【主管Q:2347660】2号站注册登录地址FCS（现场总线控制系统）是继DDC（直接数字控制）、DCS（集散控制系统）之后的一种新型的控制系统，是一种全开放、全数字、多点通信的底层控制网络，具有全分散性控制的体系结构。其显著特点是通过开放性总线把现场设备连接成网络，各智能设备能够完成自动控制和运行状态的自行诊断，并且能够通过总线实现设备之间的通信，从而简化了系统结构，提高了可靠性。CAN（ControllerAreaNetwork）总线，又称控制器局域网，是由德国Bosch公司在20世纪80年代初为分布式系统在强电磁干扰环境下可靠工作而开发的一种串行数据通信网络，并有效支持分布式控制和实时控制。目前CAN总线规范已被ISO国际标准组织指定为国际标准，并得到了Motorola，IntelPhilipsSiemens，NEC等公司的支持。由于其高性能、高可靠性及独特的设计和适宜的价格而广泛应用于工业现场控制、智能楼宇、医疗器械、交通工具以及传感器等领域，并已被公认为几种最有前途的现场总线之一。

潜水电机是潜水电泵的重要组成部分，广泛应用于农田灌溉，矿山排水，湖区水利，及其它工农业给排水领域。潜水电机工作环境复杂，加上某些潜水电机的制造工艺特殊等诸多方面原因，使其较一般的电机更容易发生故障，如过载、过热、渗水、漏水、短路、缺相等。目前国内外已有多家公司开发出针对个体潜水电机的智能电子保护装置，虽然可以达到保护电机的目的，但无法实现集中管理，而传统的集散型控制系统（DCS）存在系统不开放、硬件投资大、布线复杂、维修不便的缺点，具有明显的局限性。因此我们设计了基于CAN现场总线技术的潜水电机分布式监控系统。

1系统整体方案设计整个系统由监控计算机、PC-CAN适配卡、监控节点（n<110）、CAN总线网络组成，其系统结构如所示。分布在现场的监控节点可以独立对电机进行智能控制和保护；监控计算机可以通过CAN总线网和各个控制节点之间进行实时通信，从而实现潜水电泵机组的分散控制和集中监管。

中华测控网-03-01；修回日期：2006-04-19u基金项目：北京市教委科研基金资助项目（KM200510005028）要从事机电一体化技术与自动控制技术的研究。

张慧慧（1943-），女，北京人，教授，博导，主要从事机器人技术、自动控制技术的研究。！CAN收发CAN收发ICAN控器CAN控制器Am士点2控节点as控雇点丨分布式监控系统总体结构监控系统中的控制节点由CAN控制器、CAN收发器和外围电路（如光耦隔离、I2C、LED显示等）组成。监控计算机可以选用普通PC或工控机IPCPC-CAN适配卡用来完成CAN总线和监控计算机之间的协议转换，可以选用PCI总线适配卡、ISA总线适配卡或RS232串行通信适配器。各个控制节点之间通过屏蔽双绞线互联构成CAN总线网络，总线两端连接120的阻抗匹配电阻，用来提高系统的稳定性、增强系统的抗干扰能力。

2上位计算机监控系统设计监控计算机选用的是国内研祥公司生产的IPC1501型工业用平板电脑，通过台湾研华公司的双口隔离非智能型PC-CAN适配卡PCI-1680实现CAN总线和PCI总线的协议转换。PCI-1680型CAN卡提供了VB、VC下的编程函数，为监控系统的软件设计提供了方便。本系统采用基于VC++的MFC窗口技术和CAN卡的驱动函数进行监控软件的编程，设计出直观、易于操作和管理的人一机交互界面。实现的功能包括：（1）对整个系统进行监控，记录并显示各个监控节点工作状况；（2）记录当天的工作情况并保存到一个以日期命名的文件中，便于管理和查询；（3）通过广播的方式或点对点的方式设置监控节点的工作参数；（4）记录电机出现异常时的错误信息，并发出报警信号，通过错误代码可以查找出错原因，便于系统维护。2号站娱乐注册

3CAN监控节点的设计目前，市场上有两种CAN总线器件可以选择：一种是片chip公司的MCP2510等，但是独立的CAN控制芯片需要外接一个微处理器才能运行。本文设计中选用的是Philips公司的带有在片CAN控制器的P87C591微型控制器，这样大大简化了节点的硬件电路设计，减少程序的复杂程度，提高系统的可靠性。

3.1监控节点的硬件构成及功能监控节点硬件设计上采用了模块化结构，由微控制器、CAN通信模块、传感器组件、数据采集模块、电机控制模块、LED显示模块、现场设置模块组成，其整体结构如所示。

