基于GD32F427VE与多个GD32F305RC的CAN通信开发板源程序工业冗余现场总线解决方案

2023-10-24 10:55

本帖最后由 515192147 于 2024-12-4 10:18 编辑

#申请原创#  1.       概述：
工业现场总线是工业自动化的神经系统，速度一般在1MBPS左右，传送小数据包，通过屏蔽双绞线通信，传送距离远，接口成本低，抗干扰能力强，实时性好，目前，国际上各种各样的现场总线有几百种之多，统一的国际标准尚未建立。
CAN总线不是现场总线，CAN总线编程复杂，需对CAN包拆包、并包，对Id的过滤进行设置，并需对通信总线的负载、丢包(通信质量)进行监视管理，以及考虑怎样与用户的控制器交换数据；能封装这些功能的的CAN总线的高层协议是现场总线，如CANWeb、CANOpen、DeviceNet、J1939、ISO11783、CANKingdom、SDS、iCAN等CAN高层协议。
2.       国产GD32F系列芯片现场总线CANWeb方案介绍：
采用国产大厂兆易创新的芯片GD32F427VE（双CAN+以太网接口）及GD32F305RC（双CAN接口），CANWeb现场总线结合芯片CAN总线、以太网的优点，Web可视化调试，用于替代RS485通信，CANWeb节点价格与RS485类似，但速度、可靠性却天壤不同，CANWeb总线为双绞线串接通信，布线、接口成本低，总线可选冗余。
2.1.       CANWeb现场总线冗余网络结构：
CANWeb现场总线结合CAN总线、以太网的优点，将节点管理功能和实时数据通信功能分离，Web监控节点通信负载及通信质量，Web调试节点(不需要控制器就可监控节点)及配置参数；不同于主从问答通信，CANWeb是触发小包通信，检测到节点信号变化即发送(通过对上传数据设置最大/最小周期，保证不变化的数据周期上传，变化频繁的数据不会堵塞总线的通信)，实时性更好，通信负载小；CANWeb节点价格与RS485类似，但速度、可靠性却天壤不同，CANWeb总线为屏蔽双绞线并接或光纤串接通信，布线、接口成本低，全部光电隔离设计，总线可选冗余、多主站，冗余总线可应用于高可靠的控制系统。
通信编程简单：CANWeb网关自动通过CAN总线与串接的多个(最多99)IO节点模块实时交换输入\输出数据，并将这些数据分配到CANWeb网关模块存储空间不同的地址中（用户不需要了解CAN协议，这些地址及实时数据可Web页面查看），用户只需与CANWeb网关模块的存储空间的实时数据进行通信，通过一、二个大数据包命令（如120个WORD的Modbus数据包），就可以监控多个不同的IO模块设备，用户不需要和数量众多(最多99)的IO模块直接通信。
通信协议丰富：CANWeb网关支持冗余的以太网及RS485_Modbus、Profibus DP、EtherCAT、PROFINET等协议，很容易和PLC、DCS、上位机等设备高速交换通信，提供与控制器及上位软件通信的说明及案例，并可以定制通信协议；支持云Modbus功能,可方便通过互联网与固定IP云服务器双向实时通信，契合当下最流行的“物联网”、“云计算”概念。
CANWeb主要有4类设备：CANWeb网关(CW_GW)、CANWeb中继器(CW_RP)、CANWeb节点(CW_ND/IO)、CANWeb节点网关(CW_NGW)，4类设备都已实现量产；
CANWeb冗余双网现场总线控制系统网络结构（共用）：
非冗余的现场总线一般只能用于非重要的现场信号的采集，在有控制输出(DO/AO)或有重要的信号测点需采集的现场总线控制系统中，国家标准都有严格的冗余配置现场总线及供电的设计要求及对应的严格测试验收规定；
冗余双网现场总线控制系统分3层：MMI层(人机界面)、控制器层、IO总线层

2.1b. CANWeb现场总线单CAN网络结构：

2.2. CANWeb网关模块（CNW_GW)：
采用GD32F427VE为主控芯片，芯片含2个CAN、一个以太网、6个串口，高达200Mhz主频，高达3M Flash，前512k Flash零等待，芯片的高性能、高稳定，远非国外类似芯片可比！！！
得益于GD32F427VE的优异性能，该方案主要有以下优势：
通过CANWeb网关的以太网Web页面，可视化完成节点管理功能：含节点列表管理、节点实时数据的监控、强制、远程重启、参数配置、实时自检(IO模块发包数、丢包数、发包间隔时间、实时负载、最大负载、最小负载、温度、断线)等功能；
实时数据通信功能：CANWeb网关可支持以太网及RS485_Modbus等协议，很容易和PLC、DCS、上位机等设备高速交换通信。
CANWeb网关自动通过CAN总线与串接的多个IO节点模块实时交换数据，并将这些数据分配到CANWeb网关模块存储空间不同的地址中（用户不需要了解CAN协议），用户只需与CANWeb网关模块通信，通过一、二个Modbus命令，就可以监控多个不同的IO模块设备。
CANWeb网关模块支持云Modbus功能，可方便通过互联网与固定IP云服务器双向实时通信，契合当下最流行的“物联网”、“云计算”概念。

