高可靠性CAN-bus以太网冗余组网方案

构建高可靠性网络架构的冗余设计为了确保网络系统的高可靠性和可用性，冗余设计是一个非常重要的方面。

冗余设计通过多重备份和冗余路径来避免单点故障，提高系统的容错性和稳定性。

本文将重点探讨构建高可靠性网络架构的冗余设计方案。

一、冗余设备备份在网络架构中，设备的故障可能会导致整个系统的瘫痪。

为了避免这种情况，我们可以采用冗余设备备份的方式。

具体而言，可以添加备用路由器、交换机、防火墙等网络设备，与主设备构成冗余设备组。

当主设备故障时，备用设备会快速接管工作，确保网络的持续可用性。

此外，为了提高冗余设备备份的效果，也可以采用热备份和冷备份的方式。

热备份指备用设备与主设备同时工作，实时同步数据和状态，可以立即接管工作。

而冷备份是备用设备处于待命状态，只在主设备故障时才启动，较热备份的恢复时间会稍长一些。

二、冗余路径设计除了设备的冗余备份，冗余路径的设计也是构建高可靠性网络架构的重要组成部分。

冗余路径指多条物理路径或逻辑路径与主路径并行，一旦主路径故障，冗余路径能够自动接管网络通信流量。

常用的冗余路径设计包括主备链路、负载均衡和多路径路由。

主备链路是指同时使用两个或多个独立的物理链路，其中一个链路是主链路，其他链路是备用链路。

主链路负责承担主要的通信流量，备用链路处于待命状态。

当主链路故障时，备用链路自动接管通信流量，保证网络的连通性。

负载均衡是将通信流量平均分配到多个链路或设备上，以实现流量的均衡分担和冗余。

通过负载均衡，当某个链路或设备故障时，其他正常的链路或设备可以承担更多的流量，确保网络的可用性。

多路径路由是通过同时使用多条路径来传输数据，以提高网络的容错性和带宽利用率。

当某条路径故障时，数据可以通过其他可用的路径传输，保证通信的连续性。

三、冗余电源设计冗余电源设计是为了防止电源故障导致网络系统的停电和数据丢失。

通过为关键设备和服务器提供冗余电源供应，可以确保在主电源故障时，备用电源能够及时接管，保持网络的正常运行。

现场总线CAN-bus的现场安装注意事项和组网方式一、有关CAN的基础知识1．什么事CANCAN，全称为“Controller Area Network”，即控制器局域网，是国际上应用最广泛的现场总线之一。

