【文章內(nèi)容簡介】 可以實現(xiàn)遠程訪問、遠程診斷 。具有更高的通訊帶寬，能方便的實現(xiàn)現(xiàn)場設備層與企業(yè)管理層之間的無縫連接。隨著高速以態(tài)網(wǎng)和交換式以態(tài)網(wǎng)的發(fā)展，以態(tài)網(wǎng)的實時性得到了很大提高。 這些現(xiàn)象表明：基于 TCP/IP的工業(yè)以態(tài)網(wǎng)將在工業(yè)控制網(wǎng)絡中成為很重要的一部分。但是就現(xiàn)在的應用情況看，它不適合在工作環(huán)境惡劣，可靠性要求高等場合的應用。一般可以 和其他總線混合應用。如和 RS485混合應用于糧庫系統(tǒng)。 （ 5） 基于現(xiàn)場總線網(wǎng)絡的糧庫監(jiān)控系統(tǒng) 現(xiàn)場總線技術是一個全新的總線技術，是一種 應用于現(xiàn)場設備之間 ， 現(xiàn)場設備與控制之間實行雙向，串行，多節(jié)點數(shù)字通訊的技術。 它的出現(xiàn)為自動化控制和儀器儀表工業(yè)帶來了巨大的變革，它代表著未來發(fā)展的方向。目前國內(nèi)糧情 監(jiān) 控系統(tǒng) 主要 采用了 三 種現(xiàn)場總線：LONWORKS總線技術 ， PROFIBUS總線 [5]和 CAN總線 [20][21]技術。 1） LONWORKS總線技術 通信是采用一種稱為 LonTalk的網(wǎng)絡標準語言實現(xiàn)的 。 LonTalk協(xié)議由各種允許網(wǎng)絡上不同設備彼此間智能通信的底層協(xié)議組成。 支持 OSI/RM的所有七層模型，通過神經(jīng)元芯片（ Neuron Chip）上的硬件和固件實現(xiàn)提供介質(zhì)存取，事物確認，認證，組播消息發(fā)送及通訊等服務。其 總線開放、可靠性高、通信速度最高可達 ，最大通信距離可達 2700米 。 網(wǎng)絡的大小可以是兩個到 32385個設備。 2） PROFIBUS總線 也是參考 ISO/OSI模型。 PROFIBUS總線 支持主從系統(tǒng)，純主站系統(tǒng)，多主多從混合系統(tǒng)等幾種傳輸方式。傳輸速率為 ，最大傳輸距離在， ，可用中繼器延長至 10千米，最多可掛接 127個站點。 3） CAN總線技術在糧情測控系統(tǒng)中的應用比 LONWORKS總線技術更為廣泛。 CAN總線技術具有先進的多主網(wǎng)絡結構、通訊距離遠、價位低、可靠性高、系統(tǒng)容量大等優(yōu)點 。同時 CAN總線最大通訊距離可達 10公里，這對庫區(qū)較大、糧倉分布較分散的大型儲備糧庫是非常適用的。 CAN現(xiàn)場總線技術的另一個優(yōu)點是可以大大節(jié)約連接導線以及安裝維護費用，使得整個系統(tǒng)在大大提高系統(tǒng)整體性 能的同時具有很高的性能價格比。 糧庫監(jiān)控發(fā)展存在的問題 [19] 國內(nèi) 糧庫監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展在 許多糧庫中取得了良好的效果和明顯的經(jīng)濟效益，為實現(xiàn)糧庫現(xiàn)代化管理起到了十分積極的作用。但還存在一些不足的地方： （ 1） 現(xiàn)場采集抗干擾能力差。大部分監(jiān)控系統(tǒng)檢測參數(shù)時通常采用測量電路將溫度 轉換為 0— 5V的信號，然后經(jīng)數(shù)字模擬 A／ D轉換，將信號傳送到單片機進行分析處理，由于現(xiàn)場傳感器的引線太長。其溫度轉換信號易受工業(yè)及其它雜波信號干擾，影響測溫數(shù)據(jù)和系統(tǒng)穩(wěn)定性。 （ 2） 監(jiān)測參數(shù)少。 有的監(jiān)測的對象往往比較單一，比 如有的只有溫度或濕度監(jiān)測，很少涉及蟲害等其它參數(shù)的監(jiān)測。 （ 3） 倉內(nèi)的采集元器件保護不好易損壞。在高溫雷雨季節(jié)或實施熏蒸處理后系統(tǒng)檢測元件出現(xiàn)短路、斷路或數(shù)值過高、過低。甚至于整倉采集傳輸不回計算機進行處理數(shù)據(jù)。