基于CAN總線的橡膠加工分布式計算機測控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

為了提高橡膠加工廠的生產(chǎn)工藝執(zhí)行率，強化工藝管理，便于現(xiàn)場檢查工藝參數(shù)，利于企業(yè)推行企業(yè)計算機集成制造系統(tǒng)CIMS、企業(yè)管理信息系統(tǒng)MIS和貫徹ISO9000～9002質量標準，我們?yōu)槟?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/橡膠加工">橡膠加工廠設計一套基于CAN總線的橡膠加工過程的分布式計算機測控系統(tǒng)。整個計算機測控系統(tǒng)由4個工程師站和13個現(xiàn)場控制站點組成，整個測控系統(tǒng)以Windows9x為操作平臺，采用CAN總線網(wǎng)絡結構。整個系統(tǒng)已平穩(wěn)運行一年，運行良好。
　　
橡膠加工廠一般均設有：配合劑稱量、混煉、硫化、修補等工段，其中最為關鍵的兩個工段為稱量和硫化工段?，F(xiàn)在，我國的一些橡膠加工廠的稱重配料和硫化為人工操作、控制，人為因素極大地影響了橡膠制品的加工質量和硫化性能。為了減少人為的因素的影響，配料稱量、橡膠硫化生產(chǎn)過程采用計算機控制是十分必要的。整個計算機控制過程主要是硫化溫度的采集、控制，在溫度控制時，加入數(shù)字增量PID調(diào)節(jié)功能。
　　
根據(jù)橡膠加工廠的特點,整個系統(tǒng)應具有工藝流程畫面顯示、曲線趨勢圖顯示、數(shù)據(jù)存儲、實時故障報警及報表打印、歷史數(shù)據(jù)查詢、配方更改、工藝流程更改等功能。為了使整個分布式測控系統(tǒng)能安全、可靠、高性能地運行，同時考慮用戶將來的擴展需要，整個系統(tǒng)采用如下設計思路：
　　
（1）系統(tǒng)采用三級分布式結構網(wǎng)絡,由工程師管理站和現(xiàn)場測控站點構成。工程師管理站對其所監(jiān)控的分現(xiàn)場測控站進行管理和調(diào)度，通過熱鍵切換，也可對整個分布式測控系統(tǒng)中的各個現(xiàn)場測控站進行統(tǒng)一管理和調(diào)度。各個現(xiàn)場測控站分管若干個現(xiàn)場輸入/輸出（I/O）單元，且相互之間獨立，共同完成各個現(xiàn)場測控站點的數(shù)據(jù)采集、控制及通信功能,從而可以保證系統(tǒng)在某一個現(xiàn)場I/O單元或某一現(xiàn)場測控站出現(xiàn)故障時不出現(xiàn)失控現(xiàn)象。
　　
（2）現(xiàn)場工程師站向上與廠信息處理工作站、總工程師等組成快速以太網(wǎng)（Ethernet），以備將來與Internet網(wǎng)互聯(lián)。
　　
（3）系統(tǒng)采用總線式的現(xiàn)場通信網(wǎng)絡，它具備多主協(xié)議、通信速率高、實時能力、錯誤糾正、強噪聲抑制能力，同時，系統(tǒng)具備一定的擴充能力。
　　
（4）硬件采用模塊化結構：現(xiàn)場單元全部采用智能化的測控模塊，且全為插拔式或插入螺絲端子接線，以使現(xiàn)場若發(fā)生故障時維修人員可以方便、快速地進行更換，而不影響正常的生產(chǎn)。
　　
根據(jù)用戶需求，系統(tǒng)正常運行時，從信號采集和控制流程看，本系統(tǒng)分為4個獨立的部分：配合劑稱量工段分站；橡膠混合工段分站；橡膠硫化工段分站；成品修補工段分站。其中每個部分設1臺工程師站對本站進行數(shù)據(jù)采集和控制。同時要求四部分的工程師站能互為備份，當某一臺工程師站出現(xiàn)故障時，通過熱鍵切換，系統(tǒng)進入應急托管狀態(tài)，由其他3臺工程師站進行臨時托管。從適用性、先進性和系統(tǒng)低成本考慮，現(xiàn)場總線采用CAN（控制器區(qū)域網(wǎng)）總線[2] [3]，它是一種廣泛應用于工業(yè)自動化領域的先進的現(xiàn)場總線，具有以下顯著特性：
　　
它是一種高速串行總線，具備多主協(xié)議，網(wǎng)上任意兩個接點都可以直接交換數(shù)據(jù)。
　　
具備實時能力。CAN網(wǎng)通過非破壞性的位總線仲裁技術來處理多接點同時訪問網(wǎng)絡的沖突，從而滿足實時性的需要，也保證不丟失數(shù)據(jù)和損失帶寬。
　　
廣播式數(shù)據(jù)通訊。采用CSMA/CD協(xié)議進行總線控制及數(shù)據(jù)通信，當節(jié)點往網(wǎng)上發(fā)送數(shù)據(jù)時，其他所有節(jié)點都同時收到數(shù)據(jù)。
　　
高傳輸可靠性
　　
CAN特別適合于網(wǎng)絡化智能設備，滿足ISO11898，傳輸速率可達1Mbps，傳輸距離1000m，傳輸方式和介質為差分電壓和雙絞線。驅動器/接受器為64/64，經(jīng)CAN總線擴展器可擴充到256個。
　　
工程師站
　　
根據(jù)用戶的需求，本方案選用臺灣研華公司的工控機IPC610P，其主頻為233MHz。為適應總線需求，在工控機內(nèi)配置一塊研華PCL841雙通道隔離式CAN總線卡。它支持工控機與CAN網(wǎng)的聯(lián)接及通訊，傳輸速率最大為1Mbps。比工控機通過RS-232經(jīng)ADAM4525再上CAN網(wǎng)的通訊速率大大提高。 現(xiàn)場智能單元
　　
現(xiàn)場智能單元采用研華產(chǎn)品ADAM5000/CAN，它主要用來做獨立的數(shù)據(jù)采集控制，可通過其CAN網(wǎng)接口與上位機通信，特別適合應用于現(xiàn)場總線式的數(shù)據(jù)采集場合。ADAM5000/CAN內(nèi)置16位微處理器，具有4個模塊插槽（支持64個I/O點），內(nèi)置CAN口。具有足夠的現(xiàn)場響應能力和I/O 處理能力。同時支持現(xiàn)場站點直接與CAN接口（可選DeviceNET或CANopen協(xié)議），且自帶軟硬件自檢和看門狗。
　　
ADAM5000/CAN使用中斷方法完成狀態(tài)改變功能，在狀態(tài)改變功能時，僅當數(shù)據(jù)改變時才產(chǎn)生數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)然后廣播到網(wǎng)上的所有設備，計算機或控制器在事件發(fā)生的同時接收數(shù)據(jù)。