CAN总线在多电机软起动系统中的应用
日期：2007-7-24 23:07:51 来源：本文摘自《PLC&FA》
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随着国民经济的飞速发展，交流电动机在工业生产中扮演了极为重要的角色，作为各行业中的主要拖动电机，应用更为广泛。众所周知，交流电动机在全压起动时，起动电流达到额定电流的5～7倍，会对电网造成冲击；起动转矩约为额定转矩的2倍，加剧机械结构磨损。为了解决交流电动机的起动问题，通常需要使用软起动器进行软起动。
当前软起动器的监控一般由各自独立的监控单元进行，无法对整个系统实现全面的控制和监测。因此，建立一套数据通信系统将各软起动监控节点连接起来，组成完整的监控网络就显得非常必要。
相对于RS-485等通信标准，CAN（Controller Area Network）总线以其具有的诸多优点而在许多领域得到了应用。CAN总线是德国Bosch公司于上世纪80年代初推出的一种多主局域网，CAN通信网络是一种全分散、全数字化的智能双向、多变量、多点、多站的分布式通信体系，具有可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强、通信速度块、成本低等诸多优点。CAN总线是一种非常适合工业现场恶劣环境的通信方式。本文介绍了一种基于CAN总线的交流电机软起动通信系统。
本系统中，CAN通信采用CAN2.0B标准中带29位报文标识符的扩展帧。报文标识符中包含紧急标记、目的地址、源地址、帧类型、帧号，其格式如表1所示。
目的地址共7位,指示该帧所要到达的目的地,可以是某一具体地址,也可以是广播地址(主要用于工控机以广播方式向各软起动器传送数据,如对时数据等)。
源地址共7位，指示该帧的来源地址。
帧类型有4位，说明了该帧的类型，如工控机控制命令、软起动实时数据等。
帧号共8位，用来在多帧传输中标记该帧的序号。
每个CAN通信节点都有一个唯一的地址号，地址号使用7位二进制数表示。其中，优先级最高的地址分配给工控机，优先级最低的地址作为广播方式的目的地址，其它地址依次分配给各软起动器。
CAN节点采用双滤波方式获取本节点所需信息，两个滤波器均采用7位有效数据，分别对应节点地址和广播方式下的地址。这样，就仅有发往该节点的帧和广播帧能够进入应用层进行处理，其它无关通信内容都被过滤掉，提高了系统运行效率。
1 引言
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随着国民经济的飞速发展，交流电动机在工业生产中扮演了极为重要的角色，作为各行业中的主要拖动电机，应用更为广泛。众所周知，交流电动机在全压起动时，起动电流达到额定电流的5～7倍，会对电网造成冲击；起动转矩约为额定转矩的2倍，加剧机械结构磨损。为了解决交流电动机的起动问题，通常需要使用软起动器进行软起动。
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当前软起动器的监控一般由各自独立的监控单元进行，无法对整个系统实现全面的控制和监测。因此，建立一套数据通信系统将各软起动监控节点连接起来，组成完整的监控网络就显得非常必要。
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相对于RS-485等通信标准，CAN（Controller Area Network）总线以其具有的诸多优点而在许多领域得到了应用。CAN总线是德国Bosch公司于上世纪80年代初推出的一种多主局域网，CAN通信网络是一种全分散、全数字化的智能双向、多变量、多点、多站的分布式通信体系，具有可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强、通信速度块、成本低等诸多优点。CAN总线是一种非常适合工业现场恶劣环境的通信方式。本文介绍了一种基于CAN总线的交流电机软起动通信系统。
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2 CAN通信系统结构WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)
交流电机软起动通信系统由一台工控机作为监控主机，工控机通过CAN总线接口接入CAN总线，各节点是由单片机控制的具有CAN总线数据收发功能的交流电机软起动器。系统结构如图1所示。
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图1 通信系统结构框图
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通信系统各部分提供了不同的功能。其中，工控机控制交流电机软起动器的工作状态，例如软起动、软停车等，显示软起动的各项参数如起动电压、起动电流等。软起动器按照工控机的命令控制交流电机软起动，并采集电机起动电流、电压等参数，通过CAN总线发往工控机。
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3 CAN通信协议WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网
本通信系统中，传输的数据长度不是固定的。工控机向软起动器下达的控制命令只有几个字节，而软起动器向工控机上传的软起动实时数据一般有几十个字节。因此CAN通信协议需要有大数据量传输能力，又要快速高效。由于CAN通信采用短帧结构，每帧有效数据长度最多为8个字节，在传输数据量较大时，就要将数据拆分为多个帧进行传输。如果将所有信息和数据都放在8个字节的数据场中，将会使传输帧中有效数据少，通信信息多，降低CAN总线通信效率。所以，本文采用了利用报文标识符中的仲裁场包含通信控制信息，数据场包含实际数据的方法，以提高通信效率。
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本系统中，CAN通信采用CAN2.0B标准中带29位报文标识符的扩展帧。报文标识符中包含紧急标记、目的地址、源地址、帧类型、帧号，其格式如表1所示。
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表1 扩展帧报文标识符格式
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其中紧急标记仅有1位，用来标记当前帧的优先级，对于一般信息，该位置1，对于紧急信息（如三相电压不平衡、过流、软起动器组件故障等报警信号）该位置0，从而使其拥有高优先级，尽快传送到目的地。
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目的地址共7位,指示该帧所要到达的目的地,可以是某一具体地址,也可以是广播地址(主要用于工控机以广播方式向各软起动器传送数据,如对时数据等)。
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源地址共7位，指示该帧的来源地址。
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帧类型有4位，说明了该帧的类型，如工控机控制命令、软起动实时数据等。
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帧号共8位，用来在多帧传输中标记该帧的序号。
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每个CAN通信节点都有一个唯一的地址号，地址号使用7位二进制数表示。其中，优先级最高的地址分配给工控机，优先级最低的地址作为广播方式的目的地址，其它地址依次分配给各软起动器。
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CAN节点采用双滤波方式获取本节点所需信息，两个滤波器均采用7位有效数据，分别对应节点地址和广播方式下的地址。这样，就仅有发往该节点的帧和广播帧能够进入应用层进行处理，其它无关通信内容都被过滤掉，提高了系统运行效率。
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