基于CAN總線(xiàn)的塑窗焊接清理生產(chǎn)線(xiàn)控制系統

隨著(zhù)計算機技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)、過(guò)程控制中的不斷推廣應用,工業(yè)控制過(guò)程對現場(chǎng)信號的傳輸和數據交換的要求也越來(lái)越高,由于全數字信號系統較之傳統模擬信號具有抗干擾性強、速率高、建設周期短等特點(diǎn),數字化的現場(chǎng)總線(xiàn)迅速成為當前工業(yè)控制領(lǐng)域的一個(gè)焦點(diǎn)。目前,市場(chǎng)上有多種現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)如HART、PROFIBUS、FF等,其中CAN（ControllerAreaNetwork）現場(chǎng)總線(xiàn)是德國B(niǎo)OSCH公司推出的一種現場(chǎng)總線(xiàn)的標準,根據ISO組織的OSI（開(kāi)放系統互連）的要求,其具有物理層、數據鏈路層和應用層。CAN總線(xiàn)基于令牌協(xié)議,在物理上是總線(xiàn)結構,協(xié)議的制定包含優(yōu)先級,狀態(tài)變動(dòng)和控制權移交等關(guān)鍵技術(shù)。本文介紹了一種基于CAN總線(xiàn)的生產(chǎn)線(xiàn)控制系統,具體闡述了奧地利貝加萊公司的自控產(chǎn)品通過(guò)CAN網(wǎng)絡(luò )在塑料門(mén)窗焊接清理生產(chǎn)線(xiàn)的實(shí)際應用及特點(diǎn)。

2、CAN總線(xiàn)的基本特性

2.1　現代工業(yè)系統的特點(diǎn)
（1）系統的開(kāi)放性。開(kāi)放系統是指通信協(xié)議公開(kāi),各不同廠(chǎng)家的設備之間可互連為系統并可實(shí)現信息交換。這里的開(kāi)放是指相關(guān)標準的一致性、公開(kāi)性,強調對標準的共識與遵從。開(kāi)放系統把系統集成的權利交給了用戶(hù)。用戶(hù)可按自己的需要和考慮,把來(lái)自不同供應商的產(chǎn)品組成大小隨意的系統。
（2）可互操作性與互用性。指實(shí)現互連設備間的信息傳送與溝通以及對不同生產(chǎn)廠(chǎng)家的性能類(lèi)似的設備可實(shí)現相互替換。
（3）現場(chǎng)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場(chǎng)設備中去完成,因此,僅靠現場(chǎng)設備即可完成自動(dòng)控制的基本功能,并可隨時(shí)診斷設備的運行狀態(tài)。
（4）系統結構的高度分散性。構成一種新的全分散型控制系統的體系結構。從根本上改變了現有集散控制系統體系,簡(jiǎn)化了系統結構,提高了可靠性。
（5）對現場(chǎng)環(huán)境的適應性。系統具有較強的糾錯能力,并可滿(mǎn)足安全防爆要求。

2.2　現場(chǎng)總線(xiàn)的優(yōu)越性

（1）節省硬件數量與投資。
（2）節省安裝費用。
（3）節省維護費用。
（4）用戶(hù)擁有高度的系統集成主動(dòng)權。
（5）提高了系統的準確性與可靠性。
（6）設計簡(jiǎn)單,易于重構。

2.3　CAN總線(xiàn)技術(shù)特性

從物理結構上看,CAN屬于總線(xiàn)式通訊網(wǎng)絡(luò ),與BITBUS,RS485相似,又有本質(zhì)區別。它是一種專(zhuān)門(mén)用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò ),不同于以太網(wǎng)等管理和信息處理用網(wǎng)絡(luò )。其物理特性及網(wǎng)絡(luò )協(xié)議特性更強調工業(yè)自動(dòng)化的底層監測及控制。它采用了最新的技術(shù)及獨特的設計,其可靠性和性能超過(guò)了已陳舊的現場(chǎng)通訊技術(shù),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控系統。
（2）CAN可以多主方式工作,網(wǎng)絡(luò )上任意一個(gè)節點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò )其它節點(diǎn)發(fā)送信息,而不分主從,通訊方式靈活。利用這一特點(diǎn)也可以方便地構成（容錯）多機備份系統。
（3）CAN無(wú)破壞性地基于優(yōu)先權的仲裁,可滿(mǎn)足不同的實(shí)時(shí)要求,有效避免了總線(xiàn)沖突。
（4）CAN可以點(diǎn)對點(diǎn),一點(diǎn)對多點(diǎn)（成組）及全局廣播等幾種方式傳送和接收數據。
（5）CAN采用短幀結構,每一幀有效字節為8個(gè),這樣傳輸時(shí)間短,受干擾概率低,重新發(fā)送時(shí)間短。
（6）CAN每幀信息都有CRC校驗及其它檢錯措施,保證了數據的出錯率極低。
（7）暫時(shí)錯誤和永久性故障的故障節點(diǎn)的判別以及故障節點(diǎn)的自動(dòng)脫離。
（8）NRZ編碼/解碼方式,并采用位填充（插入）技術(shù)。
（9）通訊介質(zhì)采用雙絞線(xiàn),無(wú)特殊要求。

3、塑窗生產(chǎn)線(xiàn)控制系統的設計和原理（圖1）

圖1　系統結構圖