【S7-1200 CAN数据处理艺术】：解析与错误检测方法


参考资源链接：[西门子S7-1200 CAN总线通信教程：从组态到编程详解](https://wenku.csdn.net/doc/5f5h0svh9g?spm=1055.2635.3001.10343)
# 1. S7-1200 CAN通信概述

在现代工业自动化领域，控制器间的高效可靠通信是至关重要的。S7-1200作为西门子公司的一款智能控制器，其在CAN通信协议上的应用，为自动化系统提供了灵活的数据交换方式。本章将简要介绍S7-1200的CAN通信，为后续章节的深入分析和实践应用打下基础。

## 1.1 S7-1200控制器简介

S7-1200是西门子公司推出的一款适用于中小型自动化任务的控制器，以其紧凑的结构、强大的处理能力和集成的通讯接口而受到广泛欢迎。它支持多种工业通讯协议，包括Profinet和Profibus等，而其对CAN (Controller Area Network) 协议的支持，使得设备之间的通信更加灵活和高效。

## 1.2 CAN通信的重要性

CAN通信是一种先进的、高速的现场总线技术，以其高可靠性、实时性和灵活性而被广泛应用于各种自动化和控制系统。S7-1200通过集成CAN通信，不仅可以降低系统布线成本，还可以实现更加复杂的控制策略，如分布式控制系统和设备间的紧密集成。

## 1.3 本章小结

本章作为文章的起始部分，我们概览了S7-1200控制器的基本特点以及CAN通信在自动化领域的重要性。下文中，我们将深入探讨CAN数据结构与协议解析，以理解S7-1200如何实现CAN通信，并分析数据处理和错误检测技术。随后，我们将通过编程实践来展示如何在S7-1200上进行CAN通信编程，最后，我们将展望CAN通信在工业自动化和物联网中的高级应用以及未来发展趋势。

# 2. CAN数据结构与协议解析

## 2.1 CAN数据帧格式

### 2.1.1 标准数据帧与扩展数据帧

在CAN通信协议中，数据帧是承载信息的基本单位。它分为标准数据帧和扩展数据帧，这两种帧结构主要的区别在于标识符（Identifier）的长度。标准数据帧使用11位的标识符，而扩展数据帧使用29位，这意味着扩展数据帧可以提供更加详尽的信息和更高的区分度。

- 标准数据帧格式（11位标识符）:
  - Start of Frame (SOF)
  - Arbitration Field (Identifier + RTR + IDE)
  - Control Field (DLC)
  - Data Field (0-8 bytes)
  - CRC Field
  - ACK Field
  - End of Frame (EOF)

- 扩展数据帧格式（29位标识符）:
  - Start of Frame (SOF)
  - Arbitration Field (Identifier + SRR + IDE + RTR)
  - Control Field (DLC)
  - Data Field (0-8 bytes)
  - CRC Field
  - ACK Field
  - End of Frame (EOF)

### 2.1.2 数据帧的组成元素

每个CAN数据帧都包含多个部分，其中比较重要的有帧起始（SOF）、仲裁场（标识符、保留位、远程发送请求和标识扩展位）、控制场（数据长度代码）、数据场、循环冗余检查（CRC）、应答场和帧结束。每个部分都有其特定的功能和重要性。

例如，在控制场中，数据长度代码（DLC）表示数据场中的字节数量。这个值从0到8，可让接收节点知道应该接收多少字节的数据。

## 2.2 CAN协议基本概念

### 2.2.1 消息ID和优先级

在CAN协议中，消息ID（标识符）是用来标示消息的唯一性。具有较小数值的标识符具有较高的优先级。因此，在发送消息前，系统会进行仲裁来决定哪个节点可以发送消息。

graph TD
    A[开始仲裁] --> B{消息ID比较}
    B -->|ID较小| C[节点获得总线访问权]
    B -->|ID较大| D[节点等待]
    C --> E[发送消息]
    D --> F[等待下一个总线空闲周期]

### 2.2.2 仲裁机制和错误检测

仲裁机制是CAN通信的核心，它允许多个设备同时访问总线，但优先级较低的设备在总线被占用时自动退让。当两个节点几乎同时尝试发送消息时，优先级高的节点赢得仲裁，优先发送其消息。

错误检测机制由位填充、帧校验、确认机制和错误帧组成。通过这些机制，CAN确保了通信的可靠性。例如，位填充技术防止了信号的长串相同电平的出现，确保了位同步。

## 2.3 S7-1200中的CAN通信配置

### 2.3.1 硬件配置与初始化

配置西门子S7-1200 PLC的CAN接口首先需要选择正确的硬件配置。S7-1200支持集成型和模块化两种类型的CAN接口。硬件初始化涉及到网络参数的设置，包括波特率、总线定时和过滤器配置等。

- 波特率设置：根据网络规模和要求选择合适的速率，例如500 kbps或1 Mbps。
- 总线定时设置：根据网络条件调整同步跳转宽度、采样点等参数。
- 过滤器配置：允许特定的消息ID通过，阻止其他消息，以优化数据流。

### 2.3.2 软件层面的通信参数设置

在软件配置中，需要设置S7-1200 PLC内部通信参数，这通常在TIA Portal环境中完成。软件设置包括设置设备名称、IP地址、CAN节点地址以及与CAN相关的诊断参数。

- 设备名称和IP地址：用于网络中识别设备。
- CAN节点地址：确定设备在网络中的位置和标识。
- 诊断参数：设置如何处理检测到的通信错误。