基于CAN總線的雙容水箱控制系統(tǒng)

　　CAN(Control Area Network)即控制器局域網絡，它最初是由德國的BOSCH公司為汽車監(jiān)測、控制系統(tǒng)而設計的。由于其高性能、高可靠性及獨特的設計，越來越受到人們的重視。目前，CAN總線是唯一已成為國際標準的，被公認為是幾種最有前途的現(xiàn)場總線之一。

　　CAN具有下列主要特性:

　　(1) 多主站依據優(yōu)先權進行總線訪問;

　　(2) 無破壞性的基于優(yōu)先權的仲裁;

　　(3) 借助接收濾波的多地址傳送;

　　(4) 遠程數(shù)據請求;

　　(5) 配置靈活性;

　　(6) 全系統(tǒng)數(shù)據兼容性;

　　(7) 錯誤檢測和出錯信息;

　　(8) 若丟失仲裁或由于出錯而遭破壞的幀可自動重發(fā)送;

　　(9) 暫時錯誤和永久性故障節(jié)點的判別以及故障節(jié)點的自動脫離。

　　考慮到CAN總線具有的這些優(yōu)點，我們設計了基于CAN總線的雙容水箱水位控制系統(tǒng)。

　　2 系統(tǒng)的總體結構

　　雙容水箱試驗臺由雙容水箱、變頻器、水位傳感器、交流電機、水泵和配電盤構成。其中水位傳感器的作用是測量被控水箱的水位，水泵用來給供水水箱抽水。系統(tǒng)控制的目的就是使被控水箱的水位保持在給定值高度，當外加擾動或改變對象特性，能使水位恢復在給定值高度。

　　本系統(tǒng)是將普通的變送器、執(zhí)行器和PC機改造成為具有CAN接口的智能節(jié)點，然后將它們通過總線有機的聯(lián)系在一起所形成的完整的控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)的總體結構 如圖1所示。

圖1 雙容水箱控制系統(tǒng)的總體結構圖

　　系統(tǒng)的網絡拓撲采用總線式結構，可以分為兩層:現(xiàn)場控制層和過程監(jiān)控層。

　　2.1 現(xiàn)場控制層

　　現(xiàn)場控制層為系統(tǒng)的底層，由帶有CAN接口的變送器或執(zhí)行器構成，它們之間通過CAN總線進行通信，完成全部的控制工作。它的基本工作過程如下所述:變送器將被調量的值變換為標準信號，該信號在CAN接口內完成A/D轉換、數(shù)字濾波等處理，然后將變換所得的數(shù)字信號通過總線傳送到相應的CAN接口。在該節(jié)點內將信號接收后，根據所選擇的控制算法(PID或模糊控制)進行運算，之后將運算結果進行D/A變換，再將模擬信號通過放大處理去驅動執(zhí)行器。這樣整個控制系統(tǒng)就可以按照一定的控制規(guī)律構成一個完整的閉環(huán)控制系統(tǒng)。

　　2.2 過程監(jiān)控層

　　過程監(jiān)控層是現(xiàn)場控制層的上一層，接收由該層傳輸上來的所需的生產過程的數(shù)據，以及向該層發(fā)送操作命令，以便運行人員對整個生產過程進行監(jiān)控。過程監(jiān)控層的上面可與以太網相連，以便管理層可以直接快速的獲得來自生產一線的數(shù)據，這也充分的體現(xiàn)了現(xiàn)場總線全數(shù)字化的優(yōu)點。

　　過程監(jiān)控層主要由兩部分構成:CAN適配器和上位機。其中CAN適配器一端和總線相連, 完成和CAN總線的通信;另一端和上位機連接, 完成和上位機的通信。它的主要功能是將上位機的操作信號和控制參數(shù)傳送給指定的CAN網絡節(jié)點, 同時, 將節(jié)點的數(shù)據傳輸給上位機做進一步處理。本系統(tǒng)通過RS232串行口和上位機交換數(shù)據。這種方法雖然傳輸速度低, 但結構簡單、易于實現(xiàn)、價格低廉。