究其原因主要是因為一些電子元器件的防腐蝕、防雷擊、防靜電等的技術處理不完善。電子元件板的密封處理達不到技術要求。增加了損壞數(shù)量。 （ 4） 有的監(jiān)測的自動化程度低。沒有建立一個完善的自動化監(jiān)測通訊網(wǎng)絡，檢測的數(shù)據(jù)利用率不高。 （ 5） 糧情測控系統(tǒng)之間存在兼容性 問題。 一些分批建設的糧庫。 每次建庫、擴庫都使用不同廠家生產(chǎn)的糧情測控系統(tǒng)。幾套糧情測控系統(tǒng)之間互不兼容，造成國家建設資金浪費。也不利于實際操作維護 ，不容易 升級 和推廣。 糧庫監(jiān)控發(fā)展 趨勢 [19] （ 1） 傳感器的集成化、數(shù)字化和智能化。如將傳感器及微處理器集成在一個芯片上則成為數(shù)字化和智能化的傳感器。隨著傳感器制造技術的發(fā)展，集成化、數(shù)字化和智能化的傳感器成本必然降低，易于推廣，這樣糧情測控系統(tǒng)的結構將發(fā)生根本性的改變。 （ 2） 數(shù)據(jù)檢測 的 全面化 ： 糧情測控系統(tǒng)檢測的內(nèi)容不但包括目前的溫度濕度，還將包括糧食水分、糧堆內(nèi)相關氣 體的濃度、儲糧害蟲的密度等，使糧情測控系統(tǒng)更能全面地反映影響糧食儲藏安全和糧食品質(zhì)的各種參數(shù)，為安全儲糧和延緩陳化提供可靠的技術保證。 （ 3） 數(shù)據(jù)分析的智能化：能夠完成對檢測數(shù)據(jù)的圖形、圖表顯示、分析、查詢，并能根據(jù)對糧情數(shù)據(jù)的分析結論，提供相應的警告、建議等。糧情測控系統(tǒng)軟件能按照《機械通風技術規(guī)程》的規(guī)定同時對多個有不同通風目的倉房，實行實時通風的控制，并可隨時根據(jù)儲糧條件的變化經(jīng)控制通風參數(shù)及其進程，完成對一個完整通風過程全面清晰的記錄，界面友好，操作簡便 。 （ 4） 糧庫監(jiān)控系統(tǒng) 產(chǎn)品系列化、標準 化 。 （ 5） 糧庫監(jiān)控 系統(tǒng)的 自動化 和網(wǎng)絡化： 糧食儲藏中的糧情 監(jiān)控 技術同計算機控制技術一樣，也必將朝著逐漸成主流的 現(xiàn)場總線 控制系統(tǒng)和多媒體控制系統(tǒng)方向發(fā)展。多媒體和集散糧情測控系統(tǒng)可將糧情多媒體信息 (如儲糧害蟲密度等 )進行采集、監(jiān)視、傳輸，以及綜合分析處理和管理，提高糧食儲藏技術的管理和自動化水平； 同時利用 局域網(wǎng) /因特網(wǎng)的實時狀態(tài)查詢和設備監(jiān)控 。 從而 將糧食儲藏過程中的機械通風、環(huán)流熏蒸、谷物冷卻儲糧控制和生產(chǎn)過程控制等獨立完善的控制系統(tǒng)有機結合 。 逐步建立起集糧情檢測、糧情分析與糧情控制于一體的集成化糧情測控 系統(tǒng)，提高糧食儲藏的現(xiàn)代化水平。 糧庫監(jiān)控系統(tǒng)的方案提出 考慮到糧庫參數(shù)很多，其中最重要的是庫內(nèi)外溫度，濕度，庫內(nèi)蟲害和水分等，如果對這些參數(shù)不能及時的采集和處理，很可能造成嚴重的損失。這里我們主要對糧庫在內(nèi)外溫度濕度以及蟲害進行檢測和控制。對于水分，氣體濃度等其它參數(shù)預留有檢測控制口。為以后擴展作好準備。 通訊網(wǎng)絡我們采用 CAN總線，管理控制部分采用組態(tài)王進行監(jiān)控，設計 整個系統(tǒng) 的 抗干擾能力強，實時性和糾錯能力強， 擴展容易。 網(wǎng)絡 具有 布線方便、經(jīng)濟 等 。 同時現(xiàn)場采集采用數(shù)字式傳感器。 信號傳輸過程的衰減不會 影響系統(tǒng)精度，且傳輸距離長 。 從而提高糧情監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性，擴大糧情監(jiān)測的功能 。 本課題主要要完成以下幾方面的工作 （ 1）：分析當前糧庫監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展狀況和發(fā)展趨勢，為設計作好理論依據(jù)。 （ 2）： CAN總線為通訊網(wǎng)絡的分布式糧庫監(jiān)控系統(tǒng)的整體方案設計和具體實施。 （ 3）：管理控制部分的組態(tài)設計和數(shù)據(jù)庫管理。 （ 4）：現(xiàn)場傳感器的選擇和現(xiàn)場控制器的控制。 第二章： CAN總線簡介 CAN總線 （ SJA1000 Area Network）即控制器局域網(wǎng)， 由德國 BOSCH公司 20世紀 80年代推出。 是國際上應用最 廣泛的現(xiàn)場總線之一。 遵從 OSI模型，劃分為物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。 CAN 總線 主要特點 [1] （ 1） CAN為多主方式工作，網(wǎng)絡上任一節(jié)點均可以在任意時刻主動地向網(wǎng)絡上其它節(jié)點發(fā)送信息，而不分主從，通訊方式靈活，且無需站地址等節(jié)點信息。利用這一特點可以方便的構成多機備份系統(tǒng)。 （ 2） CAN網(wǎng)絡上的節(jié)點信息分成不同的優(yōu)先級，可滿足不同的實時要求，高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)最多可在 134181。s內(nèi)得到傳輸。 （ 3） CAN采用非破壞性總線仲裁技術。當多個節(jié)點同時向總線發(fā)送信息時，優(yōu)先級較低的節(jié)點會主動地退出發(fā)送，而最高優(yōu) 先級的節(jié)點可以不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，從而大大的節(jié)省了總線沖突仲裁時間，尤其在網(wǎng)絡負載很重的情況下也不會出現(xiàn)網(wǎng)絡癱瘓情況（以太網(wǎng)則有可能會出現(xiàn)網(wǎng)絡癱瘓）。在錯誤嚴重的情況下具有自動關閉輸出功能，以使總線上其它節(jié)點的操作不受影響。 （ 4） CAN 只需通過報文濾波即可實現(xiàn)點對點，一點對多點及全局廣播等幾種方式傳送接收數(shù)據(jù)，無需專門的“調(diào)度”。 （ 5） CAN的傳輸介質(zhì)可用雙絞線，同軸電纜或光纖，方式靈活。直接通訊距離達到 10km（速度 5Kbit/s以下）；通信速率最高可達 1Mbit/s（此時的通訊距離最長為 40M）。 （ 6） CAN上的節(jié)點數(shù)主要取決于總線驅動電路，目前可達 110個報文；標志符可達 2032種（ ），而擴展標準（ ）的報文標志符幾乎不受限制。 （ 7） CAN 采用短幀結構，傳輸時間短，受干擾概率低，具有極好的檢錯效果。每幀信息都有 CRC校驗。保證了數(shù)據(jù)出錯率極低。 CAN報文的幀結構 [2] CAN通訊協(xié)議 A 規(guī)定了 4種不同的 幀類型 ： 數(shù)據(jù)幀：數(shù)據(jù)幀攜帶數(shù)據(jù)從發(fā)送器至接收器。 遠程幀：總線單元發(fā)出遠程幀，請求發(fā)送具有同一識別符的數(shù)據(jù)幀。 錯誤幀：任何單元檢測到一總線錯 誤就發(fā)出錯誤幀。 過載幀：過載幀用以在先行的和后續(xù)的數(shù)據(jù)幀（或遠程幀）之間提供一附加的延時。 其中 數(shù)據(jù)幀（或遠程幀）通過幀間空間與前述的各幀分開。 數(shù)據(jù)幀 數(shù)據(jù)幀由 7 個不同的位場組成：幀起始、仲裁場、控制場、數(shù)據(jù)場、 CRC 場、應答場、幀 結束。數(shù)據(jù)場 的長度可以為 0。 具體組成如圖 圖 （ 1）幀起始： 以一個比特的顯位出現(xiàn)，只有在總線處于空閑狀態(tài)時，才允許開始發(fā)送。 仲裁場 ： 仲裁場包括識別符和遠程發(fā)送請求位（ RTR）。識別 符：識別符的長度為 11 位。這些位的發(fā)送順序是從 ID10 到 ID0。最低位是 ID0。最高的 7 位 ID10 到 ID4）必須不能全是“隱性”。 RTR 位：該位在數(shù)據(jù)幀里必須為“顯性”，而在遠程幀里必須為“隱性”。 