基于CAN總線的雙容水箱控制系統(tǒng)

　　CAN(Control Area Network)即控制器局域網(wǎng)絡(luò)，它最初是由德國的BOSCH公司為汽車監(jiān)測(cè)、控制系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的。由于其高性能、高可靠性及獨(dú)特的設(shè)計(jì)，越來越受到人們的重視。目前，CAN總線是唯一已成為國際標(biāo)準(zhǔn)的，被公認(rèn)為是幾種最有前途的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。

　　CAN具有下列主要特性:

　　(1) 多主站依據(jù)優(yōu)先權(quán)進(jìn)行總線訪問;

　　(2) 無破壞性的基于優(yōu)先權(quán)的仲裁;

　　(3) 借助接收濾波的多地址傳送;

　　(4) 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請(qǐng)求;

　　(5) 配置靈活性;

　　(6) 全系統(tǒng)數(shù)據(jù)兼容性;

　　(7) 錯(cuò)誤檢測(cè)和出錯(cuò)信息;

　　(8) 若丟失仲裁或由于出錯(cuò)而遭破壞的幀可自動(dòng)重發(fā)送;

　　(9) 暫時(shí)錯(cuò)誤和永久性故障節(jié)點(diǎn)的判別以及故障節(jié)點(diǎn)的自動(dòng)脫離。

　　考慮到CAN總線具有的這些優(yōu)點(diǎn)，我們?cè)O(shè)計(jì)了基于CAN總線的雙容水箱水位控制系統(tǒng)。

　　2 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

　　雙容水箱試驗(yàn)臺(tái)由雙容水箱、變頻器、水位傳感器、交流電機(jī)、水泵和配電盤構(gòu)成。其中水位傳感器的作用是測(cè)量被控水箱的水位，水泵用來給供水水箱抽水。系統(tǒng)控制的目的就是使被控水箱的水位保持在給定值高度，當(dāng)外加擾動(dòng)或改變對(duì)象特性，能使水位恢復(fù)在給定值高度。

　　本系統(tǒng)是將普通的變送器、執(zhí)行器和PC機(jī)改造成為具有CAN接口的智能節(jié)點(diǎn)，然后將它們通過總線有機(jī)的聯(lián)系在一起所形成的完整的控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)的總體結(jié)構(gòu) 如圖1所示。

圖1 雙容水箱控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖

　　系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳捎每偩€式結(jié)構(gòu)，可以分為兩層:現(xiàn)場(chǎng)控制層和過程監(jiān)控層。

　　2.1 現(xiàn)場(chǎng)控制層

　　現(xiàn)場(chǎng)控制層為系統(tǒng)的底層，由帶有CAN接口的變送器或執(zhí)行器構(gòu)成，它們之間通過CAN總線進(jìn)行通信，完成全部的控制工作。它的基本工作過程如下所述:變送器將被調(diào)量的值變換為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，該信號(hào)在CAN接口內(nèi)完成A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波等處理，然后將變換所得的數(shù)字信號(hào)通過總線傳送到相應(yīng)的CAN接口。在該節(jié)點(diǎn)內(nèi)將信號(hào)接收后，根據(jù)所選擇的控制算法(PID或模糊控制)進(jìn)行運(yùn)算，之后將運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行D/A變換，再將模擬信號(hào)通過放大處理去驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器。這樣整個(gè)控制系統(tǒng)就可以按照一定的控制規(guī)律構(gòu)成一個(gè)完整的閉環(huán)控制系統(tǒng)。

　　2.2 過程監(jiān)控層

　　過程監(jiān)控層是現(xiàn)場(chǎng)控制層的上一層，接收由該層傳輸上來的所需的生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)，以及向該層發(fā)送操作命令，以便運(yùn)行人員對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)控。過程監(jiān)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自生產(chǎn)一線的數(shù)據(jù)，這也充分的體現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)總線全數(shù)字化的優(yōu)點(diǎn)。

　　過程監(jiān)控層主要由兩部分構(gòu)成:CAN適配器和上位機(jī)。其中CAN適配器一端和總線相連, 完成和CAN總線的通信;另一端和上位機(jī)連接, 完成和上位機(jī)的通信。它的主要功能是將上位機(jī)的操作信號(hào)和控制參數(shù)傳送給指定的CAN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn), 同時(shí), 將節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸給上位機(jī)做進(jìn)一步處理。本系統(tǒng)通過RS232串行口和上位機(jī)交換數(shù)據(jù)。這種方法雖然傳輸速度低, 但結(jié)構(gòu)簡單、易于實(shí)現(xiàn)、價(jià)格低廉。