现场总线CAN在监控系统网络中通信协议设计
摘 要：本文介绍了基于现场总线CAN的船舶电站监控系统网络构架，根据现场总线CAN的特点，详细介绍了CAN2.0B 协议的网络报文标识设计方案，该设计方案改善了监控网络的实时性，同时保证整个监控系统的稳定性和可靠性。
1 前言
船舶电站监控系统主要用于监控船舶发电机组的运行状态，调节改善船舶供电的电力品质。本系统取代传统的点对点连线的控制方法，采用CAN 现场总线技术，实现发电机组的远程控制。基于CAN 总线具有结构简单、通信方式灵活的特点及其非破坏总线仲裁技术，为该监控系统提高数据传输可靠性、增强系统运行稳定性提供了新的解决方案。
2 网络通信平台设计
船舶电站监控系统采用 CAN 现场总线连接各设备，通信网络由监测网络与控制网络组成，采用双冗余总线结构，系统网络结构图如图1 所示。
监测网络由若干个数据采集模块与1 个网关组成，主要负责采集传输现场用于测量柴油发电机组绕组温度、燃油压力等传感器数据；控制网络由1 台上位机、1 台能量管理控制器与3 个输入输出模块组成，完成对柴油发电机组起动、停车、合闸、解列以及能量管理的遥控控制。监测网络和控制网络均采用双绞线电缆作为通讯介质，根据网络规模与数据传输流量，设置网络总线速率为100kpbs。
数据采集模块：数据采集模块根据不同的传感器类型分别能够采集、测量 Pt100 温度信号、4～20mA电流信号以及开关量等信号。
能量管理控制器：实现电站监视与电能管理功能。
输入输出模块：接收来自能量管理控制器的命令，控制发电机组运行，同时监测发电机组相关的电参数。
网关：实现不同网络间的数据交换。
监测网络部分：数据采集模块从外部采集传感器数据后，将数据发送至网关，网关将所有传感器数据发送至上位机完成集中显示与报警功能。
控制网络部分：上位机将人工控制命令发送至能量管理控制器，该控制器将控制命令进行处理表决，将结果发送至输入输出模块，由输入输出模块输出控制信号控制发电机组状态。另外，输入输出模块采集发电机组相关电参数（电压，电流，有功、无功功率等）发送至能量管理控制器进行监测与管理。
网络系统由两条总线构成硬件双冗余结构，若其中一条总线电缆受损或出现故障后，另一条总线仍能维持系统正常工作，防止通信网络瘫痪。此外，为了保证通信网络的可靠性与实事性，各个网络节点还具有在线故障诊断，传感器故障诊断等功能。
3 网络通信标识符设计
在该网络通信系统中，底层智能模块选用Intel16 位的MCU，CAN 网络控制器选用Philips 公司的SJA1000，实现CAN 网络数据收发功能，系统中网络总线使用CAN2.0B 协议格式，根据该系统监测网络与控制网络的不同功能，分别设计两种网络的报文标识符。
3.1 监测网络协议
监测网络中的数据采集模块采集现场传感器的模拟信号，通过 A/D 转换将其转换为数字量信号后发送至监测网络，数据刷新频率为每秒2 批次。对于监测模块而言，仅仅发送测量所得的现场传感器数据，不需要接收其他网络数据，因此设置验收屏蔽寄存器禁止其他网络数据接收，网关接收到各个数据采集模块发送的数据之后将其发送至上位机。下表为监测网络的报文标识符定义：
