基于CAN總線的塑窗焊接清理生產(chǎn)線控制系統(tǒng)

隨著計算機技術、通信技術、網(wǎng)絡技術在工業(yè)生產(chǎn)、過程控制中的不斷推廣應用,工業(yè)控制過程對現(xiàn)場信號的傳輸和數(shù)據(jù)交換的要求也越來越高,由于全數(shù)字信號系統(tǒng)較之傳統(tǒng)模擬信號具有抗干擾性強、速率高、建設周期短等特點,數(shù)字化的現(xiàn)場總線迅速成為當前工業(yè)控制領域的一個焦點。目前,市場上有多種現(xiàn)場總線技術如HART、PROFIBUS、FF等,其中CAN（ControllerAreaNetwork）現(xiàn)場總線是德國BOSCH公司推出的一種現(xiàn)場總線的標準,根據(jù)ISO組織的OSI（開放系統(tǒng)互連）的要求,其具有物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應用層。CAN總線基于令牌協(xié)議,在物理上是總線結構,協(xié)議的制定包含優(yōu)先級,狀態(tài)變動和控制權移交等關鍵技術。本文介紹了一種基于CAN總線的生產(chǎn)線控制系統(tǒng),具體闡述了奧地利貝加萊公司的自控產(chǎn)品通過CAN網(wǎng)絡在塑料門窗焊接清理生產(chǎn)線的實際應用及特點。

2、CAN總線的基本特性

2.1　現(xiàn)代工業(yè)系統(tǒng)的特點
（1）系統(tǒng)的開放性。開放系統(tǒng)是指通信協(xié)議公開,各不同廠家的設備之間可互連為系統(tǒng)并可實現(xiàn)信息交換。這里的開放是指相關標準的一致性、公開性,強調(diào)對標準的共識與遵從。開放系統(tǒng)把系統(tǒng)集成的權利交給了用戶。用戶可按自己的需要和考慮,把來自不同供應商的產(chǎn)品組成大小隨意的系統(tǒng)。
（2）可互操作性與互用性。指實現(xiàn)互連設備間的信息傳送與溝通以及對不同生產(chǎn)廠家的性能類似的設備可實現(xiàn)相互替換。
（3）現(xiàn)場設備的智能化與功能自治性。它將傳感測量、補償計算、工程量處理與控制等功能分散到現(xiàn)場設備中去完成,因此,僅靠現(xiàn)場設備即可完成自動控制的基本功能,并可隨時診斷設備的運行狀態(tài)。
（4）系統(tǒng)結構的高度分散性。構成一種新的全分散型控制系統(tǒng)的體系結構。從根本上改變了現(xiàn)有集散控制系統(tǒng)體系,簡化了系統(tǒng)結構,提高了可靠性。
（5）對現(xiàn)場環(huán)境的適應性。系統(tǒng)具有較強的糾錯能力,并可滿足安全防爆要求。

2.2　現(xiàn)場總線的優(yōu)越性

（1）節(jié)省硬件數(shù)量與投資。
（2）節(jié)省安裝費用。
（3）節(jié)省維護費用。
（4）用戶擁有高度的系統(tǒng)集成主動權。
（5）提高了系統(tǒng)的準確性與可靠性。
（6）設計簡單,易于重構。

2.3　CAN總線技術特性

從物理結構上看,CAN屬于總線式通訊網(wǎng)絡,與BITBUS,RS485相似,又有本質區(qū)別。它是一種專門用于工業(yè)自動化領域的網(wǎng)絡,不同于以太網(wǎng)等管理和信息處理用網(wǎng)絡。其物理特性及網(wǎng)絡協(xié)議特性更強調(diào)工業(yè)自動化的底層監(jiān)測及控制。它采用了最新的技術及獨特的設計,其可靠性和性能超過了已陳舊的現(xiàn)場通訊技術,如RS485,BITBUS等。CAN具有下列主要特性:
（1）CAN插卡可任意插在PC,XT,AT兼容機上,方便地構成分布式監(jiān)控系統(tǒng)。
（2）CAN可以多主方式工作,網(wǎng)絡上任意一個節(jié)點均可在任意時刻主動地向網(wǎng)絡其它節(jié)點發(fā)送信息,而不分主從,通訊方式靈活。利用這一特點也可以方便地構成（容錯）多機備份系統(tǒng)。
（3）CAN無破壞性地基于優(yōu)先權的仲裁,可滿足不同的實時要求,有效避免了總線沖突。
（4）CAN可以點對點,一點對多點（成組）及全局廣播等幾種方式傳送和接收數(shù)據(jù)。
（5）CAN采用短幀結構,每一幀有效字節(jié)為8個,這樣傳輸時間短,受干擾概率低,重新發(fā)送時間短。
（6）CAN每幀信息都有CRC校驗及其它檢錯措施,保證了數(shù)據(jù)的出錯率極低。
（7）暫時錯誤和永久性故障的故障節(jié)點的判別以及故障節(jié)點的自動脫離。
（8）NRZ編碼/解碼方式,并采用位填充（插入）技術。
（9）通訊介質采用雙絞線,無特殊要求。

3、塑窗生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的設計和原理（圖1）

圖1　系統(tǒng)結構圖