CAN總線(xiàn)在啤酒發(fā)酵過(guò)程控制系統中的應用
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引言
隨著(zhù)人們對啤酒品質(zhì)的要求越來(lái)越高,傳統的生產(chǎn)操作或控制方式已不再適應當今的生產(chǎn)規模和生產(chǎn)要求,發(fā)酵過(guò)程作為啤酒生產(chǎn)過(guò)程中至關(guān)重要的一環(huán),其控制系統則尤其重要。CAN總線(xiàn)具有結構簡(jiǎn)單、通信方式靈活、錯誤檢驗處理等特點(diǎn)尤其基于優(yōu)先權的無(wú)破壞性總線(xiàn)仲裁技術(shù),特別適合工業(yè)過(guò)程監控設備的互聯(lián)。因此,針對當前啤酒企業(yè)的設備現狀和生產(chǎn)需要,本文將介紹一種采用CAN總線(xiàn)技術(shù)進(jìn)行通信的啤酒發(fā)酵分布式控制系統。
圖1 現場(chǎng)智能節點(diǎn)結構框圖
圖3 節點(diǎn)查詢(xún)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
控制系統總體結構
基于CAN總線(xiàn)的啤酒發(fā)酵分布式控制系統由現場(chǎng)智能節點(diǎn)、監控計算機和CAN控制網(wǎng)絡(luò )3部分構成。
現場(chǎng)智能節點(diǎn)是直接面向生產(chǎn)過(guò)程的,主要功能是采集現場(chǎng)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行器進(jìn)行控制操作,將現場(chǎng)發(fā)酵罐的運行狀態(tài)信息通過(guò)CAN總線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )送至監控機,并實(shí)時(shí)處理監控機下傳的各種命令等。
監控計算機由一臺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(dòng),保證控制系統的可靠性。監控計算機的主要功能是：對各現場(chǎng)智能節點(diǎn)的運行參數進(jìn)行設置;通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )實(shí)時(shí)獲取現場(chǎng)智能節點(diǎn)的數據;監測系統異常,并根據故障信息立即發(fā)出相應的聲光報警信號;以友好的圖形界面直觀(guān)指示當前各發(fā)酵罐的運行狀況及參數信息;實(shí)現數據庫管理,分類(lèi)管理保存各發(fā)酵罐的運行數據,為優(yōu)化工藝提供數據資料等。
CAN控制網(wǎng)絡(luò )部分主要由智能CAN-PC總線(xiàn)適配器、通信介質(zhì)、接口電路及相應的通信軟件組成。該系統的CAN-PC總線(xiàn)適配器為智能通信適配器USB-CAN,它能方便的實(shí)現監控計算機與CAN總線(xiàn)之間的連接,高速地完成用戶(hù)復雜的通信任務(wù)。通信介質(zhì)為雙絞線(xiàn),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。
現場(chǎng)智能節點(diǎn)設計
本系統中CAN總線(xiàn)接口電路主要在現場(chǎng)智能節點(diǎn)部分實(shí)現,為了深入說(shuō)明CAN總線(xiàn)在啤酒發(fā)酵過(guò)程控制中的應用,下面介紹現場(chǎng)智能節點(diǎn)的總體設計,并給出實(shí)現CAN通信的硬件電路和軟件流程圖。
現場(chǎng)智能節點(diǎn)總體結構
如前所述,啤酒發(fā)酵過(guò)程控制系統中現場(chǎng)智能節點(diǎn)完成現場(chǎng)數據采集和處理、罐體上各執行器的控制、智能節點(diǎn)與監控計算機之間的通信等主要工作,監控計算機只是完成狀態(tài)監測、報警、智能節點(diǎn)運行參數修改等工作,因此現場(chǎng)智能節點(diǎn)的設計是整個(gè)系統的關(guān)鍵部分。每個(gè)現場(chǎng)智能節點(diǎn)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?xún)r(jià)比等因素,現場(chǎng)智能節點(diǎn)CPU采用MCS-51系列單片機AT89C52。智能節點(diǎn)設計采用結構化設計方法,包括三大部分：CAN總線(xiàn)接口部分,CPU、看門(mén)狗電路、電源管理及總線(xiàn)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場(chǎng)數據顯示與鍵盤(pán)輸入、現場(chǎng)信號的A/D采集和執行器的控制輸出等工作。
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