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| 基于CAN配料系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 | 2020-03-09 |
| 摘要：介紹了CAS的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。具體闡述了基于CAS的CAN配料系統(tǒng)總線在分布自動(dòng)配料系統(tǒng)中的應(yīng)用,給出系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu),CAN配料系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊,及其溫度,張力同步控制PID的軟件流程。 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。尤其是濕法皮革自動(dòng)配料系統(tǒng),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。該自動(dòng)配料有100-150M的長度。同時(shí)存在60-70模擬信號。 因此為了降低成本,增加配料系統(tǒng)的可靠性。自動(dòng)配料系統(tǒng)采用了CAS(計(jì)算機(jī)控制中心),加CAN配料系統(tǒng)總線分布采集模塊,觸摸屏構(gòu)成濕法皮革配料的自動(dòng)配料系統(tǒng)。 1.CAS的概述 B&R的CAS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AutomatoinStudio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。在本套自動(dòng)配料系統(tǒng)中CAS的軟件的開發(fā)中,配料系統(tǒng)主要采用了以C語言為主,梯形圖為輔的編程方式。 2.CAN配料系統(tǒng)總線的概述 CAN配料系統(tǒng)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配料系統(tǒng)控制裝置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配料系統(tǒng)仍可提供高達(dá)50Kbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。 3.配料系統(tǒng)的總介紹 本系統(tǒng)由觸摸控制屏、CAS、CAN配料系統(tǒng)總線模塊三部分構(gòu)成。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CAS的RS232建立點(diǎn)與點(diǎn)的通訊。由CAS擁有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。CAS是生產(chǎn)過程的控制核心。主要功能是完成對各CAN配料系統(tǒng)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。 4.同步控制原理 (1)系統(tǒng)的傳動(dòng)線路:配料系統(tǒng)放卷與收卷用力矩電機(jī)單獨(dú)控制。整個(gè)配料系統(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臺主頻機(jī)拖動(dòng)。每臺扎機(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,CAS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。 (2)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)。在該配料系統(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.CAS的CAN配料系統(tǒng)總線的特點(diǎn)與下位CAN系統(tǒng)模塊的通訊 (1)CAS的CAN配料系統(tǒng)總線的使用 CAS的CAN配料系統(tǒng)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配料函數(shù)庫來實(shí)現(xiàn)。其中包括CONOPEN,CAN配料WRITE,CAN系統(tǒng)READ,以及SANTAB和CAN配料RWTAB。CAN配料系統(tǒng)OPEN函數(shù)包括完成對CAN配料的初始化,需要注意的是CAN配料系統(tǒng)總線的初始化必須包含在初始化例程INTISP中。CAN配料OPEN(1,BAND-RATE,COB-ANT,ADR(ERRO-ADR),0.,0US-IDENT,STAFUS)其中BAND-RATE=25,即代表波特功率為250K。US-IDENT是調(diào)用CAN配料系統(tǒng)初始化得到的到CAS的CAN配料的ID,在CAN系統(tǒng)總線的讀寫過程都將用到該參數(shù)。