上图为铝合金壳立式结构及安装示意图网关

上图为铝壳平放结构网关

2.3. CANWeb_IO模块(CNW_IO):
采样GD32F305RC为主控芯片，芯片含2个CAN、5个串口，高达120Mhz主频，高达3M Flash，前256k Flash零等待，芯片的高性价比及高稳定性特别适用于数量及品种繁多的IO模块产品。
CANWeb_IO模块配置2路光隔离CAN，常用的DI、DO、AI(mA/V、TC、RTD)、AO等类型，通过冗余CAN总线与CANWeb网关模块实时交换数据。

3. 基于GD32F系列芯片的现场总线开发板介绍：
为推广GD32F系列芯片的使用，我们推出基于GD32F系列芯片的现场总线开发板，开发板编程简单，无开发技术门槛，用户可在此开发板的PCB文件及Keil源程序基础上，只需调用几个函数就能轻松、快捷开发自己的CANWeb总线产品，如多通道DI、DO、AI、AO模块、温度、压力现场智能仪表、电动调节阀、电磁阀、电量表、RS485网关(可与RS485的设备通信) 等设备，并可通过网关的以太网Web页面可视化调试、配置开发的总线产品；
开发板含：6DI(Dip)+6DO(Led)+1AI(旋钮)+1AO(Led电压输出)
开发板类型：
GD32F303RC CANWeb_IO开发板(单光隔CAN,64脚)
GD32F305RC CANWeb_IO开发板(双光隔冗余CAN,64脚)
GD32F427VE CANWeb_网关模块（光隔CAN+以太网）

3b. Web页面浏览：

通过网关的网口可Web浏览所挂节点列表，下图为1个网关连接3个节点的列表：

标号9为为网关模块所带IO模块的列表；

标号1为总的最小、最大、实时负载，总实时负载应小于总线速度的1/3；

标号2为每个IO模块的最小、最大、实时负载；

标号3为IO模块的向网关发送的CAN包数_STxCnt；

标号4为IO模块的向网关发送的CAN包数与网关模块收到包数的差值_DltRcv

标号5为IO模块的向网关发送的CAN包的间隔时间，单位为毫秒

标号6为IO模块的的温度（IO模块需配 DS18B20温度传感器）

标号7为IO模块的变量WORD数量配置正确与否

标号8为IO模块的的通信正常与否

注意：

标号4_DltRcv正常运行应为定值，如持续变化，表示CAN通信有丢包，需检查通信线接线，调小网络CAN通信速度，或在CAN网络中增加个中继器

标号1总实时负载如大于总线速度的1/3，可调大网络CAN通信速度、调大IO节点模块的MXPD/MNPD参数；

4. 国产GD32F系列芯片现场总线应用案例：
下图为1个大型电厂的温度采集系统，分2路CANWeb总线，每路带62个8路热电偶CNW_IO模块，共992个温度采集点,项目使用4片GD32F427VE、124片GD32F305RC芯片，采集系统CAN总线冗余，网关模块冗余，通过2路冗余Profibus DP 送电厂DCS，数据刷新周期小于500毫秒。

支持“ 研电赛”，凭学生证优惠 GD32F30x现场总线开发板套件，详细见：

01CANWeb冗余现场总线介绍.zip (4.42 MB)

2024-10-9 15:12 上传
点击文件名下载附件

02高可靠行业冗余现场总线设计.zip (8.19 MB)

2024-10-9 15:12 上传
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03CANWeb节点网关与冗余现场总线控制设备及仪表.zip (6.47 MB)

2024-10-9 15:12 上传
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05CANWeb节点开发板V3使用说明.zip (3.76 MB)

2024-10-9 15:12 上传
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做文明观众，下载请顶贴！！！！

2025-3-25 17:48

MintMilk 发表于 2025-3-24 18:16
简单说，现场总线就像一条信息高速公路，连接着制造现场的设备和控制室，让它们能快速交流数据。
...

