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LON控制网络与CAN总线技术差异分析

2015-12-7 12:00| 发布者: 汇思锐| 查看: 896| 评论: 0

摘要: 自动化领域广泛采用的LON控制网络技术和CAN总线技术,往往人们认识模糊,难以分辨它们在工程应用中的差异,本文对此做详细比较及应用差异分析。


一、Lonworks网络技术介绍
    美国Echelon公司于1991年提出了LonWorks(Local Operating Networks,局部操作网络)网络,简称L0N网,它标志着控制系统网络的新纪元。LonWorks是一种完整的、全开放的、可互操作的、成熟的和低成本的分布式控制网络技术,众多的制造厂和用户纷纷在其控制网络方案中采用LonWorks技术。

    到目前为止,全世界已有2500多家公司利用 LonWorks技术生产各种各样的LonWorks产品,以满足现代化楼宇、工厂、交通运输系统、城市基础设施(水、电、气等)、家庭等环境自动化系统的分布式控制网络要求。在1995年,LonWorks控制网络被美国确定为楼宇自动化控制网络标准的一部份。目前,世界大的楼宇控制公司,如霍尼韦尔、安德沃、西比、江森、兰吉尔、萨切维尔等都正在采用LonWorks技术改造产品,已形成世界技术潮流。

    LONWorks是唯一涵盖全部3个层次(Sensor Bus、Device Bus和Field Bus),符合150/0517层参考模型的现场总线技术。在一个多种层次的现场总线产品并存竞争的现实环境下,LonWorks兼收并蓄,成为连接过去、包容现在、面向未来的工业总线技术。

  LonWorks网络上的每个控制点称为LonWorks接点或LonWorks智能设备,它包括一片Neuron神经芯片、传感和控制设备、收发器(用于建立Neuron芯片与传输之间的物理连接)和电源。

    Neuron神经芯片是节点的核心部分,它包括一套完整的通信协议,即LonTalk协议,从而确保节点问使用可靠的通信标准进行互操作。

     LonTalk通讯协议遵循ISO/OSI的全部七层模型。Neuron神经芯片内含三个八位CPU:第一个CPU为介质访问控制处理器,实现 Udallt协议的第1层和第2层:第二个CPU为网络处理器,实现LonTalk协议的第3层至第6层:第三个CPU为应用处理器,实现 LonTallt协议的第7层。

 LonTa1k协议是直接面向对象的网络协议,即,通过网络变量实现网络节点间的联结。当定义为输出的网络变量改变时,能自动地将网络变量的值发送出去,使所有该变量定义为输入的节点收到它的改变,以便激活相应的处理进程(事件触发型)。标准网络变量能使不同制造商的产品通过建立标准的数据传送模式、正确地翻译、传送数据,便于设备的互换和互操作。另外,由于网络变量的长度有限,最多31B,又提供了四种类型的报文服务:应答方式、请求/响应方式、非应答重发方式、非应答方式。LonWorks有完整的7层协议,具备了局域网的基本功能,与异型网的兼容性比任何现存的现场总线都好。它还提供了与LAN的接口,从而实现了二者的有机结合。

   LonWorks支持多种拓扑结构,如总线型、星型、环型和混合型等,及多种传输介质,如双绞线、电力线、无线电波、红外线、光纤、同轴电缆和电源线等。这样,可以根据不同的现场环境选择不同的收发器和介质。采用双绞线通信速率为78Kbps/2700m/每段64节点、 1.25Mbps/130m/每段64个节点。Motor01a已开发出IS一78本安物理通道,使LonWorks网络延伸到危险区域,还可以在单线缆中实现供电和通信。

  总之,Lodorks通过具有通信与控制功能的Neu-ron神经芯片、收发器、电源、传感器和控制设备构成的网络节点,采用专用的编程工具Neuron C,利用所提供的开发工具LonBuilder,NodeBuilder和LVS技术,可以快速、方便地开发节点和联网。当有大量的短消息需要频繁通信应用时,是一个普及、低成本的总线系统。

    LonWorks技术在楼宇自控系统中的技术上的优势:
1.直接互联性。不同品牌、功能的DDC组成一个统一控制网络协同工作。
2.自主通信。数个小规模DDC分布式布置,联合运行,在功能方面完全替代了单CPU多I/O点的中大型DDC。
3.网络结构多样化,易于适应用户的不同需求。
4.系统响应速率。在合理配置网络设备和选择合理的网络结构的前提下,作为现场总线的一种,LonWorks也与其他种类的现场总线类似,数据结构、通信顺序复杂,传输数据量庞大,对硬件资源配置需求高,虽然系统开发较易人门,但随着技术介入深度加大,专用软件的购置费用许可证及技术专利等知识产权相关费用也随之上升。

二、Can总线介绍
    控制器局部网(CAN-CONTROLLER AREA NETWORK)是BOSCH公司为汽车控制系统应用而推出的一种多主机局部网,由于其卓越性能、低廉的开发成本,以及大量的技术人才贮备,CAN总线技术在我国也得到了普及推广,现已广泛应用于交通运输、建筑智能化、环境控制、工业自动化、医疗仪器等领域。

