基于CAN現(xiàn)場(chǎng)總線的智能混凝土攪拌站稱重儀表

　　在混凝上攪拌站的混凝土生產(chǎn)過(guò)程中，物料稱重、配料控制是影響商品混凝土質(zhì)量的重要因素。混凝上生產(chǎn)中需要水泥、大石、中石、小石、沙、水、添加劑等多種配料，目前，混凝土攪拌站配料擰制一般使用分布式控制系統(tǒng)，一套傳統(tǒng)的典型的攪拌站分布式控制系統(tǒng)如圖1所示，它包括多個(gè)稱重顯示控制終端。稱重顯示控制終端功能主要采集相應(yīng)料斗傳感器信號(hào)，換算成重量，同時(shí)根據(jù)混凝土的配方進(jìn)行配料的過(guò)程控制。這種顯示控制和傳感器信息采集一體化的稱重顯示控制終端在遠(yuǎn)距離模擬信號(hào)的傳輸中，外部干擾的串人以及傳輸過(guò)程中信號(hào)的衰減都直接影響到檢測(cè)和控制的精度。同時(shí)由于采用串口和上位的工控機(jī)進(jìn)行通信，對(duì)工控機(jī)串口的數(shù)量要求苛刻，系統(tǒng)布線復(fù)雜，不便于安裝和維護(hù)，當(dāng)物料種類增加時(shí)往往難以靈活配置。

　　CAN總線技術(shù)是國(guó)際上前沿的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，它布線簡(jiǎn)單，只需兩根雙絞線就可連接多個(gè)傳輸節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)增刪靈活，傳輸距離長(zhǎng)，抗干擾能力強(qiáng)，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用極其廣泛。采用了CAN總線的新型稱重顯示控制終端的攪拌站控制系統(tǒng)如圖2所示。

　　由圖2可以看到，其布線大為簡(jiǎn)化，只需要一根四芯CAN總線電纜就可實(shí)現(xiàn)顯示控制模塊，傳感器數(shù)據(jù)采集模塊以及工控機(jī)之間的相互通信。同時(shí)由于CAN總線采用了數(shù)字傳輸方式也解決了攪拌站控制系統(tǒng)中模擬信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸干擾串入和信號(hào)衰減問(wèn)題。

　　2．稱重儀表硬件構(gòu)成

　　該型稱重顯示控制器由顯示控制模塊和傳感器數(shù)據(jù)采集模塊組成，模塊之間由CAN總線連接。傳感器數(shù)據(jù)采集模塊不斷地采集傳感器模擬電壓信號(hào)，通過(guò)內(nèi)部放火、A／D轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號(hào)，并將數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)通信子模塊傳到CAN總線上去，供CAN總線上的對(duì)應(yīng)的顯示控制模塊接收處理，完成稱重顯示控制器主要功能，滿足攪拌站稱量系統(tǒng)的需要。

其工作原理如圖3所示，稱重儀表實(shí)物如下圖4所示。

　　2.1 基于CAN接口的傳感器數(shù)據(jù)采集模塊原理

　　傳感器數(shù)據(jù)采集模塊由信號(hào)采集處理子模塊、通信子模塊和電源電路組成，如圖5所示。

　　信號(hào)采集處理部分采用TI公司的MSC1210單片機(jī)，MSC1210集成一個(gè)增強(qiáng)型的8051內(nèi)核、具有可編程增益(1-128倍)放大器、8路24位高精度∑-△摸數(shù)轉(zhuǎn)換器(A／D)，可以容易地實(shí)現(xiàn)單片式低噪聲高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。同時(shí)還具有溫度傳感器、32K FLASH存儲(chǔ)器、1.2KB的SRAM、32位累加器，可串行或并行編程，達(dá)10萬(wàn)次擦除／寫(xiě)操作，工作電壓2.7--5.25 V，溫度范圍-40--+85℃。

　　通信子模塊由PHILIPS公司的獨(dú)立CAN總線控制器SJA1000、高速光隔離收發(fā)器6N137和CAN收發(fā)器A82C250組成。

　　電源部分主要由TVS、LM2956和DC-DC模塊設(shè)計(jì)而成。LM2956是一款性能優(yōu)越的低壓差穩(wěn)壓器，可以使系統(tǒng)的以較低的功耗工作，具有輸入電壓反接保護(hù)，使系統(tǒng)在不同的工作環(huán)境下更安全可靠，輸出電壓作為供電電源同時(shí)也作為AD轉(zhuǎn)換的基準(zhǔn)電壓，無(wú)需精確穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓源即可實(shí)現(xiàn)精確的測(cè)量，降低了對(duì)供電電源和基準(zhǔn)電壓源的要求，簡(jiǎn)化了電路，同時(shí)也有效的降低了成本。DC-DC模塊給光耦6N137右邊模擬電路供電，采用不同的電源供電，光耦6N137兩邊電路才完全隔離，提高了模塊的穩(wěn)定性。電路中各器件的電源輸入端接有去耦電容，增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力。

2.2 顯示控制模塊原理

　　顯示控制模塊由信息處理子模塊、通信子模塊、顯示子模塊、鍵盤(pán)電路和電源電路組成。如6圖所示。

　　顯示控制模塊通過(guò)CAN總線接收傳感器數(shù)據(jù)采集模塊發(fā)送的信息，轉(zhuǎn)換成重量值，經(jīng)過(guò)主程序的處理，顯示重量并發(fā)送相應(yīng)的控制信息。

　　信號(hào)處理部分采用Cygnal公司的C8051F040單片機(jī)，它是集成在一塊芯片上的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)單片機(jī)，25MIPS高速流水線式CIP-51控制器內(nèi)核，JTAG調(diào)試接口，64KB的可編程FLASH存儲(chǔ)器，RAM可存儲(chǔ)4352(4096+256)字節(jié)，64個(gè)I／O端口管腳，同時(shí)有一個(gè)CAN2.0B集成控制器，可在工業(yè)溫度范圍-45-+85℃內(nèi)采用2.7伏到3.6V的工作電壓。