| 基于CAN配料系統設計方案 | 2020-03-09 |
| 摘要：介紹了CAS的結構特點。具體闡述了基于CAS的CAN配料系統總線在分布自動配料系統中的應用,給出系統硬件結構,CAN配料系統的數據通訊,及其溫度,張力同步控制PID的軟件流程。 近來,由于環保意識與動物保護主義盛行,優質人造皮革在國際市場上受到了廣泛的歡迎。因此制革機械近幾年來得到了新的發展。尤其是濕法皮革自動配料系統,為提高系統的精度和可靠性,目前大多廠商放棄以同步控制器,溫度控制儀為主的傳統實現方式。轉而紛紛進入PLC加觸摸屏方式,或工控機加PLC控制方式的格局。該自動配料有100-150M的長度。同時存在60-70模擬信號。 因此為了降低成本,增加配料系統的可靠性。自動配料系統采用了CAS(計算機控制中心),加CAN配料系統總線分布采集模塊,觸摸屏構成濕法皮革配料的自動配料系統。 1.CAS的概述 B&R的CAS控制器采用分時多任務操作系統,因此可將控制要求分成多個任務(task),并且在一個掃描周期內同時執行;Windows下編程環境AutomatoinStudio支持標準的C、Basic、梯形圖、指令表、順序結構圖等六種標準的開發語言;根據需要可以在同一個項目中采用多種語言進行編程。同時,編程環境中包含豐富的函數庫及功能塊(Functionblock),大幅度減輕了開發人員的工作量。在本套自動配料系統中CAS的軟件的開發中,配料系統主要采用了以C語言為主,梯形圖為輔的編程方式。 2.CAN配料系統總線的概述 CAN配料系統被設計作為汽車環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絡。比如:發動機管理系統、變速箱控制器、儀表裝備、電子主干系統中,均嵌入CAN配料系統控制裝置是一種多主方式的串行通訊總線,基本設計規范要求有高的位速率,高抗電磁干擾性,而且能夠檢測出產生的任何錯誤。當信號傳輸距離達到10Km時,CAN配料系統仍可提供高達50Kbit/s的數據傳輸速率。 3.配料系統的總介紹 本系統由觸摸控制屏、CAS、CAN配料系統總線模塊三部分構成。其中觸摸屏主要完成工藝參數的設定,如軋輥的溫度,系統的走布速率等;顯示各軋輥的張力以及歷史參數,顯示系統的運行狀態。包括變頻器的電流,故障代碼等。觸摸屏RS232口與CAS的RS232建立點與點的通訊。由CAS擁有FARAME-DRIVE功能。因此,它幾乎可以與所有RS232的設備進行相互通訊。CAS是生產過程的控制核心。主要功能是完成對各CAN配料系統總線模塊掃描,獲得現場的溫度及張力軋輥位置信號。并根據工藝參數的要求進行各種PID運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)系統的傳動線路:配料系統放卷與收卷用力矩電機單獨控制。整個配料系統的速度跟隨主凝固機運動。主凝固機由一臺5.7KW的矢量型變頻器拖動。其給定信號采自于觸摸屏的設定。其他各扎機分別31臺主頻機拖動。每臺扎機的速度保證與主凝固機同步。其結構框圖如圖3所示。在保證張力恒定的情況下能保證系統轉速的同步。為了加快調節時間加入前饋控制量速度設定,使系統在起動和速度升降過程中張力波動減少,在張力控制過程中一旦出現了張力過載,CAS輸出控制氣閥抬起了壓輥。張力恢復正常后又自動壓上壓輥,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,可以控制無限路溫度調節。在該配料系統中,一般控制8到10路溫控。由于采用的是C語言,可以動態的定義當前有幾路溫控,普通溫控表或PID調節器難以進行準確溫控;而B&R公司智能溫度PID軟件可以自動計算出不同溫控所需要的PID參數,使溫度控制精確到±1℃。 5.CAS的CAN配料系統總線的特點與下位CAN系統模塊的通訊 (1)CAS的CAN配料系統總線的使用 CAS的CAN配料系統幀最多可用8個字節的信息進行讀寫。這部從通過調用CAN配料函數庫來實現。其中包括CONOPEN,CAN配料WRITE,CAN系統READ,以及SANTAB和CAN配料RWTAB。