基于CAN總線的塑窗焊接清理生產線控制系統

隨著計算機技術、通信技術、網絡技術在工業生產、過程控制中的不斷推廣應用,工業控制過程對現場信號的傳輸和數據交換的要求也越來越高,由于全數字信號系統較之傳統模擬信號具有抗干擾性強、速率高、建設周期短等特點,數字化的現場總線迅速成為當前工業控制領域的一個焦點。目前,市場上有多種現場總線技術如HART、PROFIBUS、FF等,其中CAN（ControllerAreaNetwork）現場總線是德國BOSCH公司推出的一種現場總線的標準,根據ISO組織的OSI（開放系統互連）的要求,其具有物理層、數據鏈路層和應用層。CAN總線基于令牌協議,在物理上是總線結構,協議的制定包含優先級,狀態變動和控制權移交等關鍵技術。本文介紹了一種基于CAN總線的生產線控制系統,具體闡述了奧地利貝加萊公司的自控產品通過CAN網絡在塑料門窗焊接清理生產線的實際應用及特點。

2、CAN總線的基本特性

2.1　現代工業系統的特點
（1）系統的開放性。開放系統是指通信協議公開,各不同廠家的設備之間可互連為系統并可實現信息交換。這里的開放是指相關標準的一致性、公開性,強調對標準的共識與遵從。開放系統把系統集成的權利交給了用戶。用戶可按自己的需要和考慮,把來自不同供應商的產品組成大小隨意的系統。
（2）可互操作性與互用性。指實現互連設備間的信息傳送與溝通以及對不同生產廠家的性能類似的設備可實現相互替換。
（3）現場設備的智能化與功能自治性。它將傳感測量、補償計算、工程量處理與控制等功能分散到現場設備中去完成,因此,僅靠現場設備即可完成自動控制的基本功能,并可隨時診斷設備的運行狀態。
（4）系統結構的高度分散性。構成一種新的全分散型控制系統的體系結構。從根本上改變了現有集散控制系統體系,簡化了系統結構,提高了可靠性。
（5）對現場環境的適應性。系統具有較強的糾錯能力,并可滿足安全防爆要求。

2.2　現場總線的優越性

（1）節省硬件數量與投資。
（2）節省安裝費用。
（3）節省維護費用。
（4）用戶擁有高度的系統集成主動權。
（5）提高了系統的準確性與可靠性。
（6）設計簡單,易于重構。

2.3　CAN總線技術特性

從物理結構上看,CAN屬于總線式通訊網絡,與BITBUS,RS485相似,又有本質區別。它是一種專門用于工業自動化領域的網絡,不同于以太網等管理和信息處理用網絡。其物理特性及網絡協議特性更強調工業自動化的底層監測及控制。它采用了最新的技術及獨特的設計,其可靠性和性能超過了已陳舊的現場通訊技術,如RS485,BITBUS等。CAN具有下列主要特性:
（1）CAN插卡可任意插在PC,XT,AT兼容機上,方便地構成分布式監控系統。
（2）CAN可以多主方式工作,網絡上任意一個節點均可在任意時刻主動地向網絡其它節點發送信息,而不分主從,通訊方式靈活。利用這一特點也可以方便地構成（容錯）多機備份系統。
（3）CAN無破壞性地基于優先權的仲裁,可滿足不同的實時要求,有效避免了總線沖突。
（4）CAN可以點對點,一點對多點（成組）及全局廣播等幾種方式傳送和接收數據。
（5）CAN采用短幀結構,每一幀有效字節為8個,這樣傳輸時間短,受干擾概率低,重新發送時間短。
（6）CAN每幀信息都有CRC校驗及其它檢錯措施,保證了數據的出錯率極低。
（7）暫時錯誤和永久性故障的故障節點的判別以及故障節點的自動脫離。
（8）NRZ編碼/解碼方式,并采用位填充（插入）技術。
（9）通訊介質采用雙絞線,無特殊要求。

3、塑窗生產線控制系統的設計和原理（圖1）

圖1　系統結構圖