国家级的高速公路用冗余光纤、省级的用冗余以太网，县级的用冗余的CANWeb总线，物尽其用，美美与共

2025-3-21 09:18

本帖最后由 515192147 于 2025-3-21 09:25 编辑

FranklinUNK 发表于 2025-3-20 23:02
这个can稳定吗？

您好，任何一个总线都不能保证100% 的稳定及通信没有丢包失败，在保证接线可靠、标准的前提下，也必须对通信总线的通信状态实时自检(各节点发包数、丢包数、发包间隔时间、实时负载、最大负载、最小负载、温度、断线)，如自检不稳定（通信负载高、节点通信丢包），可通过降低总线的通信额度速度、减少总线的总节点数、降低节点的负载等措施，这就需您的这个现场总线有强大的管理功能！！！CANWeb总线通过网关的以太网Web页面，可可视化完成这些节点管理功能

2025-2-28 15:46

本帖最后由 515192147 于 2025-2-28 15:47 编辑

gouguoccc 发表于 2025-2-27 21:18
感谢分享，楼主设计的这个产品已经批量应用了吗？

已经批量应用了
CANWeb现场总线自2015年推出以来，作为用户控制器的远程现场总线IO模块，大概已有近2500个节点的使用案例，用户有：
谏壁电厂、南宁电厂、方家庄电厂等的远程温度数据采集系统（DAS）应用；
南京科远驱动技术有限公司也在大量采购8DI8DO模块；
在新疆、内蒙古煤化工行业也大量使用；
有FP及合同可证明的

2025-2-24 17:01

Pretext 发表于 2025-2-8 16:55
当我们谈论工业现场总线时，我们是在谈论can总线吗？,

目前，国际上各种各样的现场总线有几百种之多，统一的国际标准尚未建立；较著名的有基金会现场总线（FF）、HART现场总线、CAN高层协议的CANWeb和CANOpen、DeviceNet、LONWORKS现场总线、PROFIBUS DP现场总线、PHEONIX公司的INTERBUS、AS－INTERFACE总线等。
有的是基于CAN的，有的不是；

2025-1-15 21:12

jdqdan 发表于 2024-12-22 21:20
可如果不使用屏蔽双绞线，通信失败的概率高吗？

距离近，双绞线也可以的

2024-12-3 16:47

guijial511 发表于 2024-12-2 19:05
还是第一次听说CAN WEB，空了学习一下。

可以借套硬件给您测试下，硬件见文中的开发板使用说明

2024-12-2 16:40

kzlzqi 发表于 2024-8-30 16:05
通过CANWeb网关的以太网Web页面，可视化完成节点管理功能

监控模块数据的变化，控制模块的输出并可监视通信的丢包的，也可监视CAN通信的负载

2024-10-9 15:30

xiaoqizi 发表于 2023-11-6 21:13
一条can总线可以带多少个节点啊

can总线最多可支持挂载112个CAN节点，CANWeb支持99个CANWeb节点

2024-9-10 10:43

kzlzqi 发表于 2024-8-30 16:05
通过CANWeb网关的以太网Web页面，可视化完成节点管理功能

通过Web页面测控开发板的DO、AO时必须断开CANWeb网络与用户控制器的通信！
开发板含6DI（Dip开关）+6DO（Led）+AI（旋钮）+AO（Led电压输出）

2024-7-12 16:27

小夏天的大西瓜发表于 2024-1-27 21:01
CAN总线进行数据通信稳定

通过 Web可监视通信的丢包的，也可监视CAN通信的负载

2024-5-22 09:29

申小林一号发表于 2024-4-30 17:04
非常不错的帖子，值得推广扩散！！！

谢谢夸奖

2023-12-27 16:58

本帖最后由 515192147 于 2024-10-9 15:22 编辑

现在支持冗余 CANFD的芯片，价格便宜的不多，只能用于高端的控制系统

2023-12-6 18:38

yangxiaor520 发表于 2023-11-14 07:50
如果升级成CANFD就更好了

学院已经安排一个博士带队开发了，弄好第一个通知您

2023-11-13 21:59

tpgf 发表于 2023-11-6 16:05
canweb和我们常说的can有什么区别吗

CAN总线不是现场总线，CAN总线编程复杂，需对CAN包拆包、并包，对Id的过滤进行设置，并需对通信总线的负载、丢包(通信质量)进行监视管理，以及考虑怎样与用户的控制器交换数据；能封装这些功能的的CAN总线的高层协议是现场总线，如CANWeb、CANOpen、DeviceNet、J1939、ISO11783、CANKingdom、SDS、iCAN等协议。

2023-11-1 20:51

欢迎大家下载资料