基于CAN總線的橡膠加工分布式計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

為了提高橡膠加工廠的生產(chǎn)工藝執(zhí)行率，強(qiáng)化工藝管理，便于現(xiàn)場(chǎng)檢查工藝參數(shù)，利于企業(yè)推行企業(yè)計(jì)算機(jī)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(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，我們?yōu)槟?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/橡膠加工">橡膠加工廠設(shè)計(jì)一套基于CAN總線的橡膠加工過(guò)程的分布式計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)。整個(gè)計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)由4個(gè)工程師站和13個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站點(diǎn)組成，整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)以Windows9x為操作平臺(tái)，采用CAN總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。整個(gè)系統(tǒng)已平穩(wěn)運(yùn)行一年，運(yùn)行良好。
　　
橡膠加工廠一般均設(shè)有：配合劑稱量、混煉、硫化、修補(bǔ)等工段，其中最為關(guān)鍵的兩個(gè)工段為稱量和硫化工段。現(xiàn)在，我國(guó)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(zhì)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(guò)程采用計(jì)算機(jī)控制是十分必要的。整個(gè)計(jì)算機(jī)控制過(guò)程主要是硫化溫度的采集、控制，在溫度控制時(shí)，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(diǎn),整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)具有工藝流程畫面顯示、曲線趨勢(shì)圖顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、實(shí)時(shí)故障報(bào)警及報(bào)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(gè)分布式測(cè)控系統(tǒng)能安全、可靠、高性能地運(yùn)行，同時(shí)考慮用戶將來(lái)的擴(kuò)展需要，整個(gè)系統(tǒng)采用如下設(shè)計(jì)思路：
　　
（1）系統(tǒng)采用三級(jí)分布式結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò),由工程師管理站和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控站點(diǎn)構(gòu)成。工程師管理站對(duì)其所監(jiān)控的分現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控站進(jìn)行管理和調(diào)度，通過(guò)熱鍵切換，也可對(duì)整個(gè)分布式測(cè)控系統(tǒng)中的各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控站進(jìn)行統(tǒng)一管理和調(diào)度。各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控站分管若干個(gè)現(xiàn)場(chǎng)輸入/輸出（I/O）單元，且相互之間獨(dú)立，共同完成各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控站點(diǎn)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(gè)現(xiàn)場(chǎng)I/O單元或某一現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控站出現(xiàn)故障時(shí)不出現(xiàn)失控現(xiàn)象。
　　
（2）現(xiàn)場(chǎng)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(lái)與Internet網(wǎng)互聯(lián)。
　　
（3）系統(tǒng)采用總線式的現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)，它具備多主協(xié)議、通信速率高、實(shí)時(shí)能力、錯(cuò)誤糾正、強(qiáng)噪聲抑制能力，同時(shí)，系統(tǒng)具備一定的擴(kuò)充能力。
　　
（4）硬件采用模塊化結(jié)構(gòu)：現(xiàn)場(chǎng)單元全部采用智能化的測(cè)控模塊，且全為插拔式或插入螺絲端子接線，以使現(xiàn)場(chǎng)若發(fā)生故障時(shí)維修人員可以方便、快速地進(jìn)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(yùn)行時(shí)，從信號(hào)采集和控制流程看，本系統(tǒng)分為4個(gè)獨(dú)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(bǔ)工段分站。其中每個(gè)部分設(shè)1臺(tái)工程師站對(duì)本站進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和控制。同時(shí)要求四部分的工程師站能互為備份，當(dāng)某一臺(tái)工程師站出現(xiàn)故障時(shí)，通過(guò)熱鍵切換，系統(tǒng)進(jìn)入應(yīng)急托管狀態(tài)，由其他3臺(tái)工程師站進(jìn)行臨時(shí)托管。從適用性、先進(jìn)性和系統(tǒng)低成本考慮，現(xiàn)場(chǎng)總線采用CAN（控制器區(qū)域網(wǎng)）總線[2] [3]，它是一種廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)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(gè)接點(diǎn)都可以直接交換數(shù)據(jù)。
　　
具備實(shí)時(shí)能力。CAN網(wǎng)通過(guò)非破壞性的位總線仲裁技術(shù)來(lái)處理多接點(diǎn)同時(shí)訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)的沖突，從而滿足實(shí)時(shí)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(jìn)行總線控制及數(shù)據(jù)通信，當(dāng)節(jié)點(diǎn)往網(wǎng)上發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，其他所有節(jié)點(diǎn)都同時(shí)收到數(shù)據(jù)。
　　
高傳輸可靠性
　　
CAN特別適合于網(wǎng)絡(luò)化智能設(shè)備，滿足ISO11898，傳輸速率可達(dá)1Mbps，傳輸距離1000m，傳輸方式和介質(zhì)為差分電壓和雙絞線。驅(qū)動(dòng)器/接受器為64/64，經(jīng)CAN總線擴(kuò)展器可擴(kuò)充到256個(gè)。
　　
工程師站
　　
根據(jù)用戶的需求，本方案選用臺(tái)灣研華公司的工控機(jī)IPC610P，其主頻為233MHz。為適應(yīng)總線需求，在工控機(jī)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(jī)與CAN網(wǎng)的聯(lián)接及通訊，傳輸速率最大為1Mbps。比工控機(jī)通過(guò)RS-232經(jīng)ADAM4525再上CAN網(wǎng)的通訊速率大大提高。 現(xiàn)場(chǎng)智能單元
　　
現(xiàn)場(chǎng)智能單元采用研華產(chǎn)品ADAM5000/CAN，它主要用來(lái)做獨(dú)立的數(shù)據(jù)采集控制，可通過(guò)其CAN網(wǎng)接口與上位機(jī)通信，特別適合應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)總線式的數(shù)據(jù)采集場(chǎng)合。ADAM5000/CAN內(nèi)置16位微處理器，具有4個(gè)模塊插槽（支持64個(gè)I/O點(diǎn)），內(nèi)置CAN口。具有足夠的現(xiàn)場(chǎng)響應(yīng)能力和I/O 處理能力。同時(shí)支持現(xiàn)場(chǎng)站點(diǎn)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(shí)，僅當(dāng)數(shù)據(jù)改變時(shí)才產(chǎn)生數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)然后廣播到網(wǎng)上的所有設(shè)備，計(jì)算機(jī)或控制器在事件發(fā)生的同時(shí)接收數(shù)據(jù)。