1 引言

煉鋼及冶金企業是國家宏觀經濟支柱產業，同時也是電耗大戶，節能潛力不容忽視。目前，雖然多數煉鋼及冶金企業都采用數字電表，但仍采用人工手抄的方式，對用電情況缺少實時監測和控制能力，能源監管問題突出。因此，實現電能的自動計量、采集及網絡化管理，是煉鋼及冶金企業的必由之路。

can總線比之rs-485，具有實時性、可靠性高，安全性強等優越性；與其他現場總線相比，can總線具有突出的可靠性、實時性和靈活性。本文運用can總線實現數字電表的實時數據采集，并通過internet將數據進行網絡化管理，以實現煉鋼及冶金企業節能增效的目的。

2 系統總體設計

系統總體結構如圖1所示。系統主服務器裝有oracle數據庫，用于存儲來自工業現場各節點的數據。區域上位機裝有access數據庫，可暫時對數據進行存儲備份，數據庫定期清空。從分布工業現場的各數據采集節點（即數字電表）采集到的數字數據，經過can總線傳到區域上位機，再由上位機通過internet傳到系統主服務器。在系統服務器上對采集到的數據進行統計和分析，運用相應算法得到處理結果。然后通過internet將控制命令傳到各相應區域上位機，上位機再通過can總線將數據傳到各控制節點。在整個現場總線控制網絡系統中，現場智能設備層是整個網絡系統的核心，只有確保總線設備之間可靠、準確、完整的數據傳輸，上層網絡才能獲取信息以實現其監控功能。因此，本文主要介紹現場設備間的通信與控制。

3 基于can總線的分布式監控系統

3.1 can總線簡介

can 總線是德國bosch 公司為解決現代車輛中的控制與測試儀器之間的數據交換而開發的一種數據通信協議標準。can 總線遵從iso/osi 模型，分為3 層：物理層、數據鏈路層與應用層。can通信介質可為雙絞線、同軸電纜或光纖，通過標準接插件可方便的連接，傳輸速率可達1mbps（通信距離<40m）， 直接傳輸距離最遠可達10km（通信速率<5kbps），同一段總線內最多可接110個設備。目前，can是唯一取得國際標準的現場總線。

3.2 can節點的劃分

每個can總線分系統采用一主多從分布式結構。主節點為can網關，從節點分數據采集節點和控制節點兩種。can網關用于完成can總線與上位機pc之間通信；數據采集節點用于采集現場的數據，主要有：a相電壓、b相電壓、c相電壓、a相電流、b相電流、c相電流、頻率、功率因數、無功功率、有功功率以及采集時間等；控制節點主要完成上位機傳遞的控制命令。由分布廠區的各數據采集節點和控制節點組成分布式監控系統，通過can網關與上位機通信，上位機通過internet與系統主服務器聯網，實現工業現場的數據采集、信息處理和網絡化控制。圖2是一個can總線分系統的硬件節點圖。

3.3 can通信協議的制定

在can分系統里，報文結構采用can 2.0b協議的標準幀結構。數據幀由7個不同的位場組成：幀起始、仲裁場、控制場、數據場、crc場、應答場、幀結尾。其中，仲裁場由11位標識符（id28～id18）和rtr位組成，依次從id28～id18發送，并且高7位（id28～id22）不能全是“隱性”。 根據can總線逐位仲裁原理和分布式監控系統各部分的特點，將仲裁場的11位標識符作以下設計。

（1） id28～id26定義為優先級。可規定0～7個級別，具有最高優先權的節點首先發送數據。當相同優先級別的報文同時發送時，繼續在仲裁域內往后進行逐位仲裁，直至有節點勝出為止。

（2） id25～id24規定為高低速can的標識。用來區分高速與低速can報文。其中00 表示高速，01表示低速。

（3） id23～id18用于節點信號的分類，可留做具體組網時進行分配。

4 系統硬件設計

4.1 can總線節點硬件電路設計

can總線硬件節點分主節點與從節點兩種。主節點為can網關，從節點分數據采集節點和控制節點兩種。由于can網關的數據處理量相對較大，采用ti公司內置can驅動器的dsp處理器tms320lf2407。數據采集節點和控制節點只需采集和處理與本節點相關的信息，故采用microchip公司的單片機pic16f876和can控制器mcp2510。pic單片機處理速度快，成本低，且具有極強的抗干擾能力，適合用在工業現場做數據采集和控制。主從節點硬件電路原理圖如圖3和圖4所示。

4.2 internet通信網絡設計

internet節點使用普通的工控機，工控機可通過以太網卡與其它上位機和系統服務器進行通信，在此不做詳細介紹。

5 系統軟件設計

系統軟件分為主程序、數據采集和處理、輸出控制和顯示、can總線通信等程序。數據采集又分為開關量掃描、模擬量采集、脈沖量采集等程序。can總線通信程序包括can初始化、數據發送、數據接收等。

5.1 can節點主程序

系統主程序主要包括微處理器初始化，can控制器初始化，數據的采集與處理和輸出控制和顯示等部分。系統主程序流程圖見圖5。

5.2 can總線通信程序

can總線通信程序包括can初始化、數據發送和數據接收等。 初始化can控制器的操作包括: 硬件使能、軟件復位、設置報警界限、設置總線波特率、設置中斷工作方式、設置驗收濾波器工作方式、設置工作模式并啟動can等。在初始化過程中要注意數據發送設備和數據接收設備的波特率應相同，否則設備之間無法進行通信。

can初始化完成后，進入數據的接收和發送階段。為保證發送數據的完整性,采用查詢方式發送數據；同時為保證接收數據的實時性,采用中斷方式接收數據。數據發送和接收流程圖如圖6所示。

發送數據時，將待發送的數據打包成符合can協議的幀格式后寫入發送緩沖區，并自動發送。在寫發送緩沖區前必須查詢其狀態，只有在有空閑的發送緩沖區時才將數據寫入。啟動發送成功后，通過查詢can狀態寄存器或配置發送成功中斷來判斷數據是否發送成功。

采用中斷方式接收數據，在初始化程序中必須使能接收中斷。在中斷服務子程序中，讀取can中斷允許寄存器，判斷是否有接收中斷標志，有則讀取接收緩沖區數據。為防止接收緩沖區中數據溢出，可開辟一個循環接收數據隊列來暫時存儲數據，主程序則通過查詢該隊列來獲得總線數據。

6 測試結果

系統安裝調試后，經過一段時間的運行，系統穩定可靠，無異常現象。圖7是系統主服務器接收到的數據，其中ady表示a相電壓，adl表示a相電流，plv表示頻率，wg表示無功功率，yg表示有功功率，cjsj表示采集時間。

7 結束語

本文采用can總線傳輸技術解決鞍鋼集團大孤山選礦廠數據采集與控制系統各部件之間的信號傳輸問題。基于can總線的采礦廠數據采集與控制系統簡化了系統的傳輸線束，同時大大的提高了系統的可靠性和傳輸響應的實時性，也為企業實現節能降耗、成本核算、過程優化以及建立mes信息管理系統奠定了物理基礎。 參考文獻（略）