CAN轉(zhuǎn)PN訊協(xié)議詳解

你是否曾經(jīng)遇到過(guò)這樣的問(wèn)題：如何將各種 CAN設(shè)備連接到 PROFINet網(wǎng)絡(luò)中？遠(yuǎn)創(chuàng)智控YC-PN-CAN通訊網(wǎng)關(guān)或許能為你解決這個(gè)難題！

遠(yuǎn)創(chuàng)智控YC-PN-CAN網(wǎng)關(guān)是一款自主研發(fā)的通訊網(wǎng)關(guān)，具有將從站功能發(fā)揮到極致。它能夠?qū)⒏鞣N CAN設(shè)備輕松接入到 PROfinet網(wǎng)絡(luò)中，讓你的設(shè)備實(shí)現(xiàn)更加高效、穩(wěn)定的通信。此外，該產(chǎn)品還支持根據(jù)節(jié)點(diǎn)號(hào)進(jìn)行讀寫，使操作更加簡(jiǎn)單方便。

2,遠(yuǎn)創(chuàng)智控YC-PN-CAN是自主研發(fā)的一款PROFINET 從站功能的通訊網(wǎng)關(guān)。該產(chǎn)品主要功能是將各種CAN設(shè)備接入到PROFINET網(wǎng)絡(luò)中。

遠(yuǎn)創(chuàng)智控YC-PN-CAN網(wǎng)關(guān)連接到PROFINET總線中做為從站使用，連接到CAN總線中根據(jù)節(jié)點(diǎn)號(hào)進(jìn)行讀寫。

1.2.1 PROFINET技術(shù)參數(shù)

網(wǎng)關(guān)做為PROFINET網(wǎng)絡(luò)的Device設(shè)備（即從站），帶2個(gè)RJ45以太網(wǎng)接口，支持100BASE-TX，MDI/MDIX自檢測(cè)，集成以太網(wǎng)交換機(jī)，可以組成鏈?zhǔn)骄W(wǎng)絡(luò)，支持環(huán)網(wǎng)冗余。

適應(yīng)PROFINET V2.3協(xié)議，采用實(shí)時(shí)（RT）通訊功能，符合： GB/T 251052014《工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)總線規(guī)范類型10: PROFINET IO規(guī)范》，IEC 61158-510：2007，IDT。

支持的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度：輸入≤1000字節(jié)，輸出≤1000字節(jié)，輸入+輸出≤2000字節(jié)。

1.2.2 CAN技術(shù)參數(shù)

標(biāo)準(zhǔn)CAN 2.0 A、2.0B 接口可選

波特率：5K~1M可選

可以配置多條CAN的接收、發(fā)送報(bào)文

網(wǎng)關(guān)自帶終端電阻

3.2 PROFINET的電氣連接

3, PROFINET采用標(biāo)準(zhǔn)4芯屏蔽電纜。建議用戶使用標(biāo)準(zhǔn)PROFINET插頭及標(biāo)準(zhǔn)PROFINET電纜。有關(guān)PROFINET安裝規(guī)范請(qǐng)用戶參照有關(guān)PROFINET技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 CAN 的電氣連接

4, CAN總線物理層使用雙絞線傳輸

最大的總線線路長(zhǎng)度：

不同電纜和不同總線節(jié)點(diǎn)數(shù)量n的最大總線電纜長(zhǎng)度：

關(guān)于總線終端和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：

為了增強(qiáng)CAN通訊的可靠性，CAN總線網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)端點(diǎn)通常要加入終端匹配電阻，終端匹配電阻的大小由傳輸電纜的特性阻抗所決定。用戶應(yīng)在實(shí)際構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)中加以考慮。