最初，CAN被设计作为汽车环境中的微控制器通讯，在车载各电子控制装置ECU 之间交换信息，形成汽车电子控制网络。

比如：发动机管理系统、变速箱控制器、仪表装备、电子主干系统中，均嵌入CAN控制装置。

一个由CAN 总线构成的单一网络中，理论上可以挂接无数个节点。

实际应用中，节点数目受网络硬件的电气特性所限制。

本广播系统同一网络中允许挂接110个节点。

CAN是一种多主方式的串行通讯总线，基本设计规范要求有高的位速率，高抗电磁干扰性，而且能够检测出产生的任何错误。

CAN能够使用多种物理介质，例如双绞线、光纤等。

最常用的就是双绞线。

信号使用差分电压传送，两条信号线被称为“CAN_H”和“CAN_L”，静态时均是2.5V左右，此时状态表示为逻辑“1”，也可以叫做“隐性”。

用CAN_H比CAN_L高表示逻辑“0”，称为“显形”，此时，通常电压值为：CAN_H = 3.5V 和CAN_L = 1.5V 。

2．CAN的特点CAN具有十分优越的特点。

这些特性包括：●国际标准的工业级现场总线，传输可靠，实时性高；●传输距离远（无中继时最远10Km，5Kbps速率下），传输速率快（最高可到1Mbps，此时通信距离最长为40m）；●单条总线最多可接110 个节点，并可方便的扩充节点数；●CAN为多主方式工作，即总线上各节点的地位平等，网络上任一节点均可在任意时刻主动向网络上其他节点发送信息，而不分主从，突发数据可实时传输；●非破坏的总线仲裁技术，可多节点同时向总线发数据，总线利用率高；●出错的CAN 节点会自动关闭并切断和总线的联系，不影响总线的通讯；●报文为短帧结构并有硬件CRC 校验，受干扰概率小，数据出错率极低；●对未成功发送的报文，硬件有自动发功能，传输可靠性很高；●具有硬件地址滤波功能，可简化软件的协议编制；●通讯介质可用普通的双绞线、同轴电缆或光纤等；3．CAN-bus 与RS-485 比较与通常应用的RS-485 标准相比，现场总线CAN-bus 具有更多方面的优势，可以完全取代RS-485 网络，从而组建一个具有高可靠性、远距离、多节点、多主方式的设备通讯网络。

双冗余网络在励磁装置中的应用及可靠性分析李志军杨彦杰（河北工业大学, 天津300130 ）摘要:为了保证励磁装置的通讯可靠性，本文基于CAN总线的相关理论和技术特点,提出了一种双冗余容错的CAN网络设计理念，采用双模冗余结构同时运行的设计方案，对总线控制器、驱动器、传输介质进行了全面冗余。

设计了基于dsPIC 30F6014的带冗余CAN通道的节点硬件部分和适合于励磁装置的CAN总线应用层协议，编制了相关的通讯程序。

并分别对单通道CAN和双冗余CAN网络拓扑结构进行了可靠性分析。

最后，通过试验验证了冗余总线设计方案的可行性和可靠性。

关键词：励磁装置，可靠性，双冗余通讯，CAN网络，dsPIC中图分类号：TM712 文献标识码：文章编号：1.说明励磁控制装置是同步发电机的一个重要组成部分，其主要作用是维持发电机端电压处于给定水平。

一般由励磁调节单元、励磁功率单元、灭磁保护单元三部分构成[1]。

数字式励磁装置中的每个单元的核心处理工作都由微处理器来完成，在系统运行期间，需要在各个单元之间传递模拟量、开关量以及可修改的参数等数据信息。

因此需要通过为每一个单元集成 CAN 通讯接口并将各个接口连接成一个现场总线网络的设计方案,来实现各单元之间数据的实时传输和通讯。

虽然CAN协议自身有比较强的检错和纠错能力，但是在工业控制现场的复杂环境中，机械和电磁的噪声等都会影响CAN总线的可靠通信，进而使得系统的整体可靠性大大降低[2]，解决这个问题的有效办法是采取冗余设计。

为了提升CAN总线在励磁控制系统中通讯的可靠性，本篇论文介绍了一种基于dsPIC[3]的双路CAN总线冗余通讯设计方案，并进行了可靠性分析。

2.冗余通讯系统的设计方案和硬件实现冗余设计一般包括部分冗余和全面冗余方法[4]。

由于部分冗余设计通常仅实现了物理介质和物理层的冗余，CAN总线通信的实时性和可靠性仍不能得到有效保证。

全面冗余方法对传输介质、数据链路层及物理层甚至是应用层都进行了全面的冗余，因此可以大幅度提升系统的可靠性。

课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院 教研室：自动化 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算学 号学生姓名 专业班级 课程设计（论文）题目CAN 总线的双机冗余系统设计 课程设计（论文）任务课题完成的功能、设计任务及要求、技术参数 实现功能CAN 总线的双机冗余系统设计，使在出现故障时能自动切换，保证系统安全、稳定运行。

