fcs（現場總線控制系統）是繼ddc（直接數字控制）、dcs（集散控制系統）之后的一種新型的控制系統，是一種全開放、全數字、多點通信的底層控制網絡，具有全分散性控制的體系結構。其顯著特點是通過開放性總線把現場設備連接成網絡，各智能設備能夠完成自動控制和運行狀態的自行診斷，并且能夠通過總線實現設備之間的通信，從而簡化了系統結構，提高了可靠性。can（controllerareanetwork）總線，又稱控制器局域網，是由德國bosch公司在20世紀80年代初為分布式系統在強電磁干擾環境下可靠工作而開發的一種串行數據通信網絡，并有效支持分布式控制和實時控制。目前can總線規范已被iso國際標準組織指定為國際標準，并得到了motorola，inbbbphilipssiemens，nec等公司的支持。由于其高性能、高可靠性及獨特的設計和適宜的價格而廣泛應用于工業現場控制、智能樓宇、醫療器械、交通工具以及傳感器等領域，并已被公認為幾種最有前途的現場總線之一。
潛水電機是潛水電泵的重要組成部分，廣泛應用于農田灌溉，礦山排水，湖區水利，及其它工農業給排水領域。潛水電機工作環境復雜，加上某些潛水電機的制造工藝特殊等諸多方面原因，使其較一般的電機更容易發生故障，如過載、過熱、滲水、漏水、短路、缺相等。目前國內外已有多家公司開發出針對個體潛水電機的智能電子保護裝置，雖然可以達到保護電機的目的，但無法實現集中管理，而傳統的集散型控制系統（dcs）存在系統不開放、硬件投資大、布線復雜、維修不便的缺點，具有明顯的局限性。因此我們設計了基于can現場總線技術的潛水電機分布式監控系統。
1系統整體方案設計整個系統由監控計算機、pc-can適配卡、監控節點（n<110）、can總線網絡組成，其系統結構如所示。分布在現場的監控節點可以獨立對電機進行智能控制和保護；監控計算機可以通過can總線網和各個控制節點之間進行實時通信，從而實現潛水電泵機組的分散控制和集中監管。
中華測控網-03-01；修回日期：2006-04-19u基金項目：北京市教委科研基金資助項目（km200510005028）要從事機電一體化技術與自動控制技術的研究。
張慧慧（1943-），女，北京人，教授，博導，主要從事機器人技術、自動控制技術的研究。！can收發can收發ican控器can控制器am士點2控節點as控雇點丨分布式監控系統總體結構監控系統中的控制節點由can控制器、can收發器和外圍電路（如光耦隔離、i2c、led顯示等）組成。監控計算機可以選用普通pc或工控機ipcpc-can適配卡用來完成can總線和監控計算機之間的協議轉換，可以選用pci總線適配卡、isa總線適配卡或rs232串行通信適配器。各個控制節點之間通過屏蔽雙絞線互聯構成can總線網絡，總線兩端連接120的阻抗匹配電阻，用來提高系統的穩定性、增強系統的抗干擾能力。
2上位計算機監控系統設計監控計算機選用的是國內研祥公司生產的ipc1501型工業用平板電腦，通過臺灣研華公司的雙口隔離非智能型pc-can適配卡pci-1680實現can總線和pci總線的協議轉換。pci-1680型can卡提供了vb、vc下的編程函數，為監控系統的軟件設計提供了方便。本系統采用基于vc++的mfc窗口技術和can卡的驅動函數進行監控軟件的編程，設計出直觀、易于操作和管理的人一機交互界面。實現的功能包括：（1）對整個系統進行監控，記錄并顯示各個監控節點工作狀況；（2）記錄當天的工作情況并保存到一個以日期命名的文件中，便于管理和查詢；（3）通過廣播的方式或點對點的方式設置監控節點的工作參數；（4）記錄電機出現異常時的錯誤信息，并發出報警信號，通過錯誤代碼可以查找出錯原因，便于系統維護。
3can監控節點的設計目前，市場上有兩種can總線器件可以選擇：一種是片chip公司的mcp2510等，但是獨立的can控制芯片需要外接一個微處理器才能運行。本文設計中選用的是philips公司的帶有在片can控制器的p87c591微型控制器，這樣大大簡化了節點的硬件電路設計，減少程序的復雜程度，提高系統的可靠性。
3.1監控節點的硬件構成及功能監控節點硬件設計上采用了模塊化結構，由微控制器、can通信模塊、傳感器組件、數據采集模塊、電機控制模塊、led顯示模塊、現場設置模塊組成，其整體結構如所示。
