基于CAN總線的橡膠加工分布式計算機測控系統(tǒng)的設計與實現

為了提高橡膠加工廠的生產工藝執(zhí)行率，強化工藝管理，便于現場檢查工藝參數，利于企業(yè)推行企業(yè)計算機集成制造系統(tǒng)CIMS、企業(yè)管理信息系統(tǒng)MIS和貫徹ISO9000～9002質量標準，我們?yōu)槟?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/橡膠加工">橡膠加工廠設計一套基于CAN總線的橡膠加工過程的分布式計算機測控系統(tǒng)。整個計算機測控系統(tǒng)由4個工程師站和13個現場控制站點組成，整個測控系統(tǒng)以Windows9x為操作平臺，采用CAN總線網絡結構。整個系統(tǒng)已平穩(wěn)運行一年，運行良好。
　　
橡膠加工廠一般均設有：配合劑稱量、混煉、硫化、修補等工段，其中最為關鍵的兩個工段為稱量和硫化工段?，F在，我國的一些橡膠加工廠的稱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量和硫化性能。為了減少人為的因素的影響，配料稱量、橡膠硫化生產過程采用計算機控制是十分必要的。整個計算機控制過程主要是硫化溫度的采集、控制，在溫度控制時，加入數字增量PID調節(jié)功能。
　　
根據橡膠加工廠的特點,整個系統(tǒng)應具有工藝流程畫面顯示、曲線趨勢圖顯示、數據存儲、實時故障報警及報表打印、歷史數據查詢、配方更改、工藝流程更改等功能。為了使整個分布式測控系統(tǒng)能安全、可靠、高性能地運行，同時考慮用戶將來的擴展需要，整個系統(tǒng)采用如下設計思路：
　　
（1）系統(tǒng)采用三級分布式結構網絡,由工程師管理站和現場測控站點構成。工程師管理站對其所監(jiān)控的分現場測控站進行管理和調度，通過熱鍵切換，也可對整個分布式測控系統(tǒng)中的各個現場測控站進行統(tǒng)一管理和調度。各個現場測控站分管若干個現場輸入/輸出（I/O）單元，且相互之間獨立，共同完成各個現場測控站點的數據采集、控制及通信功能,從而可以保證系統(tǒng)在某一個現場I/O單元或某一現場測控站出現故障時不出現失控現象。
　　
（2）現場工程師站向上與廠信息處理工作站、總工程師等組成快速以太網（Ethernet），以備將來與Internet網互聯。
　　
（3）系統(tǒng)采用總線式的現場通信網絡，它具備多主協議、通信速率高、實時能力、錯誤糾正、強噪聲抑制能力，同時，系統(tǒng)具備一定的擴充能力。
　　
（4）硬件采用模塊化結構：現場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，以使現場若發(fā)生故障時維修人員可以方便、快速地進行更換，而不影響正常的生產。
　　
根據用戶需求，系統(tǒng)正常運行時，從信號采集和控制流程看，本系統(tǒng)分為4個獨立的部分：配合劑稱量工段分站；橡膠混合工段分站；橡膠硫化工段分站；成品修補工段分站。其中每個部分設1臺工程師站對本站進行數據采集和控制。同時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，通過熱鍵切換，系統(tǒng)進入應急托管狀態(tài)，由其他3臺工程師站進行臨時托管。從適用性、先進性和系統(tǒng)低成本考慮，現場總線采用CAN（控制器區(qū)域網）總線[2] [3]，它是一種廣泛應用于工業(yè)自動化領域的先進的現場總線，具有以下顯著特性：
　　
它是一種高速串行總線，具備多主協議，網上任意兩個接點都可以直接交換數據。
　　
具備實時能力。CAN網通過非破壞性的位總線仲裁技術來處理多接點同時訪問網絡的沖突，從而滿足實時性的需要，也保證不丟失數據和損失帶寬。
　　
廣播式數據通訊。采用CSMA/CD協議進行總線控制及數據通信，當節(jié)點往網上發(fā)送數據時，其他所有節(jié)點都同時收到數據。
　　
高傳輸可靠性
　　
CAN特別適合于網絡化智能設備，滿足ISO11898，傳輸速率可達1Mbps，傳輸距離1000m，傳輸方式和介質為差分電壓和雙絞線。驅動器/接受器為64/64，經CAN總線擴展器可擴充到256個。
　　
工程師站
　　
根據用戶的需求，本方案選用臺灣研華公司的工控機IPC610P，其主頻為233MHz。為適應總線需求，在工控機內配置一塊研華PCL841雙通道隔離式CAN總線卡。它支持工控機與CAN網的聯接及通訊，傳輸速率最大為1Mbps。比工控機通過RS-232經ADAM4525再上CAN網的通訊速率大大提高。 現場智能單元
　　
現場智能單元采用研華產品ADAM5000/CAN，它主要用來做獨立的數據采集控制，可通過其CAN網接口與上位機通信，特別適合應用于現場總線式的數據采集場合。ADAM5000/CAN內置16位微處理器，具有4個模塊插槽（支持64個I/O點），內置CAN口。具有足夠的現場響應能力和I/O 處理能力。同時支持現場站點直接與CAN接口（可選DeviceNET或CANopen協議），且自帶軟硬件自檢和看門狗。
　　
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，僅當數據改變時才產生數據，數據然后廣播到網上的所有設備，計算機或控制器在事件發(fā)生的同時接收數據。