设计硬件包括总线控制器、总线收发器及ATMEL 系列单片机及切换逻辑等。

软件采用汇编语言或C 语言，并调试与分析。

设计任务及要求1、确定设计方案，画出方案框图。

2、冗余系统硬件设计，包括元器件选择。

3、画出硬件原理图。

4、绘出程序流程图，并编写初始化、接收及发送程序。

5、要求认真独立完成所规定的全部内容；所设计的内容要求正确、合理。

6、按学校规定的格式，撰写、打印设计说明书一份；设计说明书应在4000字以上。

技术参数1、符合CAN2.0B 规范；2、40米内最高可达1Mbit/s ；（设计选定传输速率为125K bit/s ）3、可扩充110个节点；进度计划1、布置任务，查阅资料，确定系统设计方案（2天）2、系统硬件设计及模块选择（3天）3、系统软件设计及编写功能程序及调试（3天）4、撰写、打印设计说明书（1天）5、验收及答辩。

（1天） 指导教师评语及成绩 平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日摘要CAN总线的高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。

现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。

它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。

随着功能强大的单片机在控制领域应用的不断深入,容错控制系统也在不断地发展,在一些特定的场合下,如在航空航天、军事、铁路、石油、化工、电力等重要部门和在恶劣工作环境下工作的计算机控制系统,对系统安全性、可靠性、可用性的要求更高。

赫斯曼高可靠性工业网络解决方案一、工业现场总线解决方案——现场总线的冗余、容错结构各种现场总线，诸如Profibus、FIP、WorldFIP、Modbus Plus或Genius Bus 等，它们的通信等级一般都最接近于控制过程，因此有最严格的实时性和可靠性要求。

现场总线也有各种各样的冗余概念。

在大多数应用中，冗余环结构是最经济的。

与物理层、控制器和I/O的完全双冗余相比，超级冗余环（HIPER-Ring）以相当低的成本大大提高了工厂设备的可靠性。

例如，如果联接的线缆发生一处故障，环形结构将转换为通信功能相同的总线结构，从而排除这一故障的影响。

通常用户在应用级不会发现这个网络重组过程。

因此，我们的网络设备提供了一个故障信号触点以通知服务和维护人员发生报警。

线路故障时的网络重组时间只在数条信息的数量级——这是通过每个光纤模块对于环的连续动态监测实现的，而无需具有特殊设置的控制单元。

二、工业以太网解决方案——以太网冗余容错结构以太网在过去很长时间内被认为不适合工业应用。

目前以太网正处在它的第二次革命过程中，它以风暴般的速度迅速占领了自动化市场。

如今的以太网与25年前的CSMA/CD （载波侦听多路访问/冲突检测）已经没有太多的联系，可以完不犹豫地采用“实时性”这样的术语对它加以描述。

即使传统的总线结构，过去因为各网络设备分享带宽并因此不可避免地产生瓶颈和冲突，现在也可以用于现代工业网络。

传统的以太网需要最多1.2毫秒才能传输1518个字节的数据包；而快速以太网的传输时间仅为120微秒。

如果采用千兆以太网，则可将传输时间减少到12微秒。

以太网的发展还远没有结束。

从2002年6月13日起，IEEE已经开始规划10G的以太网标准——IEEE802.3ae。

三、今天以太网成功的基石——快速以太网和交换技术现代以太网标准，比如交换、全双工传输、实时数据优先级、带宽从10Mbps到100Mbps甚至1000Mbps的发展，使以太网标准成为透明的工业自动化网络的首要选择。

基于CAN总线的冗余系统方案 (1)1.冗余CAN总线系统的基本方案 (1)2.CiA 304:安全相关通信的CANopen框架 (2)2.1 简介 (2)2.2 安全相关通信机制 (3)2.3 硬件结构 (4)3.CiA 307:海事电子的CANopen框架 (5)3.1 简介 (5)3.2 硬件结构 (5)3.3 软件架构 (7)3.4 Flying NMT master (7)3.5 冗余通信机制 (8)4.CANaerospace: CAN在航电系统的应用层协议 (10)4.1 简介 (10)4.2 冗余消息ID分配 (10)4.3 系统冗余 (11)5.结论 (12)6.参考文献 (12)基于CAN 总线的冗余系统方案潘凯, 2007-03-01作为工业现场总线的一种，与其他的通信总线相比，CAN 总线具有突出的可靠性、实时性和灵活性。