根据具体情况可以只选用其中的部分模块。例如，可以去掉显示模块和现场设置模块，利用监控计算机实现数据显示和参数设置的功能。在单机运行时，可以不使用CAN通信模块。

数多据路采集横开块关传感器组件监控节点结构框图监控节点各个组成部分的功能如下：传感器组件：用来检测电机的运行情况，包括铂电阻温度传感器、电流互感器、电极式液位传感器。分别用来检测电机三相定子的温度、三相主电流和电泵腔内的水位，可以有效地监测潜水电机的过流、过热、缺相、短路、渗漏等异常现象。

数据采集模块：将传感器采集到的模拟信号转变为数字信号并通过多路模拟开关送入微控制器，CPU得到电机定子温度、电流、液位信息做出相应的判断，并送至不同的子程序进行相应的处理。

电机控制模块：CPU判断电机定子温度、电流、液位中的任一项值超出正常值范围时，都会通过SSR（过零触发型交流固态继电器）触发相应的异常处理电路，使电机得到保护。

LED显示模块：采用基于I2C总线的显示技术通过LED数码管实时显示电机运行过程中定子的温度和电流值。

并可以在设置模式下显示待定置参数的当前值。当电机出现非正常停机时发光二极管可以指示出故障的类型，方便检查处理。

CAN通信模块：CAN总线通信接口电路主要由P87C591的片内CAN驱动器SA1000、6N137高速光隔、CAN收发器PCA82C250组成。P87C591完成CAN协议的应用层功能，SA1000完成物理层和数据链路层的功能。PCA82C250提供了对总线差动发送和接受数据的功能，有效地提高了总线的抗干扰能力，实现了保护总线、降低射频干扰等功能。6N137隔离控制电路和收发器电路，能够有效地抑制由总线引入的干扰，进一步提高了系统的可靠性。

现场设置模块：采用基于8255的键盘和基于X25045的E2PROM，实现节点工作参数现场设定能。X25045存储报警电流、停机电流、报警温度、停机温度、节点地址、波特率等信息。这些参数都可以通过按键进行设置。除了节点地址夕卜，其它的参数也可以通过监控计算机设置。另外X25045还用作看门狗，当系统出现故障时，在超时周期后复位系统。

32监控节点的软件设计与节点硬件设计相一致，节点软件设计也遵循模块化的设计原则，使控制软件具有易读、易扩展和易维护的优点。通过C51语言编写相应的软件模块实现监控节点的各种功能。软件的各功能模块之间通过入口和出口参数相互联系，组合灵活且方便，减少了调试时间，缩短了开发周期监控节点的软件设计流程如所示。2号站代理

中华测控网监控节点软件设计流程。3监控节点通信程序设计监控节点的通信采用CAN总线2 0A协议，通信模块的软件主要由初始化程序、发送程序、接收程序三部分组成。其中初始化程序是实现通信的关键，它主要用来完成CAN控制器工作方式的选择，即对P87C591中CAN控制器控制段中的寄存器进行设置，包括总线定时寄存器和输出控制寄存器设置；接收验收滤波寄存器和滤波屏蔽寄存器设置；设置发送数据帧类型（标准帧或扩展帧）、标识符、数据长度。初始化过程是在CAN控制器复位模式下完成的，监控节点通信的初始化程序流程如所示监控节点与CAN总线之间的数据交换是通过发送程序和接收程序实现的。发送程序流程如所示，从中可以看出系统中的每个节点采用定时中断的方式主动向监控计算机发送数据。这是利用了CAN总线可以采用多主机方式通信的特点。

由于实时监控功能是由各个控制节点完成，而监控计算机主要起到管理功能，所以采用了定时上传数据的方法，而没有实时上传所有传感器采集到的数据，从而减轻了总线负担。这也是分布式控制方法相对于集中控制方法的一个优点。为接收程序流程图，接收缓冲区用来存放CAN总线上发来的数据，CPU读取数据后接收缓冲区将被清空，等待接收新的数据4结论本文设计的基于CAN总线的分布式监控系统经过现场调试，可以对潜水电机运行过程中出现的过流、过热、短路、渗漏情况做出处理，对电机起到了保护作用；节点与上位计算机之间的数据通信稳定可靠；可以通过现场设置模块修改节点的参数。实验表明了系统的适用性和可靠性，达到了设计要求，开发过程中所提出的技术方案和实现方法可以在分布式监控系统及工业底层监控网络系统的设计中推广应用。