型号
控制平台的选择 • CAN-bus接口卡型号
控制平台的选择 • iCAN系统软件支持 iCANTest软件界面 iCAN ZOPC软件界面
功能模块的选择 • 在工业现场常见的信号类型包括：数字量信号、模拟量信号、脉冲信号以及温度信号。 • 对于现场信号的采集是通过iCAN功能模块实现的。
iCAN功能模块的选择 • 数字量输入信号 • 数字量输入信号的采集可以采用iCAN-4050功能模块，iCAN-4050功能模块具有8路数字量输入通道。 • 数字量输出信号 • iCAN-4050功能模块具有8路数字量输出通道，iCAN-4050的输出通道为集电极开漏输出。 • iCAN-2404功能模块具有4路继电器输出通道，每路继电器通道均有两个触点开关。
iCAN功能模块的选择 • 模拟量输入信号 • iCAN功能模块中iCAN-4017具有8路模拟量输入通道，可以用于采集电压或者电流信号。 • iCAN-5303具有3路热电阻输入通道，支持RTD类型：Pt100/ Pt500/ Pt1000/Cu50/Cu100。 • iCAN-6202具有2路热电偶输入通道，支持的热电偶类型： J型、K型、E型、T型、N型、B型、R型、S型 。 • 模拟量输出信号 • iCAN-4400提供4路模拟量输出通道，可以提供电压输出或者电流输出。
iCAN功能模块的选择 • 脉冲信号 • 在iCAN功能模块中，iCAN-7408功能模块具有4路32位计数器，计数脉冲频率最大为10KHz。 • iCAN-7202功能模块具有两路32位计数器，计数/测频频率最大为100KHz。
网络拓扑结构 • CAN-bus网络均为总线式拓扑 • 在工程应用中，由于工业控制现场的环境、设备的分布以及地理位置的要求，总线型拓扑结构往往不能够满足实际布线和安装的要求。 • 我们可以在iCAN系统中增加CAN中继器、网桥设备，实现对于iCAN系统网络结构的拓展。
网络拓扑结构 • CAN-bus网关/网桥设备型号列表
CAN网络的实时性能 • 在iCAN系统中，系统的实时性影响的因素主要有两种： • 网络的延时 • 总线的通讯速率
网络的延时 • 在示例中为一个具有16个高优先级报文（每个包含2个数据字节，如果不考虑位填充，则帧长度最大为73位）的系统。 • 当使用的传输速率为1Mbit/s时，每个报文的传输时间为73us。传输所有16个高优先级报文需要1.168ms。 • 系统确保所有16个高优先级报文的延迟时间小于1.5ms并保留一个额外的窗口时间用于传输低优先级报文。
总线的通讯速率 • 由于一个报文的最大可能延迟时间是由比其优先级高的所有报文的整个传输时间决定的，因此系统所需要的通信速率通常由所需要的延迟时间来决定。 • 根据延迟时间的要求来确定所需的数据速率，因为高的数据速率对节点有更高要求并且会导致数据传输容易受到电磁干扰的影响。 • 必须根据最大的网络范围来限制可用的数据传输速率，因为如果网络所要求的通讯距离越长，网络中所能够采用的通讯速率就越低了。
总线的连接与总线插头 • iCAN网络的拓扑结构是总线形，与星形或环形拓扑结构相比较，网络有两个“端点”。在两个端点上，都必须有1个大约120Ω的终端电阻被连接在CAN_H和CAN_L信号线上。
总线的连接与总线插头 • T形接头和多端口接头
总线的连接与总线插头 • 9针DB9连接器
总线的连接与总线插头 • OPEN5连接器
网络电缆 • 单屏蔽层的CAN电缆剖析与连接 • 双屏蔽层的CAN电缆剖析与连接
网络的测试 • 网络的测试是整个系统进入现场安装或者投入实际运行必须进行的环节，是整个系统的基本设计、性能的检测保证。
系统可靠运行的策略 • iCAN系统的可靠性依赖于整个系统的硬件和软件的可靠性。在iCAN系统的设计和测试中必须对系统的可靠性予以足够的重视。 • 提高iCAN系统的硬件可靠性可以从以下几个方面： • 环境适应性，我们通常在应用时需要考虑的参数主要有：温度、湿度、振动、防水、防尘等。 • 抗电磁干扰措施 ：为提高iCAN系统的抗干扰能力可以采取以下的措施：屏蔽、接地以及隔离。
系统可靠运行的策略 • iCAN系统的软件的可靠性主要可以从以下几个方面分析： • 系统的功能 • 容错技术 • 功能安全性 • 提高iCAN系统软件可靠性的途径应该从源头抓起： • 对于系统的需求分析必须考虑到所有需要实现的功能、系统的容错设计、安全设计； • 对于容错设计，首先必须避免软件中出现缺陷和差错，其次采取适当的技术措施，使软件中潜在的差错对系统的影响降至最低； • 对于系统的功能安全性予以特别的重视，防止由于硬件设备或者软件的失效导致控制的失败，引起系统故障而发生事故；例如采取冗余设计（软件冗余、硬件冗余），增强系统故障的诊断分析功能，预防故障，提前发现故障。
系统可靠运行的策略 • 基于CAN-bus的iCAN系统，通过对网络中的通讯流量、网络错误以及通讯数据进行分析，获取网络的通讯状态，判断整个网络是否稳定可靠，还可以以此作为系统运行的改进依据。