網(wǎng)關(guān)已經(jīng)在產(chǎn)品內(nèi)置了RT為120歐姆電阻，用戶若需要將CAN的總線終端

接入網(wǎng)絡(luò)中，只需將CANL和RL短接，CANH和RH 短接。

4.協(xié)議及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

4.1協(xié)議轉(zhuǎn)換原理

網(wǎng)關(guān)分別從PROFIBUS一側(cè)和CAN一側(cè)讀寫數(shù)據(jù)，存入各自的緩沖區(qū)，網(wǎng)關(guān)內(nèi)部將緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行交換，從而實(shí)現(xiàn)兩邊數(shù)據(jù)的傳輸。

4.2 PROFINET協(xié)議介紹

5, PROFINET由PROFIBUS國(guó)際組織（PROFIBUS International，PI）推出，是新一代基于工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的自動(dòng)化總線標(biāo)準(zhǔn)。

PROFINET為自動(dòng)化通信領(lǐng)域提供了一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò)解決方案，囊括了諸如實(shí)時(shí)以太網(wǎng)、運(yùn)動(dòng)控制、分布式自動(dòng)化、故障安全以及網(wǎng)絡(luò)安全等當(dāng)前自動(dòng)化領(lǐng)域的熱點(diǎn)話題，并且，作為跨供應(yīng)商的技術(shù)，可以完全兼容工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)有的現(xiàn)場(chǎng)總線（如PROFIBUS）技術(shù)，保護(hù)現(xiàn)有投資。

PROFINET網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)模組都有以下的三個(gè)位址：

MAC位址。

IP地址。

設(shè)備名稱，是在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)組態(tài)中對(duì)模組定義的邏輯名稱。

由于PROFINET 使用TCP/IP，會(huì)用到MAC位址及IP地址，但若一設(shè)備更換為其他設(shè)備，其MAC地址會(huì)變動(dòng)，而IP地址是動(dòng)態(tài)定址下的結(jié)果，為了讓網(wǎng)絡(luò)上的某一設(shè)備有固定的名稱，因此會(huì)使用設(shè)備名稱。

為了分配IP地址、子網(wǎng)絡(luò)遮罩及預(yù)設(shè)閘道，定義了以下的二種方式：

DCP(協(xié)定)（發(fā)現(xiàn)和配置協(xié)定）。

DHCP（動(dòng)態(tài)主機(jī)設(shè)定協(xié)定）。

4.3 CAN 協(xié)議介紹

控制器局域網(wǎng)總線（CAN，Controller Area Network）是一種用于實(shí)時(shí)應(yīng)用的串行通訊協(xié)議總線，它可以使用雙絞線來(lái)傳輸信號(hào)，是世界上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。CAN協(xié)議用于汽車中各種不同元件之間的通信，以此取代昂貴而笨重的配電線束。該協(xié)議的健壯性使其用途延伸到其他自動(dòng)化和工業(yè)應(yīng)用。CAN協(xié)議的特性包括完整性的串行數(shù)據(jù)通訊、提供實(shí)時(shí)支持、傳輸速率高達(dá)1Mb/s、同時(shí)具有11位的尋址以及檢錯(cuò)能力。

6, CAN總線使用串行數(shù)據(jù)傳輸方式，可以1Mb/s的速率在40m的雙絞線上運(yùn)行，也可以使用光纜連接，而且在這種總線上總線協(xié)議支持多主控制器。 [1] CAN與I2C 總線的許多細(xì)節(jié)很類似，但也有一些明顯的區(qū)別。當(dāng)CAN總線上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)(站)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，它以報(bào)文形式廣播給網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)。對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，無(wú)論數(shù)據(jù)是否是發(fā)給自己的，都對(duì)其進(jìn)行接收。每組報(bào)文開(kāi)頭的 11 位字符為標(biāo)識(shí)符，定義了報(bào)文的優(yōu)先級(jí)，這種報(bào)文格式稱為面向內(nèi)容的編址方案。在同一系統(tǒng)中標(biāo)識(shí)符是唯一的，不可能有兩個(gè)站發(fā)送具有相同標(biāo)識(shí)符的報(bào)文。當(dāng)幾個(gè)站同時(shí)競(jìng)爭(zhēng)總線讀取時(shí)，這種配置十分重要。

