基于PCC的CAN總線分布式生產(chǎn)控制系統(tǒng)

近來，由于環(huán)保意識與動(dòng)物保護(hù)主義盛行，優(yōu)質(zhì)人造皮革在國際市場上受到了廣泛的歡迎。因此制革機(jī)械近幾年來得到了新的發(fā)展。尤其是濕法皮革生產(chǎn)線，為提高系統(tǒng)的精度和可靠性，目前大多廠商放棄以同步控制器，溫度控制儀為主的傳統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式。轉(zhuǎn)而紛紛進(jìn)入PLC 加觸摸屏方式，或工控機(jī)加PLC 控制方式的格局。該生產(chǎn)線有100 - 150M 的長度。同時(shí)存在60 - 70 模擬信號。

　　因此為了降低成本，增加系統(tǒng)的可靠性。我們采用了PCC（計(jì)算機(jī)控制中心） ，加CAN 總線分布采集模塊，觸摸屏構(gòu)成濕法皮革生產(chǎn)線的自動(dòng)控制系統(tǒng)。

　　1. PCC 的概述

　　BR 的PCC 控制器采用分時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，因此可將控制要求分成多個(gè)任務(wù)（ task） ，并且在一個(gè)掃描周期內(nèi)同時(shí)執(zhí)行；Windows 下編程環(huán)境Automatoin Studio 支持標(biāo)準(zhǔn)的C、Basic、梯形圖、指令表、順序結(jié)構(gòu)圖等六種標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)語言；根據(jù)需要可以在同一個(gè)項(xiàng)目中采用多種語言進(jìn)行編程。同時(shí)，編程環(huán)境中包含豐富的函數(shù)庫及功能塊（Functionblock） ，大幅度減輕了開發(fā)人員的工作量。在本套控制系統(tǒng)中PCC的軟件的開發(fā)中，我們主要采用了以C語言為主，梯形圖為輔的編程方式。

　　2. CAN 總線的概述

　　CAN ，全稱為“Controller Area Network”，即控制器局域網(wǎng)，是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。起先，CAN被設(shè)計(jì)作為汽車環(huán)境中的微控制器通訊，在車載各電子控制裝置ECU 之間交換信息，形成汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)。比如：發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)、變速箱控制器、儀表裝備、電子主干系統(tǒng)中，均嵌入CAN 控制裝置。CAN 是一種多主方式的串行通訊總線，基本設(shè)計(jì)規(guī)范要求有高的位速率，高抗電磁干擾性，而且能夠檢測出產(chǎn)生的任何錯(cuò)誤。當(dāng)信號傳輸距離達(dá)到10Km 時(shí)，CAN 仍可提供高達(dá)50Kbit/ s 的數(shù)據(jù)傳輸速率。

　　3. 系統(tǒng)的總介紹

　　本系統(tǒng)由觸摸控制屏、PCC、CAN 總線模塊三部分構(gòu)成。具體結(jié)構(gòu)參見圖1 。其中觸摸屏主要完成工藝參數(shù)的設(shè)定，如軋輥的溫度，系統(tǒng)的走布速率等；顯示各軋輥的張力以及歷史參數(shù)，顯示系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。包括變頻器的電流，故障代碼等。觸摸屏RS232口與PCC的RS232 建立點(diǎn)與點(diǎn)的通訊。由PCC 擁有獨(dú)創(chuàng)FARAME - DRIVE功能。因此，它幾乎可以與所有RS232 的設(shè)備進(jìn)行相互通訊。PCC 是生產(chǎn)過程的控制核心。主要功能是完成對各CAN 總線模塊掃描，獲得現(xiàn)場的溫度及張力軋輥位置信號。并根據(jù)工藝參數(shù)的要求進(jìn)行各種PID 運(yùn)算后輸出控制信號到CAV 總線輸出功能塊。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2.

　　4. 同步控制原理

　?。?） 系統(tǒng)的傳動(dòng)線路圖：系統(tǒng)放卷與收卷用力矩電機(jī)單獨(dú)控制。整個(gè)系統(tǒng)的速度跟隨主凝固機(jī)運(yùn)動(dòng)。主凝固機(jī)由一臺(tái)5. 7KW 的矢量型變頻器拖動(dòng)。其給定信號采自于觸摸屏的設(shè)定。其他各扎機(jī)分別31 臺(tái)主頻機(jī)拖動(dòng)。每臺(tái)扎機(jī)的速度保證與主凝固機(jī)同步。其結(jié)構(gòu)框圖如圖3 所示。在保證張力恒定的情況下能保證系統(tǒng)轉(zhuǎn)速的同步。為了加快調(diào)節(jié)時(shí)間加入前饋控制量速度設(shè)定，使系統(tǒng)在起動(dòng)和速度升降過程中張力波動(dòng)減少，在張力控制過程中一旦出現(xiàn)了張力過載，PCC 輸出控制氣閥抬起了壓輥。張力恢復(fù)正常后又自動(dòng)壓上壓輥，其控制策略采用雙位控制。

　?。?） 溫度控制：溫度采用C 語言使用PID 函數(shù)，可以控制無限路溫度調(diào)節(jié)。在該系統(tǒng)中，一般控制8 到10 路溫控。由于采用的是C 語言，可以動(dòng)態(tài)的定義當(dāng)前有幾路溫控，普通溫控表或PID 調(diào)節(jié)器難以進(jìn)行準(zhǔn)確溫控； 而B R 公司智能溫度PID 軟件可以自動(dòng)計(jì)算出不同溫控所需要的PID 參數(shù)，使溫度控制精確到±1 ℃。

　　5. PCC 的CAN 總線的特點(diǎn)與下位CAN 模塊的通訊

　?。?） PCC 的CAN 總線的使用

　　PCC 的CAN 幀最多可用8 個(gè)字節(jié)的信息進(jìn)行讀寫。這部從通過調(diào)用CAN 函數(shù)庫來實(shí)現(xiàn)。其中包括CONOPEN ， CANWRITE ， CANREAD ，以及SANTAB 和CANRWTAB.CANOPEN 函數(shù)包括完成對CAN 總線的初始化，需要注意的是CAN 總線的初始化必須包含在初始化例程INTI SP 中。CANOPEN （ 1 ，BAND - RATE ，COB - ANT ，ADR （ ERRO - ADR） ， 0. ， 0 US - IDENT ，STAFUS） 其中BAND - rate = 25 ，即代表波特功率為250K.US - IDENT 是調(diào)用CAN 初始化得到的到PCC 的CAN的ID ，在CAN 總線的讀寫過程都將用到該參數(shù)。CAN 總線的寫信息通過在優(yōu)先級較高的進(jìn)程中采用CAN2WRITE函數(shù)，其函數(shù)參數(shù)定義如下：CANWRITE（BAND -RATE ，COB - ANT ，ADR ERRO - ADR ，0 ，0 ，US - IDENT ，STATUS ） ，enable = 1 ，us - idenf 為在CANopen （） 初始化中建立的us - idenf .CAN - id 為數(shù)據(jù)目標(biāo)CAN 模塊有關(guān)的CAN 數(shù)據(jù)楨的ID.DATE - ADR 為發(fā)送數(shù)據(jù)模塊的首地址。Date - iog 為發(fā)送的數(shù)據(jù)長度。其最大值為8.如果以CAN - id 為幀地址數(shù)據(jù)被成功發(fā)送則status = 0 ，反之status= 錯(cuò)誤代碼。其發(fā)送數(shù)據(jù)的流程如下：