CAN配料系統OPEN函數包括完成對CAN配料的初始化,需要注意的是CAN配料系統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是調用CAN配料系統初始化得到的到CAS的CAN配料的ID,在CAN系統總線的讀寫過程都將用到該參數。CAN配料總線的寫信息通過在優先級較高的進程中采用CAN配料系統2WRITE函數,其函數參數定義如下:CAN配料為在CAN初始化中建立的us-idenf。CAN配料-id為數據目標CAN配料模塊有關的CAN數據楨的ID。DATE-ADR為發送數據模塊的首地址。Date-iog為發送的數據長度。其值為8。如果以CAN配料-id為幀地址數據被成功發送則status=0,反之status=錯誤代碼。 (2)CASCAN配料總線的讀數據 在CAS中設置一較高優先級的task來處理輪尋采集模塊的數據。為降低系統成本和提高采樣的速率。本配料系統根據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CAN配料-id。其采樣周T=20×task的(時間片=1ms)。其初始化,及函數參數表同CAN配料write其讀過程應限于篇幅也從略。 (3)現場采集模塊的構成 如上所述,濕法皮革自動配料現場環境惡劣，設計高可靠的CAN配料總線模塊是自動配料系統正常運行必要保障。電路中采用了89C51芯片。該芯片集成mcs-51內核。具有電路10位A/D。內建兼容CAN配料2.0B的CAN配料總線控制器。取代系統的分散元件,提高了配料系統的可靠性?？紤]到現場的干擾及CAS的設備安全,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配料總線的驅動器P82C250。P82C250是專門用于CAN配料總線的收發驅動8腳芯片,TxD和RxD引腳分別發送經驅動后的發送和接收信號;雙絞線介質分別接受CAN配料H,CAN配料L引腳。在網絡的末端應注意加上120終端匹配電阻。防止反射信號對通訊過程的影響?，F場控制器現場模塊主要完成對0～5V張力信號的采集,熱電偶mV信號的采集,現場溫度的采集。mV信與0～5V信號采用開關切換。D/A轉換輸出0～5V電壓信號控制變頻器。87C591內含一SJ1000的CAN配料控制器,因此模塊降低外圍器件,也避免SJ1000與MCS時鐘同步問題。CAN配料系統的驅動采用P82C520專用芯片,并且實現控制器與網路的光電隔離。P87C591是一個單片8位微控制器,具有片內CAN配料控制器SJ1000A。全靜態內核提供了擴展的節電方式,振蕩器可停止和恢復數據,在RM外部時鐘速率時實500ns指令周期,片內令6路10位AD等其他性能。 6.CAN配料通信軟件的設計 (1)CAN配料通信協議的確定 由87C591中的控制器提供了物理層,數據鏈路層。通訊協議的設計主要是基于應用層開展的,通過有效的分配CAN配料協議的ID資源從而完成對各控制住處和數據正確可靠的傳輸。 (2)采樣方案的確定 稱重配料系統通過有效分配ID號來保證各種數據的優先級,由于溫度過程時間常數較大可采用較低優先級,張力采樣需要實時采樣,因此采用較高優先級,并且在主站的CAN配料數據輪詢中安排不同的采樣周期,在CAS中采樣周期可以通過設定不同的TASK的時間片來控制。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)現場采集模塊CAN配料總線通程序流程 現場模塊采集用接收信息采用中斷方式,根據數據請示信號,采用查詢發送采集信息。在CAN配料通信過程中發生中斷還應判斷中斷類型,并依此作一些故障處理,這里從略,需要說明的本現場采集模塊充分利用CAN配料控制器四個接收屏驗收濾波器靈活配置,來簡化根據ID的信息分類。 7.結束語 本配料系統綜合的CAS的編程靈活,可靠性高與CAN配料總線分布系統的價格與可靠性優勢。它的應用,增強了皮革自動配料系統的柔性與可靠性。降低了成本,本系統應用2003CAS系列主機,對電力系統,以其他需要高速采集數據的分布系統具有一定的借簽。 | |