目前，CAN 总线不仅在汽车领域，而且在电梯、消费电子、船舶、工程机械等自动化领域，甚至是航空航天领域得到了广泛的应用。

在某些领域，对安全性要求比较高，系统是安全相关（safety related ）的。

为了满足一定的安全级别，需要使用系统冗余机制。

由于CAN 总线一开始并不是针对安全领域开发的，它对系统冗余的支持具有一定的不足。

为了在安全相关系统中使用CAN 总线，就必须建立相应的对系统冗余的支持机制。

本文研究了几种支持系统冗余的CAN 总线高层协议（CANopen CiA 304，CiA 307，CANaerospace ），介绍了这些高层协议实现CAN 冗余的主要原理，总结了在CAN 总线网络中实现系统冗余的基本方案。

1. 冗余CAN 总线系统的基本方案(1). 软件冗余 (2). 硬件冗余 (3). 总线冗余图1 几种冗余CAN 总线系统的拓扑结构在CAN 总线系统中实现冗余有三种基本方案。

方案一为软件冗余。

该方案在不改变CAN 节点任何硬件结构的条件下即可实现，如图1-(1)所示。

CAN-bus应用方案1 概述作为一种技术先进、可靠性高、功能完善、成本合理的远程网络通讯控制方式，CAN-bus已被广泛应用到各个自动化控制系统中。

例如，在汽车电子、自动控制、智能大厦、电力系统、安防监控等各领域，CAN-bus都具有不可比拟的优越性。

根据各个不同应用领域的设计特点，本文提出了几种CAN-bus应用系统的硬件方案。

2 基本CAN-bus节点2.1 应用范围●各种自动控制网络，比如楼宇自动化、仪表自动控制、数据远程传输、电机控制等●可实现远距离传输（≤ 10KM），工作速率可调（1Mbps≥通讯速率≥ 5Kbps）●升级原有的RS-485网络● 2线式通讯2.2 基本电路图1 基本CAN节点原理图2.3 电路特点可与应用广泛的80C51系列单片机直接接口，电路简单，使用方便；采用DC-DC模块与光电隔离器件，可抑制电磁干扰，保护系统电路不受网络影响；2线式通讯，各总线节点需自备电源供应；根据通讯速率调整斜率电阻R33的值，一般在16K～140K之间。

2.4 元件选型● CAN控制器采用PHILIPS的SJA1000，工作于BasicCAN模式或PeliCAN模式下，可直接与INTEL的80C51核MCU或Motorola的MCU接口。

● CAN收发器采用PHILIPS的P82C250/251，可以在低至5Kbps的传输速率下工作，满足远距离传输数据时的低速率要求。

●采用高速光耦来实现收发器与控制器之间的电气隔离，保护控制系统电路。

光耦选择高速器件，推荐型号：6N137或TLP113，以满足在最高速率1Mbps下的电气响应。

●为了保证系统能够可靠工作，并提高抗干扰能力，电路中采用隔离型DC/DC模块向收发器电路供电。

推荐采用定电压输入隔离非稳压单输出型DC/DC模块，隔离电压≥1000VDC，推荐型号：B0505S-1W或B0505LS-1W，可以向收发器电路提供≤200mA的电流；也可以选择IB0505LS-W75，可向收发器电路提供稳定、低噪声的5VDC，输出电流≤150mA，并带有输出短路保护，且引脚与B0505LS-1W完全兼容。

