基于CAN總線的塑窗焊接清理生產(chǎn)線控制系統(tǒng)

隨著計(jì)算機(jī)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(yīng)用,工業(yè)控制過(guò)程對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的傳輸和數(shù)據(jù)交換的要求也越來(lái)越高,由于全數(shù)字信號(hào)系統(tǒng)較之傳統(tǒng)模擬信號(hào)具有抗干擾性強(qiáng)、速率高、建設(shè)周期短等特點(diǎn),數(shù)字化的現(xiàn)場(chǎng)總線迅速成為當(dāng)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(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)如HART、PROFIBUS、FF等,其中CAN（ControllerAreaNetwork）現(xiàn)場(chǎng)總線是德國(guó)BOSCH公司推出的一種現(xiàn)場(chǎng)總線的標(biāo)準(zhǔn),根據(jù)ISO組織的OSI（開(kāi)放系統(tǒng)互連）的要求,其具有物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。CAN總線基于令牌協(xié)議,在物理上是總線結(jié)構(gòu),協(xié)議的制定包含優(yōu)先級(jí),狀態(tài)變動(dòng)和控制權(quán)移交等關(guān)鍵技術(shù)。本文介紹了一種基于CAN總線的生產(chǎn)線控制系統(tǒng),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)在塑料門窗焊接清理生產(chǎn)線的實(shí)際應(yīng)用及特點(diǎn)。

2、CAN總線的基本特性

2.1　現(xiàn)代工業(yè)系統(tǒng)的特點(diǎn)
（1）系統(tǒng)的開(kāi)放性。開(kāi)放系統(tǒng)是指通信協(xié)議公開(kāi),各不同廠家的設(shè)備之間可互連為系統(tǒng)并可實(shí)現(xiàn)信息交換。這里的開(kāi)放是指相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的一致性、公開(kāi)性,強(qiáng)調(diào)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的共識(shí)與遵從。開(kāi)放系統(tǒng)把系統(tǒng)集成的權(quán)利交給了用戶。用戶可按自己的需要和考慮,把來(lái)自不同供應(yīng)商的產(chǎn)品組成大小隨意的系統(tǒng)。
（2）可互操作性與互用性。指實(shí)現(xiàn)互連設(shè)備間的信息傳送與溝通以及對(duì)不同生產(chǎn)廠家的性能類似的設(shè)備可實(shí)現(xiàn)相互替換。
（3）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的智能化與功能自治性。它將傳感測(cè)量、補(bǔ)償計(jì)算、工程量處理與控制等功能分散到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中去完成,因此,僅靠現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備即可完成自動(dòng)控制的基本功能,并可隨時(shí)診斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。
（4）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性。構(gòu)成一種新的全分散型控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。從根本上改變了現(xiàn)有集散控制系統(tǒng)體系,簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu),提高了可靠性。
（5）對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)性。系統(tǒng)具有較強(qiáng)的糾錯(cuò)能力,并可滿足安全防爆要求。

2.2　現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)越性

（1）節(jié)省硬件數(shù)量與投資。
（2）節(jié)省安裝費(fèi)用。
（3）節(jié)省維護(hù)費(fèi)用。
（4）用戶擁有高度的系統(tǒng)集成主動(dòng)權(quán)。
（5）提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與可靠性。
（6）設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,易于重構(gòu)。

2.3　CAN總線技術(shù)特性

從物理結(jié)構(gòu)上看,CAN屬于總線式通訊網(wǎng)絡(luò),與BITBUS,RS485相似,又有本質(zhì)區(qū)別。它是一種專門用于工業(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(qiáng)調(diào)工業(yè)自動(dòng)化的底層監(jiān)測(cè)及控制。它采用了最新的技術(shù)及獨(dú)特的設(shè)計(jì),其可靠性和性能超過(guò)了已陳舊的現(xiàn)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(jī)上,方便地構(gòu)成分布式監(jiān)控系統(tǒng)。
（2）CAN可以多主方式工作,網(wǎng)絡(luò)上任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò)其它節(jié)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(gòu)成（容錯(cuò)）多機(jī)備份系統(tǒng)。
（3）CAN無(wú)破壞性地基于優(yōu)先權(quán)的仲裁,可滿足不同的實(shí)時(shí)要求,有效避免了總線沖突。
（4）CAN可以點(diǎn)對(duì)點(diǎn),一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)（成組）及全局廣播等幾種方式傳送和接收數(shù)據(jù)。
（5）CAN采用短幀結(jié)構(gòu),每一幀有效字節(jié)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(yàn)及其它檢錯(cuò)措施,保證了數(shù)據(jù)的出錯(cuò)率極低。
（7）暫時(shí)錯(cuò)誤和永久性故障的故障節(jié)點(diǎn)的判別以及故障節(jié)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,無(wú)特殊要求。

3、塑窗生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和原理（圖1）

圖1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