如圖 圖 （ 2） 控制場 ： 由 6 個位組成，包括數(shù)據(jù)長度代碼和兩個將來作為擴展用的保留位。所發(fā)送的保留位必須為“顯性”。接收器接收所有由“顯性”和“隱性”組合在一起的位 。 數(shù)據(jù)長度代碼：數(shù)據(jù)長度代碼指示了數(shù)據(jù)場中字節(jié)數(shù)量。數(shù) 據(jù)長度代碼為 4 個位，在控制場里被發(fā)送。 如圖 。 圖 （ 3） 數(shù)據(jù)場 ： 由數(shù)據(jù)幀中的發(fā)送數(shù)據(jù)組成。它可以為 0～ 8 個字節(jié)，每字節(jié)包含了 8 個位，首先發(fā)送 MSB。 CRC 場包括 CRC 序列（ CRC SEQUENCE），其后是 CRC 界定符（ CRC DELIMITER）。 應答場長度為 2 個位，包含應答間隙（ ACK SLOT）和應答界定符（ ACK DELIMITER）。在應答場里，發(fā)送站發(fā)送兩個“隱性”位。當接收器正確地接收到有效的 報文，接收器就會在應答間隙（ ACK SLOT）期間（發(fā)送 ACK 信號）向發(fā)送器發(fā)送一“顯性”的位以示應答。 幀 結束： 每一個數(shù)據(jù)幀和遠程幀均由一標志序列界定。這個標志序列由 7 個“隱性”位組成。 遠程幀 通過發(fā)送遠程幀，作為某數(shù)據(jù)接收器的站通過其資源節(jié)點對不同的數(shù)據(jù)傳送進行初始化設置。遠程幀由 6 個不同的位場組成：幀起始、仲裁場、控制場、 CRC 場、應答場、幀 結束 。 與數(shù)據(jù)幀相反，遠程幀的 RTR 位是“隱性”的。它沒有數(shù)據(jù)場，數(shù)據(jù)長度代碼的數(shù)值是不受制約的（可以標注為容許范圍里 0...8 的任何數(shù) 值）。此數(shù)值是相應于數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)長度代碼。如圖 。 圖 錯誤幀 錯誤幀由兩個不同的場組成。第一個場用作為不同站提供的錯誤標志（ ERROR FLAG）的疊加。第二個場是錯誤界定符。 如圖 圖 超載幀 超載 幀包括兩個位場：過載標志和過載界定符。 有兩種過載條件都會導致過載標志的傳送： 1. 接收器的內(nèi)部條件（ 此接收器對于下一數(shù)據(jù)幀或遠程幀需要有一延時）。 2. 間歇場期間檢測到一“顯性”位。 由過載條件 1 而引發(fā)的過載幀只允許起始于所期望的間歇場的第一個位時間開始。而由過載條件 2 引發(fā)的過載幀應起始于所檢測到“顯性”位之后的位。 如圖圖 圖 CAN總線的協(xié)議規(guī)范 [1][2] （ 1） 11個字節(jié)，包括兩部分：信息和數(shù)據(jù)部分。前 3個字節(jié)為信息部分。 如下表 ： 表 7 6 5 4 3 2 1 字節(jié) 1 FF PTR X X DLC（數(shù)據(jù)長度） 字節(jié) 2 （報文識別碼） — 字節(jié) 3 — PTR 字節(jié) 4 數(shù)據(jù) 1 字節(jié) 5 數(shù)據(jù) 2 字節(jié) 6 數(shù)據(jù) 3 字節(jié) 7 數(shù)據(jù) 4 字節(jié) 8 數(shù)據(jù) 5 字節(jié) 9 數(shù)據(jù) 6 字節(jié) 10 數(shù)據(jù) 7 字節(jié) 11 數(shù)據(jù) 8 1為幀信息。第 7位（ FF）表示幀格式，在標準幀中， FF＝ 0；第 6位（ RTR）表示幀的類型， RTR=0表示為數(shù)據(jù)幀， RTR=1表示為遠程幀； DLC表示在 數(shù)據(jù)幀時實際的數(shù)據(jù)長度。 3為報文識別碼， 11 位有效。 4～ 11 為數(shù)據(jù)幀的實際數(shù)據(jù)，遠程幀時無效。 （ 2） 13個字節(jié)，包括兩部分，信息和數(shù)據(jù)部分。前 5個字節(jié)為信息部分。 如 表 表 7 6 5 4 3 2 1 字節(jié) 1 FF PTR X X DLC（數(shù)據(jù)長度） 字節(jié) 2 （報文識別碼）