现在测控范畴呈现的现场操控技能——现场总线[1](field bus)正在逐渐成为现场操控技能的干流。现场总线是用于现场外表与操控体系和操控室之间的一种全涣散、全数字化的智能、双向、多变量、多点、多站的通讯体系，按ISO的OSI规范供给网络服务，具有牢靠性高，安稳性好，抗搅扰才能强，通讯速率快，造价低，维护本钱低一级长处。传统的现场操控技能(例如BITBUS，RS-485,RS-422等)其不足之处首要有：
(1)主从结构网络上只能有一个主节点，其他为从节点。其构成的潜在损害是：一旦主节点呈现毛病，则整个体系将处于瘫痪状况。
(2)数据通讯办法为指令呼应型。在许多实时性要求较高的场合，这是丧命的缺点。过错处理才能不强。
(3)不能供给相似LAN那样的网络办理(network management)功用，然后不能对整个体系进行实时、有用、便利的监控和维护。
现场总线很好地处理上述问题。其间较有代表性的有Motorola的LON(local operation network);Bosch公司的CAN(control area network)。其间LON适用于一些大型的、对呼应时刻要求不太高的分布式操控体系;而CAN则适用于小型的、实时要求高的体系。
CAN协议规则的网络体系结构由ISO-OSI七层结构中的三层组成，即物理层、数据链路层和使用层。它是一种专门用于工业主动化范畴的网络，不同于以太网等办理及信息处理网络，其物理特性和网络协议更着重主动化的底层监测和操控。从物理结构上看，它归于总线式通讯网络，但其共同的技能和规划，牢靠性及功用远高于BITBUS，RS-485等传统现场操控技能。特色首要有：能够多主办法作业，网络节点可分优先级，选用非破坏性总线判决技能，直接通讯间隔最远可达10 km(5 kb/s以下)，通讯速率最高可达1 Mb/s(间隔40 m)，信息传输选用短帧结构，每帧信息都有CRC校验，确保了数据出错率极低，在过错严峻的情况下节点能够主动封闭，堵截与总线的联络，通讯介质选用双绞线。
1 体系组成和作业原理
合肥国家同步辐射实验室(NSRL)的贮存环直径为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条光束线均匀5台真空计，合计约35台真空检测设备，别的每条光束线还运用一台真空计作为传感器用于真空联锁维护设备。因为真空检测设备及联锁维护设备有必要接近监测点，它们遍布整个贮存环大厅。这些真空计是84年树立实验室后逐年购进的，根本没有数据通讯接口，制作厂家也千差万别。贮存环真空检测首要有德国、日本、美国的真空计，光束线首要是国产真空计。可用于真空检测的模仿电平也不尽相同，别的贮存环大厅有许多电磁铁和高功率电源，是典型的强噪声环境，用模仿电平进行监测操控和组网是不切实际的，也是不牢靠的。因而现在NSRL的环真空监测是选用人工记载的办法，光束线真空监测根本不作记载。现在光束线用于操控各种阀门的真空联锁维护设备是模仿电路体系，为了进步呼应速度，直接从真空计的离子放逐大器上取出0～10 V的模仿电平，与联锁维护设备的衔接电缆阻抗十分高，很简单构成阀门的过错关断，也简单影响真空计的读数，乃至损坏真空计的离子放逐大器。一切这些关系到束流运转的安稳和寿数，是迫切需求处理的。
经过多方调研和比较，提出选用合适于高噪声环境运转的CAN总线组网。多个真空计及其联锁维护单元经过CAN操控器挂到CAN总线上，经过CAN总线与监控计算机互联，构成多主机部分操控网。现在NSRL的贮存环和光束线需求监控的节点约40个，二期改建工程完结后需求监控的节点将扩大到80个，而一条CAN网络可操控110个节点，完全能满意要求。该分布式测控体系结构组成如图1所示。
该体系的作业原理是经过监控计算机、真空传感器(真空计)、真空联锁维护单元，对贮存环、光束线的真空状况和各阀门的开关状况进行实时监控。监控计算机依据实测值与安全设定值进行比较、剖析和处理，及时供给语音、字符、图形、各种报警信号及相应的操控措施。因为贮存环、光束线实验站的真空状况要求相差很大，为了进步对真空事端的反应速度和牢靠性，贮存环和每个光束线实验站有相应的真空联锁维护单元。该单元直接接纳来自真空传感器的报警信号，可主动地或人为地作出相应的安全操控措施。该单元也经过CAN操控器挂到CAN总线上，使各种不安全要素得以及时、有用地调整和操控。
2 体系硬件组成
如图1所示，该体系硬件首要由监控计算机、真空传感器和真空联锁维护单元等几部分组成。
(1)监控计算机由通用PC机加PC-CAN适配卡及多媒体外设构成。PC-CAN适配卡选用国产的Hilon系列CAN总线工控产品，随卡的软件包可支撑用户开发专用的监控和驱动程序。
(2)真空传感器由规管和真空计组成。本实验室大多运用热阴极电离超高真空计和冷阴极磁控超高真空计。依据多年的运用经历，国外品牌功用较安稳、牢靠，而国内品牌相比之下较差，返修率也十分高。为此依据不同规管特性要求和结合国外产品经历的基础上开宣布两种类型的超高真空计：热阴极电离超高真空计和冷阴极磁控超高真空计。
