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CAN總線協(xié)議網(wǎng)關(guān)模塊與數(shù)據(jù)采集器:工業(yè)自動(dòng)化數(shù)據(jù)交互中樞

捷米特 ? 來源:jf_75800470 ? 作者:jf_75800470 ? 2025-05-09 10:10 ? 次閱讀
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CAN最早由德國(guó)博世公司(Bosch)在 20 世紀(jì) 80 年代為汽車電子控制系統(tǒng)開發(fā),用于解決汽車中眾多電子控制單元(ECU)之間的通信問題。隨著技術(shù)的發(fā)展,CAN逐漸應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、航空航天、船舶、醫(yī)療設(shè)備等眾多領(lǐng)域,并成為一種廣泛使用的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議。CAN總線的數(shù)據(jù)幀由幀起始、仲裁場(chǎng)、控制場(chǎng)、數(shù)據(jù)場(chǎng)、CRC 場(chǎng)、應(yīng)答場(chǎng)和幀結(jié)束等部分組成。其中,仲裁場(chǎng)用于確定消息的優(yōu)先級(jí),數(shù)據(jù)場(chǎng)用于傳輸實(shí)際的數(shù)據(jù)。當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),它會(huì)先在總線上發(fā)送一個(gè)包含標(biāo)識(shí)符的消息頭,其他節(jié)點(diǎn)通過標(biāo)識(shí)符來判斷是否接收該消息。如果多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送消息,通過仲裁場(chǎng)中的標(biāo)識(shí)符優(yōu)先級(jí)來決定哪個(gè)節(jié)點(diǎn)優(yōu)先發(fā)送,低優(yōu)先級(jí)的節(jié)點(diǎn)會(huì)自動(dòng)停止發(fā)送,避讓高優(yōu)先級(jí)的節(jié)點(diǎn)。

常見的CAN協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)模塊

產(chǎn)品型號(hào) 產(chǎn)品功能
JM-DP-CAN ProfibusDP從站轉(zhuǎn)CAN
JM-EIP-CAN Ethernet/IP轉(zhuǎn)CAN
JM-PN-CAN Profinet轉(zhuǎn)CAN
JM-ECT-CAN EtherCAT轉(zhuǎn)CAN
JM-CAN-RTU Modbus RTU轉(zhuǎn)CAN
JM-DNT-CAN DeviceNet轉(zhuǎn)CAN
JM-CAN-TCP Modbus TCP轉(zhuǎn)CAN
JM-CCLK-CAN CCLINK轉(zhuǎn)CAN
JM-CCLKIE-CAN CCLINK IEFB轉(zhuǎn)CAN

協(xié)議轉(zhuǎn)換拓?fù)鋱D:

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CAN協(xié)議網(wǎng)關(guān)模塊應(yīng)用場(chǎng)景

(一)汽車電子控制系統(tǒng)

(二)動(dòng)力系統(tǒng):連接發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)、變速箱控制單元(TCU)、電池管理系統(tǒng)(BMS)等,實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳輸、能量管理等功能的協(xié)同控制。例如,BMS 通過CAN總線將電池狀態(tài)信息發(fā)送給 ECU,ECU 根據(jù)這些信息調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率,以優(yōu)化燃油經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性能。

(三)底盤控制系統(tǒng):用于電子穩(wěn)定程序(ESP)、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)(ABS)、電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)等之間的通信。當(dāng)車輛遇到緊急情況時(shí),ESP 通過 CAN總線與 ABS 和 EPS 進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互,協(xié)調(diào)各系統(tǒng)工作,確保車輛行駛穩(wěn)定性和安全性。

(四)車身電子系統(tǒng):如車門控制、車窗控制、座椅調(diào)節(jié)、空調(diào)系統(tǒng)等設(shè)備之間通過CAN總線進(jìn)行通信,實(shí)現(xiàn)車身功能的智能化控制和集成。比如,當(dāng)駕駛員通過車門控制模塊發(fā)出鎖車指令時(shí),該指令通過CAN總線傳輸?shù)礁鱾€(gè)車門控制單元,實(shí)現(xiàn)同時(shí)鎖車功能。


(五)工業(yè)自動(dòng)化

(六)分布式控制系統(tǒng)(DCS):在大型工業(yè)生產(chǎn)過程中,如化工、電力、冶金等行業(yè),CAN總線用于連接分布在不同位置的控制器、傳感器和執(zhí)行器,實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控和控制。例如,在化工生產(chǎn)中,溫度、壓力、流量等傳感器將數(shù)據(jù)通CAN總線傳輸給控制器,控制器根據(jù)預(yù)設(shè)的控制策略通過CAN總線向閥門、泵等執(zhí)行器發(fā)送控制指令,確保生產(chǎn)過程穩(wěn)定運(yùn)行。

(七)工業(yè)機(jī)器人:用于機(jī)器人的各個(gè)關(guān)節(jié)控制器、驅(qū)動(dòng)器以及傳感器之間的通信,實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的精確運(yùn)動(dòng)控制和感知功能。例如,機(jī)器人的視覺傳感器通過CAN總線將圖像數(shù)據(jù)傳輸給主控制器,主控制器根據(jù)這些數(shù)據(jù)計(jì)算出目標(biāo)位置,并通過CAN總線向關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器發(fā)送控制信號(hào),使機(jī)器人能夠準(zhǔn)確地抓取物體。