根據具體情況可以只選用其中的部分模塊。例如，可以去掉顯示模塊和現場設置模塊，利用監控計算機實現數據顯示和參數設置的功能。在單機運行時，可以不使用can通信模塊。
數多據路采集橫開塊關傳感器組件監控節點結構框圖監控節點各個組成部分的功能如下：傳感器組件：用來檢測電機的運行情況，包括鉑電阻溫度傳感器、電流互感器、電極式液位傳感器。分別用來檢測電機三相定子的溫度、三相主電流和電泵腔內的水位，可以有效地監測潛水電機的過流、過熱、缺相、短路、滲漏等異常現象。
數據采集模塊：將傳感器采集到的模擬信號轉變為數字信號并通過多路模擬開關送入微控制器，cpu得到電機定子溫度、電流、液位信息做出相應的判斷，并送至不同的子程序進行相應的處理。
電機控制模塊：cpu判斷電機定子溫度、電流、液位中的任一項值超出正常值范圍時，都會通過ssr（過零觸發型交流固態繼電器）觸發相應的異常處理電路，使電機得到保護。
led顯示模塊：采用基于i2c總線的顯示技術通過led數碼管實時顯示電機運行過程中定子的溫度和電流值。
并可以在設置模式下顯示待定置參數的當前值。當電機出現非正常停機時發光二極管可以指示出故障的類型，方便檢查處理。
can通信模塊：can總線通信接口電路主要由p87c591的片內can驅動器sa1000、6n137高速光隔、can收發器pca82c250組成。p87c591完成can協議的應用層功能，sa1000完成物理層和數據鏈路層的功能。pca82c250提供了對總線差動發送和接受數據的功能，有效地提高了總線的抗干擾能力，實現了保護總線、降低射頻干擾等功能。6n137隔離控制電路和收發器電路，能夠有效地抑制由總線引入的干擾，進一步提高了系統的可靠性。
現場設置模塊：采用基于8255的鍵盤和基于x25045的e2prom，實現節點工作參數現場設定能。x25045存儲報警電流、停機電流、報警溫度、停機溫度、節點地址、波特率等信息。這些參數都可以通過按鍵進行設置。除了節點地址夕卜，其它的參數也可以通過監控計算機設置。另外x25045還用作看門狗，當系統出現故障時，在超時周期后復位系統。
32監控節點的軟件設計與節點硬件設計相一致，節點軟件設計也遵循模塊化的設計原則，使控制軟件具有易讀、易擴展和易維護的優點。通過c51語言編寫相應的軟件模塊實現監控節點的各種功能。軟件的各功能模塊之間通過入口和出口參數相互聯系，組合靈活且方便，減少了調試時間，縮短了開發周期監控節點的軟件設計流程如所示。
中華測控網監控節點軟件設計流程。3監控節點通信程序設計監控節點的通信采用can總線2 0a協議，通信模塊的軟件主要由初始化程序、發送程序、接收程序三部分組成。其中初始化程序是實現通信的關鍵，它主要用來完成can控制器工作方式的選擇，即對p87c591中can控制器控制段中的寄存器進行設置，包括總線定時寄存器和輸出控制寄存器設置；接收驗收濾波寄存器和濾波屏蔽寄存器設置；設置發送數據幀類型（標準幀或擴展幀）、標識符、數據長度。初始化過程是在can控制器復位模式下完成的，監控節點通信的初始化程序流程如所示監控節點與can總線之間的數據交換是通過發送程序和接收程序實現的。發送程序流程如所示，從中可以看出系統中的每個節點采用定時中斷的方式主動向監控計算機發送數據。這是利用了can總線可以采用多主機方式通信的特點。
由于實時監控功能是由各個控制節點完成，而監控計算機主要起到管理功能，所以采用了定時上傳數據的方法，而沒有實時上傳所有傳感器采集到的數據，從而減輕了總線負擔。這也是分布式控制方法相對于集中控制方法的一個優點。為接收程序流程圖，接收緩沖區用來存放can總線上發來的數據，cpu讀取數據后接收緩沖區將被清空，等待接收新的數據4結論本文設計的基于can總線的分布式監控系統經過現場調試，可以對潛水電機運行過程中出現的過流、過熱、短路、滲漏情況做出處理，對電機起到了保護作用；節點與上位計算機之間的數據通信穩定可靠；可以通過現場設置模塊修改節點的參數。實驗表明了系統的適用性和可靠性，達到了設計要求，開發過程中所提出的技術方案和實現方法可以在分布式監控系統及工業底層監控網絡系統的設計中推廣應用。
：鞏經理
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