办公室局域网组网方案第1篇办公室局域网组网方案一、引言随着信息化建设的不断深入，办公室局域网已成为企业、机构内部信息传输的重要载体。

为提高办公效率，降低运营成本，确保网络安全，本方案旨在为用户提供一套合法合规的办公室局域网组网方案。

二、需求分析1. 覆盖范围：办公室局域网需覆盖整个办公区域，包括会议室、领导办公室、普通员工工位等。

2. 传输速率：满足日常办公需求，保证数据传输速度，提供高速稳定的网络环境。

3. 安全性：确保数据安全，防止外部攻击和内部数据泄露。

4. 可扩展性：网络架构具备良好的可扩展性，便于后期升级和拓展。

5. 稳定性：网络设备要求高稳定性，降低故障率，确保办公正常进行。

三、组网方案1. 网络架构采用星型拓扑结构，核心层、汇聚层和接入层三级网络架构。

2. 设备选型（1）核心层：选用高性能的三层交换机，承担数据的高速转发和路由功能。

（2）汇聚层：选用二层交换机，实现接入层设备的汇聚和接入。

（3）接入层：选用千兆以太网交换机，为办公区域提供接入端口。

（4）无线接入：选用企业级无线AP，实现办公区域无线覆盖。

3. IP地址规划采用私有地址进行内部网络规划，分为多个VLAN，提高网络安全性。

4. 网络安全（1）防火墙：在核心层交换机与互联网之间部署防火墙，实现安全隔离。

（2）入侵检测与防御系统：实时监测网络流量，防御恶意攻击。

（3）病毒防护：部署网络版杀毒软件，定期更新病毒库，防止病毒感染。

（4）数据加密：对重要数据进行加密传输，确保数据安全。

5. 网络管理采用专业的网络管理系统，实现对网络设备、链路、流量的实时监控，便于运维人员快速定位故障，确保网络稳定运行。

四、实施步骤1. 梳理需求：与用户充分沟通，明确组网需求。

2. 网络设计：根据需求，设计合理的网络架构和设备选型。

3. 设备采购：采购符合国家标准的网络设备。

4. 网络布线：按照施工规范进行布线，确保线缆整齐、美观。

5. 设备安装与调试：安装网络设备，进行调试，确保设备正常运行。

如何构建一个支持高可靠性与冗余的局域网在现代社会中，信息技术的发展对于企业和组织的运营起着至关重要的作用。

而在企业内部通信和数据传输中，局域网(LAN)的使用变得愈发普遍。

为了确保局域网的高可靠性与冗余，本文将介绍一些构建高可靠性与冗余的局域网的方法和技术。

一、使用冗余设备和路径构建高可靠性和冗余的局域网的关键是使用冗余设备和路径。

通过使用冗余设备，当其中一个设备发生故障时，其他设备可以继续提供网络服务，从而减少停机时间。

此外，使用冗余路径可以避免单点故障，并提高局域网的可用性。

例如，可以通过使用冗余交换机和冗余网络线路来实现冗余设备和路径的目的。

二、Spanning Tree Protocol(STP)和Rapid Spanning TreeProtocol(RSTP)Spanning Tree Protocol和Rapid Spanning Tree Protocol是两种用于构建冗余局域网的协议。

它们可以避免网络中的环路，并自动选择最佳路径进行数据传输。

STP通常需要较长的收敛时间，而RSTP通过减少收敛时间来提供更快速的网络恢复。

通过使用STP或RSTP，可以确保即使发生设备故障或网络链路失败，局域网仍能继续正常运行。

三、虚拟局域网(VLAN)虚拟局域网是一种将局域网划分成多个逻辑上独立的子网络的技术。

使用VLAN可以使不同的用户或设备在逻辑上分离，提高网络的安全性和可用性。

更重要的是，VLAN可以提供灵活的冗余配置。

通过将冗余设备分配到不同的VLAN中，可以实现设备和路径的冗余，从而确保高可靠性和冗余的局域网。

四、网络监控和故障检测及时监控和检测网络故障对于构建高可靠性和冗余的局域网至关重要。

使用网络监控工具可以实时监测局域网的性能和可用性，并立即发现并解决潜在的故障。

同时，故障检测技术如链路状态检测、虚拟IP地址和故障切换机制等也可以帮助及时发现并处理故障，减少停机时间。

五、备份与恢复在构建高可靠性和冗余的局域网时，备份和恢复策略是必不可少的。