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CANopen是應(yīng)用層協(xié)議(OSI 模型的第 7 層),在CAN的基礎(chǔ)上定義了數(shù)據(jù)組織、設(shè)備交互規(guī)則以及標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用接口,解決的是傳輸什么數(shù)據(jù)以及如何交互的問題。CANopen廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化中的 PLC、伺服驅(qū)動(dòng)器、I/O 模塊等設(shè)備間通信,以及醫(yī)療設(shè)備、電梯控制、機(jī)器人關(guān)節(jié)通信等場(chǎng)景。它預(yù)定義了標(biāo)準(zhǔn)化的通信對(duì)象(PDO/SDO)、設(shè)備配置文件(DS - 4xx),支持復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌ㄖ鲝?、多主),可?shí)現(xiàn)即插即用與設(shè)備互操作性。最初用于運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域,如今已廣泛應(yīng)用于醫(yī)療設(shè)備、越野車輛、船舶電子、鐵路系統(tǒng)和樓宇自動(dòng)化等多個(gè)領(lǐng)域,適用于各種需要設(shè)備之間高效通信和互操作的自動(dòng)化場(chǎng)景。


常見的CANopen協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)模塊

產(chǎn)品型號(hào) 產(chǎn)品功能
JM-COP-RTU CANopen從站轉(zhuǎn)Modbus RTU
JM-ECT-COP CANopen從站轉(zhuǎn)EtherCAT從站
JM-COP-CAN CANopen從站轉(zhuǎn)CAN
JM-COP-TCP CANopen從站轉(zhuǎn)Modbus TCP
JM-DP-COP CANopen從站轉(zhuǎn)Profibus DP從站
JM-PN-COP CANopen從站轉(zhuǎn)Profinet從站
JM-EIP-COP CANopen從站轉(zhuǎn)EtherNet/IP從站
JM-COP-CCLKIE CANopen從站轉(zhuǎn)CC-Link IEFB從站
JM-CCLK-COP CANopen從站轉(zhuǎn)CC-Link從站
JM-DNT-COP CANopen從站轉(zhuǎn)CC-Link從站

協(xié)議轉(zhuǎn)換拓?fù)鋱D:

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CANopen協(xié)議網(wǎng)關(guān)模塊應(yīng)用場(chǎng)景

·工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線

多軸運(yùn)動(dòng)控制:在自動(dòng)化生產(chǎn)線中,常用于控制多個(gè)伺服電機(jī)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)精確的位置控制和速度同步。例如,在印刷生產(chǎn)線中,通過CANopen網(wǎng)絡(luò)可以將各個(gè)印刷單元的電機(jī)進(jìn)行同步控制,確保印刷圖案的準(zhǔn)確性和一致性。

設(shè)備互聯(lián)與監(jiān)控:連接各種工業(yè)設(shè)備,如可編程邏輯控制器(PLC)、變頻器、傳感器、執(zhí)行器等,實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的互聯(lián)互通和集中監(jiān)控。例如,在一條自動(dòng)化裝配生產(chǎn)線上,PLC通過CANopen總線與各個(gè)工位的傳感器和執(zhí)行器進(jìn)行通信,實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)過程,當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí)及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)并采取相應(yīng)的措施。

·電梯控制系統(tǒng)

電梯轎廂與機(jī)房通信:用于連接電梯轎廂內(nèi)的控制面板、門機(jī)控制器與機(jī)房?jī)?nèi)的主控制器、變頻器等設(shè)備,實(shí)現(xiàn)電梯的運(yùn)行控制、狀態(tài)監(jiān)測(cè)和安全保護(hù)功能。例如,轎廂內(nèi)的樓層呼叫信號(hào)通過CANopen總線傳輸?shù)綑C(jī)房主控制器,主控制器根據(jù)電梯的當(dāng)前位置和運(yùn)行狀態(tài),通過CANopen總線控制變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī),使電梯準(zhǔn)確??吭谀繕?biāo)樓層。

群控系統(tǒng):在多臺(tái)電梯的建筑物中,CANopen總線可以將各臺(tái)電梯的控制器連接成一個(gè)群控系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)電梯的優(yōu)化調(diào)度和協(xié)同工作。通過CANopen網(wǎng)絡(luò),群控系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)獲取每臺(tái)電梯的運(yùn)行狀態(tài)信息,根據(jù)樓層呼叫情況和電梯負(fù)載情況,合理分配電梯任務(wù),提高電梯運(yùn)行效率和服務(wù)質(zhì)量。

·醫(yī)療設(shè)備

醫(yī)療監(jiān)護(hù)設(shè)備:如多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀、中央監(jiān)護(hù)系統(tǒng)等,通過 CANopen 總線可以將各種生理參數(shù)傳感器(如心電、血壓、血氧等)與監(jiān)護(hù)儀的主控制器連接起來,實(shí)現(xiàn)對(duì)患者生命體征的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)處理。同時(shí),監(jiān)護(hù)儀還可以通過 CANopen 網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒氡O(jiān)護(hù)系統(tǒng),方便醫(yī)護(hù)人員集中監(jiān)控和管理多個(gè)患者的病情。

醫(yī)療機(jī)器人:在手術(shù)機(jī)器人、康復(fù)機(jī)器人等醫(yī)療機(jī)器人中,CANopen用于連接機(jī)器人的各個(gè)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器、傳感器和控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的精確運(yùn)動(dòng)控制和操作。例如,手術(shù)機(jī)器人的機(jī)械臂關(guān)節(jié)通過CANopen總線接收控制系統(tǒng)發(fā)送的運(yùn)動(dòng)指令,精確地執(zhí)行手術(shù)操作,同時(shí)傳感器將機(jī)械臂的位置、力度等信息反饋給控制系統(tǒng),確保手術(shù)的安全性和準(zhǔn)確性。



審核編輯 黃宇

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