热阴极电离超高真空计的内核为51系列单片机。经过详尽的布线、制版和抗搅扰规划，其A/D模块可精确丈量300 fA～1 μA的离子流，已超出大多数热阴极电离规正常作业时搜集的离子流规模。规管阴极灯丝电源规划为开关电源(100 kHz)，可供给0～5 A的电流，能有用驱动国外的大功率规管，维护功用极好。非易失性SRAM和时钟芯片可供给真空报警阈值设定及时钟。报警输出选用20 mA电流环，便于光阻隔和抗搅扰。报警反应时刻小于200 ms，满意除快阀外对一般阀门的操控。通讯接口有RS232C和CAN。CAN接口选用Philips公司的82C200通讯操控器和82C250总线收发器[2]。别的选用Watchdog技能和数字滤波以添加牢靠性。软件用工程C言语编写。显现选用6位高亮度数码管。键盘功用包含：除气、发射、报警阈值设定、时刻显现等功用。依据规管生产厂家供给的离子流与真空度曲线，现在该真空计适用于日本ANLVA公司的954-7902型规管，美国Varian公司的UHV-24型规管，以及国产的DL7和M001型规管。图2的Gao.Hot是在本实验室依照ISO/DIS3568国际规范制作的比对体系上为该真空计做的比对成果，运用的规管为954-7902型规管。图中的横坐标为BALZERS公司的IMG040型真空计的丈量值，相当于二次规范。
冷阴极磁控超高真空计的规划除规管所需电源为高压电源外，其它相似于热阴极电离超高真空计。高压电源选用为微通道板和光电倍增管规划的高精度电源模块，其结构紧凑、细巧。现在该真空计适用于BALZERS公司的IKR 020规管和国产M014型规管。比对成果如图2的Gao.Cold所示，运用的规管为IKR 020型规管。图中的曲折是因为测验时的规管下限为1×10-7 Pa。
(3)将冷阴极磁控超高真空计的规划简化后，用于光束线前端的快速封闭阀传感器及操控器，该传感器有两个20 mA电流环输出，一路用于关断快阀，一路去真空联锁维护操控器，用于联动光束线前端的水寒光屏和气动阀门。传感器所用规管坐落光束线后端的实验站邻近，报警阈值在1×10-1～1×10-5 Pa之间。在去除各种或许的窄脉冲搅扰后，报警呼应时刻小于500 μs，终究快阀关断应小于7 ms[3]。
(4)真空联锁维护操控器的规划着重牢靠性和抗搅扰性。规划中选用全阻隔技能。单片机体系的5 V电源直接由现在盛行的AC/DC开关电源功率模块得到，来自各种真空传感器的报警信号经过光偶阵列输入，数字体系的输出经过光偶阵列驱动开关阀门的功率可控硅阵列。因为开关无触点，运用寿数长。通讯接口CAN也经过两片数字式光偶阻隔。作业框图如图3。该设备的作业办法分联锁操控和手控两种办法。在贮存环、光束线实验站正常作业情况下，设备处于联锁状况;而在光束线调试的情况下，一般处于手控作业办法。需求手控作业时，有必要敲入暗码方可进入。因为手控作业时有必要能恣意开关操控各阀门，本规划最多可驱动24个阀门。一片8243用于扩展输出口，一片可编程的GAL16V8能够在呈现异常情况时进行必要的逻辑处理和操控。因为开关阀门所需的组合逻辑完全是可编程的，因而同一规划能够适用于不同类型的光束线实验站。
3 体系软件规划
根据PC的数据收集和处理体系能够运用PC机一切强壮的数据运算、存储才能和优秀的编程环境。体系软件规划选用NI公司的图形化虚拟仪器渠道LabVIEW,别的现在很多国内厂家及NI公司也供给包含PC/CAN，RS232C/CAN，RS485/CAN等现场总线硬件产品。运用这些硬件产品，运用NI的编程渠道很简单构筑专用的测控体系。因为该体系在Win95渠道下结构，能够充分运用其供给的各种多媒体功用，使用多种手段完结杰出的人机界面，然后简单完结强有力的剖析和处理等功用。
整个监控体系画面结构框图如图4所示，首要由六部分组成，其间操控和监测子体系画面中能够显现该子体系的一切首要真空计、各阀门的开关状况、重要参数以及各参数的实时曲线和前史曲线;报警子画面显现整个体系次序产生的一切报警事情、时刻;参数数据库实时记载整个体系一切重要参数改变。其间参数数据库可经过DDE功用和运用Excel完结。
4 结语
现在，根据CAN总线的NSRL光束线及环真空监控体系的硬件规划除联锁维护操控器没有终究完结外，其他已根本完毕。其间的两种超高真空计规划将作为独立项目进行成果鉴定。两种真空计的量程规模分别为2.5×10-9～1.0×10-1 Pa和1.35×10-8～1.0×10-1 Pa。CAN以其杰出的特性及极高的牢靠性，特别合适工业进程等监控设备的互联，遭到工业及仪器、外表范畴的广泛注重，并现已被公认为几种最有出路的现场总线之一，且成为国际规范(ISO 11898)[4]。本体系的终究完结和施行，必将进步NSRL真空监测和联锁维护的牢靠性及实时性，也将使NSRL的现场测控技能进步到一个新的水平，并向国际水平挨近。作为现场总线的典型使用，也将有极高的推行价值。
