基于CAN总线的NSRL储存环及光束线真空监控系统设计

　　目前测控领域出现的现场控制技术——现场总线[1](field bus)正在逐步成为现场控制技术的主流。现场总线是用于现场仪表与控制系统和控制室之间的一种全分散、全数字化的智能、双向、多变量、多点、多站的通信系统，按ISO的OSI标准提供网络服务，具有可靠性高，稳定性好，抗干扰能力强，通讯速率快，造价低，维护成本低等优点。传统的现场控制技术(例如BITBUS，RS-485,RS-422等)其不足之处主要有：

　　(1)主从结构网络上只能有一个主节点，其余为从节点。其造成的潜在危害是：一旦主节点出现故障，则整个系统将处于瘫痪状态。

　　(2)数据通讯方式为命令响应型。在许多实时性要求较高的场合，这是致命的弱点。错误处理能力不强。

　　(3)不能提供类似LAN那样的网络管理(network management)功能，从而不能对整个系统进行实时、有效、方便的监控和维护。

　　现场总线很好地解决上述问题。其中较有代表性的有Motorola的LON(local operation network);Bosch公司的CAN(control area network)。其中LON适用于一些大型的、对响应时间要求不太高的分布式控制系统;而CAN则适用于小型的、实时要求高的系统。

　　CAN协议规定的网络系统结构由ISO-OSI七层结构中的三层组成，即物理层、数据链路层和应用层。它是一种专门用于工业自动化领域的网络，不同于以太网等管理及信息处理网络，其物理特性和网络协议更强调自动化的底层监测和控制。从物理结构上看，它属于总线式通讯网络，但其独特的技术和设计，可靠性及性能远高于BITBUS，RS-485等传统现场控制技术。特点主要有：可以多主方式工作，网络节点可分优先级，采用非破坏性总线裁决技术，直接通讯距离最远可达10 km(5 kb/s以下)，通讯速率最高可达1 Mb/s(距离40 m)，信息传输采用短帧结构，每帧信息都有CRC校验，保证了数据出错率极低，在错误严重的情况下节点可以自动关闭，切断与总线的联系，通讯介质采用双绞线。

　　1　系统组成和工作原理

　　合肥国家同步辐射实验室(NSRL)的储存环直径为22 m，每条光束线的长度约15 m。用于环真空检测的真空计约10台，5条光束线平均5台真空计，共计约35台真空检测装置，另外每条光束线还利用一台真空计作为传感器用于真空联锁保护装置。由于真空检测装置及联锁保护装置必须靠近监测点，它们遍布整个储存环大厅。这些真空计是84年建立实验室后逐年购进的，基本没有数据通讯接口，制造厂家也千差万别。储存环真空检测主要有德国、日本、美国的真空计，光束线主要是国产真空计。可用于真空检测的模拟电平也不尽相同，另外储存环大厅有很多电磁铁和高功率电源，是典型的强噪声环境，用模拟电平进行监测控制和组网是不切实际的，也是不可靠的。因此目前NSRL的环真空监测是采用人工记录的方法，光束线真空监测基本不作记录。目前光束线用于控制各种阀门的真空联锁保护装置是模拟电路系统，为了提高响应速度，直接从真空计的离子流放大器上取出0～10 V的模拟电平，与联锁保护装置的连接电缆阻抗非常高，很容易造成阀门的错误关断，也容易影响真空计的读数，甚至损坏真空计的离子流放大器。所有这些关系到束流运行的稳定和寿命，是迫切需要解决的。