CAN配料總線的寫信息通過在優(yōu)先級較高的進(jìn)程中采用CAN配料系統(tǒng)2WRITE函數(shù),其函數(shù)參數(shù)定義如下:CAN配料為在CAN初始化中建立的us-idenf。CAN配料-id為數(shù)據(jù)目標(biāo)CAN配料模塊有關(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。其值為8。如果以CAN配料-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。 (2)CASCAN配料總線的讀數(shù)據(jù) 在CAS中設(shè)置一較高優(yōu)先級的task來處理輪尋采集模塊的數(shù)據(jù)。為降低系統(tǒng)成本和提高采樣的速率。本配料系統(tǒng)根據(jù)軋輥的分布情況采用8塊張力,2塊熱電偶采集模塊。每塊模塊可采集6路信號。實(shí)際使用4路輸入,另外2路作為備用。采樣精度為10位。這樣需求20個(gè)CAN配料-id。其采樣周T=20×task的(時(shí)間片=1ms)。其初始化,及函數(shù)參數(shù)表同CAN配料write其讀過程應(yīng)限于篇幅也從略。 (3)現(xiàn)場采集模塊的構(gòu)成 如上所述,濕法皮革自動(dòng)配料現(xiàn)場環(huán)境惡劣，設(shè)計(jì)高可靠的CAN配料總線模塊是自動(dòng)配料系統(tǒng)正常運(yùn)行必要保障。電路中采用了89C51芯片。該芯片集成mcs-51內(nèi)核。具有電路10位A/D。內(nèi)建兼容CAN配料2.0B的CAN配料總線控制器。取代系統(tǒng)的分散元件,提高了配料系統(tǒng)的可靠性。考慮到現(xiàn)場的干擾及CAS的設(shè)備安全,在CAN配料總線與CAN配料控制的輸出之間采用光電隔離。為CAN配料總線的驅(qū)動(dòng)器P82C250。P82C250是專門用于CAN配料總線的收發(fā)驅(qū)動(dòng)8腳芯片,TxD和RxD引腳分別發(fā)送經(jīng)驅(qū)動(dòng)后的發(fā)送和接收信號;雙絞線介質(zhì)分別接受CAN配料H,CAN配料L引腳。在網(wǎng)絡(luò)的末端應(yīng)注意加上120終端匹配電阻。防止反射信號對通訊過程的影響。現(xiàn)場控制器現(xiàn)場模塊主要完成對0～5V張力信號的采集,熱電偶mV信號的采集,現(xiàn)場溫度的采集。mV信與0～5V信號采用開關(guān)切換。D/A轉(zhuǎn)換輸出0～5V電壓信號控制變頻器。87C591內(nèi)含一SJ1000的CAN配料控制器,因此模塊降低外圍器件,也避免SJ1000與MCS時(shí)鐘同步問題。CAN配料系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)采用P82C520專用芯片,并且實(shí)現(xiàn)控制器與網(wǎng)路的光電隔離。P87C591是一個(gè)單片8位微控制器,具有片內(nèi)CAN配料控制器SJ1000A。全靜態(tài)內(nèi)核提供了擴(kuò)展的節(jié)電方式,振蕩器可停止和恢復(fù)數(shù)據(jù),在RM外部時(shí)鐘速率時(shí)實(shí)500ns指令周期,片內(nèi)令6路10位AD等其他性能。 6.CAN配料通信軟件的設(shè)計(jì) (1)CAN配料通信協(xié)議的確定 由87C591中的控制器提供了物理層,數(shù)據(jù)鏈路層。通訊協(xié)議的設(shè)計(jì)主要是基于應(yīng)用層開展的,通過有效的分配CAN配料協(xié)議的ID資源從而完成對各控制住處和數(shù)據(jù)正確可靠的傳輸。 (2)采樣方案的確定 稱重配料系統(tǒng)通過有效分配ID號來保證各種數(shù)據(jù)的優(yōu)先級,由于溫度過程時(shí)間常數(shù)較大可采用較低優(yōu)先級,張力采樣需要實(shí)時(shí)采樣,因此采用較高優(yōu)先級,并且在主站的CAN配料數(shù)據(jù)輪詢中安排不同的采樣周期,在CAS中采樣周期可以通過設(shè)定不同的TASK的時(shí)間片來控制。溫度采樣控制過程采用IS的TASK,而張力采樣則采用MS的HS級的TASK。 (3)現(xiàn)場采集模塊CAN配料總線通程序流程 現(xiàn)場模塊采集用接收信息采用中斷方式,根據(jù)數(shù)據(jù)請示信號,采用查詢發(fā)送采集信息。在CAN配料通信過程中發(fā)生中斷還應(yīng)判斷中斷類型,并依此作一些故障處理,這里從略,需要說明的本現(xiàn)場采集模塊充分利用CAN配料控制器四個(gè)接收屏驗(yàn)收濾波器靈活配置,來簡化根據(jù)ID的信息分類。 7.結(jié)束語 本配料系統(tǒng)綜合的CAS的編程靈活,可靠性高與CAN配料總線分布系統(tǒng)的價(jià)格與可靠性優(yōu)勢。它的應(yīng)用,增強(qiáng)了皮革自動(dòng)配料系統(tǒng)的柔性與可靠性。降低了成本,本系統(tǒng)應(yīng)用2003CAS系列主機(jī),對電力系統(tǒng),以其他需要高速采集數(shù)據(jù)的分布系統(tǒng)具有一定的借簽。 | |
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