CAN總線在啤酒發(fā)酵過程控制系統(tǒng)中的應用

引言
隨著人們對啤酒品質(zhì)的要求越來越高,傳統(tǒng)的生產(chǎn)操作或控制方式已不再適應當今的生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)要求,發(fā)酵過程作為啤酒生產(chǎn)過程中至關重要的一環(huán),其控制系統(tǒng)則尤其重要。CAN總線具有結構簡單、通信方式靈活、錯誤檢驗處理等特點尤其基于優(yōu)先權的無破壞性總線仲裁技術,特別適合工業(yè)過程監(jiān)控設備的互聯(lián)。因此,針對當前啤酒企業(yè)的設備現(xiàn)狀和生產(chǎn)需要,本文將介紹一種采用CAN總線技術進行通信的啤酒發(fā)酵分布式控制系統(tǒng)。

圖1 現(xiàn)場智能節(jié)點結構框圖

圖2 智能節(jié)點CAN總線接口電路

圖3 節(jié)點查詢發(fā)送(左)和中斷接收(右)流程

　圖4 智能適配器USB―CAN硬件原理電路

控制系統(tǒng)總體結構
基于CAN總線的啤酒發(fā)酵分布式控制系統(tǒng)由現(xiàn)場智能節(jié)點、監(jiān)控計算機和CAN控制網(wǎng)絡3部分構成。
現(xiàn)場智能節(jié)點是直接面向生產(chǎn)過程的,主要功能是采集現(xiàn)場發(fā)酵罐的各處溫度和壓力值,按照一定的控制算法對溫度和壓力控制回路中的執(zhí)行器進行控制操作,將現(xiàn)場發(fā)酵罐的運行狀態(tài)信息通過CAN總線通信網(wǎng)絡送至監(jiān)控機,并實時處理監(jiān)控機下傳的各種命令等。
監(jiān)控計算機由一臺PC機構成,另外還有一臺PC機作為熱備份機,一旦某臺發(fā)生故障,另一臺能立即啟動,保證控制系統(tǒng)的可靠性。監(jiān)控計算機的主要功能是：對各現(xiàn)場智能節(jié)點的運行參數(shù)進行設置;通過現(xiàn)場總線網(wǎng)絡實時獲取現(xiàn)場智能節(jié)點的數(shù)據(jù);監(jiān)測系統(tǒng)異常,并根據(jù)故障信息立即發(fā)出相應的聲光報警信號;以友好的圖形界面直觀指示當前各發(fā)酵罐的運行狀況及參數(shù)信息;實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫管理,分類管理保存各發(fā)酵罐的運行數(shù)據(jù),為優(yōu)化工藝提供數(shù)據(jù)資料等。
CAN控制網(wǎng)絡部分主要由智能CAN-PC總線適配器、通信介質(zhì)、接口電路及相應的通信軟件組成。該系統(tǒng)的CAN-PC總線適配器為智能通信適配器USB-CAN,它能方便的實現(xiàn)監(jiān)控計算機與CAN總線之間的連接,高速地完成用戶復雜的通信任務。通信介質(zhì)為雙絞線,負載連接在CAN-H和CAN-L之間,為了抑制信號反射,終端接有阻抗值約120的匹配阻抗。

現(xiàn)場智能節(jié)點設計
本系統(tǒng)中CAN總線接口電路主要在現(xiàn)場智能節(jié)點部分實現(xiàn),為了深入說明CAN總線在啤酒發(fā)酵過程控制中的應用,下面介紹現(xiàn)場智能節(jié)點的總體設計,并給出實現(xiàn)CAN通信的硬件電路和軟件流程圖。
現(xiàn)場智能節(jié)點總體結構
如前所述,啤酒發(fā)酵過程控制系統(tǒng)中現(xiàn)場智能節(jié)點完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和處理、罐體上各執(zhí)行器的控制、智能節(jié)點與監(jiān)控計算機之間的通信等主要工作,監(jiān)控計算機只是完成狀態(tài)監(jiān)測、報警、智能節(jié)點運行參數(shù)修改等工作,因此現(xiàn)場智能節(jié)點的設計是整個系統(tǒng)的關鍵部分。每個現(xiàn)場智能節(jié)點控制一圓柱錐底形發(fā)酵罐,其結構框圖如圖1所示。
考慮到可靠性、性價比等因素,現(xiàn)場智能節(jié)點CPU采用MCS-51系列單片機AT89C52。智能節(jié)點設計采用結構化設計方法,包括三大部分：CAN總線接口部分,CPU、看門狗電路、電源管理及總線地址譯碼部分,I/O接口部分。其中,I/O接口部分主要完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)顯示與鍵盤輸入、現(xiàn)場信號的A/D采集和執(zhí)行器的控制輸出等工作。