當(dāng)一個(gè)站要向其它站發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，該站的CPU將要發(fā)送的數(shù)據(jù)和自己的標(biāo)識(shí)符傳送給本站的CAN芯片，并處于準(zhǔn)備狀態(tài)；當(dāng)它收到總線分配時(shí)，轉(zhuǎn)為發(fā)送報(bào)文狀態(tài)。CAN芯片將數(shù)據(jù)根據(jù)協(xié)議組織成一定的報(bào)文格式發(fā)出，這時(shí)網(wǎng)上的其它站處于接收狀態(tài)。每個(gè)處于接收狀態(tài)的站對(duì)接收到的報(bào)文進(jìn)行檢測(cè)，判斷這些報(bào)文是否是發(fā)給自己的，以確定是否接收它。由于 CAN 總線是一種面向內(nèi)容的編址方案，因此很容易建立高水準(zhǔn)的控制系統(tǒng)并靈活地進(jìn)行配置。我們可以很容易地在 CAN 總線中加進(jìn)一些新站而無(wú)需在硬件或軟件上進(jìn)行修改。當(dāng)所提供的新站是純數(shù)據(jù)接收設(shè)備時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議不要求獨(dú)立的部分有物理目的地址。它允許分布過(guò)程同步化，即總線上控制器需要測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)，可由網(wǎng)上獲得，而無(wú)須每個(gè)控制器都有自己獨(dú)立的傳感器。

7, CAN網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)不分主從，任一節(jié)點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，通信方式靈活，利用這一特點(diǎn)可方便地構(gòu)成多機(jī)備份系統(tǒng)，CAN只需通過(guò)報(bào)文濾波即可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)及全局廣播等幾種方式傳送接收數(shù)據(jù)，無(wú)需專門的"調(diào)度"。 CAN的直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km（速率5kbps以下）；通信速率最高可達(dá)1Mbps(此時(shí)通信距離最長(zhǎng)為40m)。 CAN上的節(jié)點(diǎn)數(shù)主要決定于總線驅(qū)動(dòng)電路，目前可達(dá)110個(gè)；報(bào)文標(biāo)識(shí)符可達(dá)2032種（CAN2.0A），而擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)（CAN2.0B）的報(bào)文標(biāo)識(shí)符幾乎不受限制。

8,在CAN2．0B 的版本協(xié)議中有兩種不同的幀格式，不同之處為標(biāo)識(shí)符域的長(zhǎng)度不同，含有11位標(biāo)識(shí)符的幀稱之為標(biāo)準(zhǔn)幀，而含有29位標(biāo)識(shí)符的幀稱為擴(kuò)展幀。如CAN1．2版本協(xié)議所描述，兩個(gè)版本的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀格式和遠(yuǎn)程幀格式分別是等效的，而擴(kuò)展格式是CAN2．0B協(xié)議新增加的特性。為使控制器設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，并不要求執(zhí)行完全的擴(kuò)展格式，對(duì)于新型控制器而言，必須不加任何限制的支持標(biāo)準(zhǔn)格式。

9,汽車制造中的應(yīng)用、大型儀器設(shè)備中的應(yīng)用、工業(yè)控制中的應(yīng)用、智能家庭和生活小區(qū)管理中的應(yīng)用以及機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)中的應(yīng)用。同時(shí),由于CAN總線本身的特點(diǎn),其應(yīng)用范圍目前已不再局限于汽車行業(yè),而向自動(dòng)控制、航空航天、航海、過(guò)程工業(yè)、機(jī)械工業(yè)、紡織機(jī)械、農(nóng)用機(jī)械、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、醫(yī)療器械及傳感器等領(lǐng)域發(fā)展。CAN已經(jīng)形成國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),并已被公認(rèn)為幾種最有前途的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。

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審核編輯 黃宇