如何实现CAN总线的介质冗余 点击：3841 | 回复：14
发表于：2003-05-22 08:52:00
1楼
3.2．2 冗余设计的分析
工业控制现场中工况条件十分恶劣，电缆受拉，压，砸，挤等而造成故障的情况很多，这对于以总线为核心的CAN总线系统将会是一种极大的威胁，比如总线短路，一旦发生这种故障，总线建会失去通讯能力导致整个系统瘫痪。解决这一故障的最有效的方法就是总线冗余，同时使用两条或多条总线电缆。
总线冗余的方法可分为完全冗余和部分冗余。本节点设计采用部分冗余。
完全冗余是在ＣＡＮ总线冗余处理上，通常采用的方法是使用两套总线，每一套都包含有完整的总线电缆、总线驱动器和总线控制器，或将总线控制器与ＣＰＵ集成于一体的ＭＣＵ(微控制单元，如单片机)。这种方法有两种操作方式，一种是后备方式:一套运行，另一套“休眠”备用，当运行总线发生故障时，启用备用总线;另一种是同时运行方式:两套总线同时运行，如果其中一套发生故障，另一套仍能维持系统的正常运行。
这种方法的优点是，它实现了物理介质、物理层及数据链路层甚至应用层的全面冗余，因此，可以称之为“全面冗余方法”。但全面冗余方法存在着某些不足之处，如，由于ＣＡＮ节点对系统的构成不敏感，因此，后备方式发现总线开路故障的能力和及时性较差;同时运行方式由于两路同时工作，因此，功耗大。另外，由于使用两个总线控制器或ＭＣＵ，全面冗余方法的成本高一些。
部分冗余方法只实现物理介质和物理层的冗余，即，使用两条总线电缆、两个总线驱动器，但只有一个总线控制器或ＭＣＵ，在总线控制器与两个总线驱动器之间增加了一个判断电路。如上图所示。
当设备(节点)发送时，总线控制器向两条总线同时发送相同的报文;而接收时，判断电路自动选择两条总线中的一个并将其报文送入总线控制器。判断电路以时间优先为选择原则，即，哪一路报文抢先到来，哪一路报文就被选中。如果某一总线发生故障，则关闭它与总线控制器的信号通道，而正常总线的信号通道不受影响，同时，向ＣＰＵ发出总线故障中断。在判断电路中，设置了两个可重复触发的单稳态ＩＣ(74ＬＳ122)，它们分别与两条总线对应，检测报文及其到来。当报文到来时，总线驱动器的ＲｘＤ首先出现一个低电平位(报文的帧起始位)，其下降沿触发单稳ＩＣ使其输出产生一个高电平宽脉冲，该脉冲经报文中对应的多次下降沿触发而一直持续到报文结束。
在总线正常的情况下，当出现报文时，两个单稳ＩＣ均产生高电平宽脉冲，它们被送到由两个与非门构成的ＲＳ触发器中进行优先——滞后比较;对于优先者，ＲＳ触发器给对应的或非门低电平，开通相应总线的信号通道;对于滞后者，ＲＳ触发器用高电平关闭对应的或非门。一旦某一总线发生故障，对应的驱动器上的ＲｘＤ保持在某一电平状态上，相应的单稳ＩＣ不被触发，其输出始终保持在低电平上。因此，ＲＳ触发器用高电平封锁住或非门，使这一信号通道被关闭。此外，当总线无报文时，两个信号通道均暂时关闭。异或门74ＬＳ86用来向ＣＰＵ提供总线故障中断信号。ＣＰＵ接到中断后通过Ｉ/0口分别查询两个单稳输出即可对故障定位。随后，ＣＰＵ可以发送一个故障警报信号，通常正常总线通知给系统监视设备，以便及时处理。在异或门上设置ＲＣ延时环节的目的是为了避免两个报文不严格同步或两个单稳ＩＣ的输出脉宽不严格一致而引起误中断。
需要注意的是，单稳ＩＣ的单次触发所产生的脉宽应不小于报文中连续12个位的持续时间(主动错误标志的最大可能时间。正常情况下，报文中连续出现的相同逻辑位数不超过5位)。
在部分冗余方法中，由于每个设备中只使用一个总线控制器，因此，在正常运行状态下即使发生总线竞争(总线冲突)也不会造成两条总线的混乱或报文不一致的情况，所以，以这种方法构成的系统完全能够符合ＣＡＮ协议的要求。这种方法与全面冗余方法相比，不仅成本低，而且它在发现总线故障以及及时性方面比后备方式好，功耗比同时运行方式低。对于工业控制，尤其是本质安全型系统来说，这些优点都是十分重要的。当然，部分冗余方法中多增加了一个环节(判断电路)使通讯延时增加，通讯速度受到一些影响，不过，即使速度降低一些，对工作面的应用来说也足够快了。顺便说一下，ＣＡＮ总线通讯速度及传输距离的指标为:1Ｍｂｉｔｓ/ｓ(40ｍ)、125ｋｂｉｔｓ/ｓ(500ｍ)、50ｋｂｉｔｓ/ｓ(1ｋｍ)。[1]因此，可以这样讲，部分冗余方法是解决ＣＡＮ总线系统中总线故障问题的一种较好的方法。当然，如果是可靠性要求非常高且双ＣＰＵ运行的系统，应优先考虑全面冗余方法。
图发不上来,资料来源:中国期刊网
发表于：2004-03-17 15:32:00
7楼
华控公司主要产品包括：符合HART协议、FF协议标准的OEM仪表嵌入产品和测试工具及系列配套产品，符合CAN总线标准，modbus协议、pofibus协议的智能分布式系统（SDS）和集散控制系统、现场总线综合控制系统、智能模块、信号调理模块、数据采集系统、I/O板卡及之配套的软件产品。华控公司于1996年成为现场总线基金会（FF）成员、HART通讯基金会成员、OPC基金会成员，华控公司积多年自动化控制方面的经验，致力于现场总线技术的研究，做为国家"九五"、"十五"科技攻关项目承担单位，完成了新一代现场总线技术的攻关项目。
北京华控技术有限责任公司
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市场部：010-62960717/62965630
发表于：2004-09-12 16:05:00
11楼
除了可以通过“同时使用两条或多条总线电缆,实现总线冗余”外,还可以选用有铠装外护层的现场总线专用电缆。 之所以推荐铠装型的现场总线专用电缆，是因为该类型的电缆能够经受一定程度的机械外力。其中，钢带铠装系列电缆既可防止老鼠咬伤，又能增加磁屏蔽保护提高抗干扰性能，使系统变的简单可靠！又因为铠装电缆可以直埋敷设，省去了挖电缆沟、穿保护管的麻烦（过马路必须穿钢管！），从而降低了工程总造价！ 大量的工程业绩表明：在恶劣的工控现场条件下，铠装电缆表现出色、值得信赖！ 朱 恩 清 hdsr178@yahoo.cn 13064880370
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