基于CAN總線(xiàn)的雙容水箱控制系統

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

　　CAN具有下列主要特性:

　　(1) 多主站依據優(yōu)先權進(jìn)行總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn);

　　(2) 無(wú)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) 遠程數據請求;

　　(5) 配置靈活性;

　　(6) 全系統數據兼容性;

　　(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(dòng)重發(fā)送;

　　(9) 暫時(shí)錯誤和永久性故障節點(diǎn)的判別以及故障節點(diǎn)的自動(dòng)脫離。

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

　　2 系統的總體結構

　　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(pán)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(lái)給供水水箱抽水。系統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(dòng)或改變對象特性，能使水位恢復在給定值高度。

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

圖1 雙容水箱控制系統的總體結構圖

　　系統的網(wǎng)絡(luò )拓撲采用總線(xiàn)式結構，可以分為兩層:現場(chǎng)控制層和過(guò)程監控層。

　　2.1 現場(chǎng)控制層

　　現場(chǎng)控制層為系統的底層，由帶有CAN接口的變送器或執行器構成，它們之間通過(guò)CAN總線(xiàn)進(jìn)行通信，完成全部的控制工作。它的基本工作過(guò)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、數字濾波等處理，然后將變換所得的數字信號通過(guò)總線(xiàn)傳送到相應的CAN接口。在該節點(diǎn)內將信號接收后，根據所選擇的控制算法(PID或模糊控制)進(jìn)行運算，之后將運算結果進(jìn)行D/A變換，再將模擬信號通過(guò)放大處理去驅動(dòng)執行器。這樣整個(gè)控制系統就可以按照一定的控制規律構成一個(gè)完整的閉環(huán)控制系統。

　　2.2 過(guò)程監控層

　　過(guò)程監控層是現場(chǎng)控制層的上一層，接收由該層傳輸上來(lái)的所需的生產(chǎn)過(guò)程的數據，以及向該層發(fā)送操作命令，以便運行人員對整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監控。過(guò)程監控層的上面可與以太網(wǎng)相連，以便管理層可以直接快速的獲得來(lái)自生產(chǎn)一線(xiàn)的數據，這也充分的體現了現場(chǎng)總線(xiàn)全數字化的優(yōu)點(diǎn)。

　　過(guò)程監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(xiàn)相連, 完成和CAN總線(xiàn)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傳送給指定的CAN網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn), 同時(shí), 將節點(diǎn)的數據傳輸給上位機做進(jìn)一步處理。本系統通過(guò)RS232串行口和上位機交換數據。這種方法雖然傳輸速度低, 但結構簡(jiǎn)單、易于實(shí)現、價(jià)格低廉。