   基于对控制系统高可靠性、高灵活性要求,工业控制系统的发展方向主要表现为:多元化控制与分布式结构,即负载分散、功能分散、危险分散和地域分散。分布式工业控制系统就是是以电脑为核心,将5C技术--COMPUTER(计算机技术)、CONTROL(自动控制技术)、COMMUNICATION(通信技术)、CRT(显示技术)和 CHANGE(转换技术)紧密结合的产物。它在适应范围、可扩展性、可维护性以及抗故障能力等方面,较之分散型仪表控制系统和集中型计算机控制系统都具有明显的优越性。

   分布式控制系统由现场设备、接口与计算机以及通信设备组成。现场总线能同时满足过程控制和制造业自动化的需要,因而现场总线已成为工业数据总线领域中最为活跃的一个领域。尽管目前对现场总线的研究尚未能提出一个完善的标准,但现场总线的高性能价格比将吸引众多工业控制系统采用。

   由于CAN为愈来愈多不同领域采用和推广,导致要求各种应用领域通信报文的标准化。为此,1991年9月PHILIPS SEMICONDUCTORS制订并发布了 CAN技术规范(VERSION 2.0)。该技术规范包括A和B两部分。2.0A给出了曾在CAN技术规范版本1.2中定义的CAN报文格式,而2.0B给出了标准的和扩展的两种报文格式。此后,1993年11月ISO正式颁布了道路交通运载工具--数字信息交换--高速通信控制器局部网(CAN)国际标准(ISO11898),为控制器局部网标准化、规范化推广铺平了道路。

Can总线的特点与优势:
1.CAN是到目前为止唯一有国际标准的现场总线。
2.CAN为多主方式工作,网络上任一节点均可在任一时刻主动地向网络上其他节点发送信息,而不分主从。
3.在报文标识符上,CAN上的节点分成不同的优先级,可满足不同的实时需要,优先级高的数据最多可在134μs内得到传输。
4.CAN采用非破坏总线仲裁技术。当多个节点同时向总线发送信息发生冲突时,优先级较低的节点会主动的退出发送,而最高优先级的节点可不受影响的继续传输数据,从而大大节省了总线冲突仲裁时间。尤其是在网络负载很重的情况下,也不会出现网络瘫痪的情况(以太网则可能)。
5.CAN节点只需要通过对报文的标识符滤波即可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式传送接收数据。
6.CAN的直接通信距离最远可达10km(速率5kbps以下);通信速率最高可达1Mbps(此时通信距离最长为40m)。
7.CAN上的节点数取决于总线驱动电路,目前可达110个。在标准帧报文标识符有11位,而在扩展帧的报文标识符(29位)的个数几乎不受限制。
8.报文采用短帧结构,传输时间短,受干扰概率低,保证了数据出错率极低。
9.CAN的每帧信息都有CRC校验及其他检错措施,具有极好的检错效果。
10.CAN通信介质可为双绞线、同轴电缆或光纤,选择灵活。
11. CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能,以使总线上其他节点的操作不受影响。
12. CAN总线具有较高的性能价格比。它结构简单,期间容易购置,每个接点的价格较低,而且开发技术容易掌握,能充分利用现有的单片机开发工具。

三、lonworks与Can总线性能差异:
    在总线标准中LonWorks和CAN总线以其高性能、高可靠性、极其独特的设计越来越受到人们的重视。
1、CAN是一个允许任何网络节点和其他网络节点在同一个网络中交流的多方协议,lonworks是一个支持多方操作,以及允许任何网络节点和其他网络节点在同一个网络中交流的LonTalk协议。
2、CAN总线没有逻辑地址,也不是一个路由协议,LonTalk协议包含了逻辑地址,同时也是一个路由协议。
3、CAN总线为了非破坏性冲突利用载波感,多址接入。Lonworks利用预测持久的载波感,多址接入和冲突解决以及冲突避免。
4、CAN总线和Lonworks都使用一个具有不同数据字节的固定格式的帧,CAN是0到8个字节,而Lonworks是1到288个字节,并且更长的文档转换要使用Lonworks FTP。
5、CAN总显得错误检测计划使用每一个链路层的知识,那些知识由所有结点或没有结点的信息提供,而Lonworks提供具有传输层知识的组播信息。
6、CAN总线的标准没有标出物理层规定的地址,Lonworks标准为了变压器隔离双绞线,电源线,RF和光纤定义了物理层。
7、CAN总线响应时间变化是根据信息大小,比特率,信息服务,资源处的主机处理器,目的节点,调度实施的效率和协议层3,4,5,6,7.。Lonworks的响应时间由于位和时钟的不同而不同使用一个5Mbphs的网络和40MHz的时钟的响应时间会小于2.5ms。
8、CAN总线协议被用于实施SDS和DeviceNET,但这两个系统却没有互操作性。Lonworks设备使用相同的Lon Talk协议。

    相比于Lonworks,CAN的有时是小于2毫秒的响应时间。但是Lonworks也有许多自己的优势,比如它有多方多媒体的支持,还有完全的内置安全系统和信息服务的路由协议,比CAN总线更少的开发时间,拥有开放的,且同行使用相同基础设施的多方市场,还有一点,Lonworks有更少的节点耗资,但使用寿命会更长。



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