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

為了提高橡膠加工廠(chǎng)的生產(chǎn)工藝執行率，強化工藝管理，便于現場(chǎng)檢查工藝參數，利于企業(yè)推行企業(yè)計算機集成制造系統CIMS、企業(yè)管理信息系統MIS和貫徹ISO9000～9002質(zhì)量標準，我們?yōu)槟?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/橡膠加工">橡膠加工廠(chǎng)設計一套基于CAN總線(xiàn)的橡膠加工過(guò)程的分布式計算機測控系統。整個(gè)計算機測控系統由4個(gè)工程師站和13個(gè)現場(chǎng)控制站點(diǎn)組成，整個(gè)測控系統以Windows9x為操作平臺，采用CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )結構。整個(gè)系統已平穩運行一年，運行良好。
　　
橡膠加工廠(chǎng)一般均設有：配合劑稱(chēng)量、混煉、硫化、修補等工段，其中最為關(guān)鍵的兩個(gè)工段為稱(chēng)量和硫化工段?，F在，我國的一些橡膠加工廠(chǎng)的稱(chēng)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(chēng)量、橡膠硫化生產(chǎn)過(guò)程采用計算機控制是十分必要的。整個(gè)計算機控制過(guò)程主要是硫化溫度的采集、控制，在溫度控制時(shí)，加入數字增量PID調節功能。
　　
根據橡膠加工廠(chǎng)的特點(diǎn),整個(gè)系統應具有工藝流程畫(huà)面顯示、曲線(xiàn)趨勢圖顯示、數據存儲、實(shí)時(shí)故障報警及報表打印、歷史數據查詢(xún)、配方更改、工藝流程更改等功能。為了使整個(gè)分布式測控系統能安全、可靠、高性能地運行，同時(shí)考慮用戶(hù)將來(lái)的擴展需要，整個(gè)系統采用如下設計思路：
　　
（1）系統采用三級分布式結構網(wǎng)絡(luò ),由工程師管理站和現場(chǎng)測控站點(diǎn)構成。工程師管理站對其所監控的分現場(chǎng)測控站進(jìn)行管理和調度，通過(guò)熱鍵切換，也可對整個(gè)分布式測控系統中的各個(gè)現場(chǎng)測控站進(jìn)行統一管理和調度。各個(gè)現場(chǎng)測控站分管若干個(gè)現場(chǎng)輸入/輸出（I/O）單元，且相互之間獨立，共同完成各個(gè)現場(chǎng)測控站點(diǎn)的數據采集、控制及通信功能,從而可以保證系統在某一個(gè)現場(chǎng)I/O單元或某一現場(chǎng)測控站出現故障時(shí)不出現失控現象。
　　
（2）現場(chǎng)工程師站向上與廠(chǎng)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）系統采用總線(xiàn)式的現場(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、錯誤糾正、強噪聲抑制能力，同時(shí)，系統具備一定的擴充能力。
　　
（4）硬件采用模塊化結構：現場(chǎng)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(xiàn)，以使現場(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)。
　　
根據用戶(hù)需求，系統正常運行時(shí)，從信號采集和控制流程看，本系統分為4個(gè)獨立的部分：配合劑稱(chēng)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(gè)部分設1臺工程師站對本站進(jìn)行數據采集和控制。同時(shí)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故障時(shí)，通過(guò)熱鍵切換，系統進(jìn)入應急托管狀態(tài)，由其他3臺工程師站進(jìn)行臨時(shí)托管。從適用性、先進(jìn)性和系統低成本考慮，現場(chǎng)總線(xiàn)采用CAN（控制器區域網(wǎng)）總線(xiàn)[2] [3]，它是一種廣泛應用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的先進(jìn)的現場(chǎng)總線(xiàn)，具有以下顯著(zhù)特性：
　　
它是一種高速串行總線(xiàn)，具備多主協(xié)議，網(wǎng)上任意兩個(gè)接點(diǎn)都可以直接交換數據。
　　
具備實(shí)時(shí)能力。CAN網(wǎng)通過(guò)非破壞性的位總線(xiàn)仲裁技術(shù)來(lái)處理多接點(diǎn)同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)絡(luò )的沖突，從而滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性的需要，也保證不丟失數據和損失帶寬。
　　
廣播式數據通訊。采用CSMA/CD協(xié)議進(jìn)行總線(xiàn)控制及數據通信，當節點(diǎn)往網(wǎng)上發(fā)送數據時(shí)，其他所有節點(diǎn)都同時(shí)收到數據。
　　
高傳輸可靠性
　　
CAN特別適合于網(wǎng)絡(luò )化智能設備，滿(mǎn)足ISO11898，傳輸速率可達1Mbps，傳輸距離1000m，傳輸方式和介質(zhì)為差分電壓和雙絞線(xiàn)。驅動(dòng)器/接受器為64/64，經(jīng)CAN總線(xiàn)擴展器可擴充到256個(gè)。
　　
工程師站
　　
根據用戶(hù)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(xiàn)需求，在工控機內配置一塊研華PCL841雙通道隔離式CAN總線(xiàn)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(guò)RS-232經(jīng)ADAM4525再上CAN網(wǎng)的通訊速率大大提高。 現場(chǎng)智能單元
　　
現場(chǎng)智能單元采用研華產(chǎn)品ADAM5000/CAN，它主要用來(lái)做獨立的數據采集控制，可通過(guò)其CAN網(wǎng)接口與上位機通信，特別適合應用于現場(chǎng)總線(xiàn)式的數據采集場(chǎng)合。ADAM5000/CAN內置16位微處理器，具有4個(gè)模塊插槽（支持64個(gè)I/O點(diǎn)），內置CAN口。具有足夠的現場(chǎng)響應能力和I/O 處理能力。同時(shí)支持現場(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(mén)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)，僅當數據改變時(shí)才產(chǎn)生數據，數據然后廣播到網(wǎng)上的所有設備，計算機或控制器在事件發(fā)生的同時(shí)接收數據。