CAN总线在啤酒发酵过程控制系统中的应用
引言
随着人们对啤酒品质的要求越来越高,传统的生产操作或控制方式已不再适应当今的生产规模和生产要求,发酵过程作为啤酒生产过程中至关重要的一环,其控制系统则尤其重要。CAN总线具有结构简单、通信方式灵活、错误检验处理等特点尤其基于优先权的无破坏性总线仲裁技术,特别适合工业过程监控设备的互联。因此,针对当前啤酒企业的设备现状和生产需要,本文将介绍一种采用CAN总线技术进行通信的啤酒发酵分布式控制系统。
图1 现场智能节点结构框图
图3 节点查询发送(左)和中断接收(右)流程
图4 智能适配器USB―CAN硬件原理电路
控制系统总体结构
基于CAN总线的啤酒发酵分布式控制系统由现场智能节点、监控计算机和CAN控制网络3部分构成。
现场智能节点是直接面向生产过程的,主要功能是采集现场发酵罐的各处温度和压力值,按照一定的控制算法对温度和压力控制回路中的执行器进行控制操作,将现场发酵罐的运行状态信息通过CAN总线通信网络送至监控机,并实时处理监控机下传的各种命令等。
监控计算机由一台PC机构成,另外还有一台PC机作为热备份机,一旦某台发生故障,另一台能立即启动,保证控制系统的可靠性。监控计算机的主要功能是：对各现场智能节点的运行参数进行设置;通过现场总线网络实时获取现场智能节点的数据;监测系统异常,并根据故障信息立即发出相应的声光报警信号;以友好的图形界面直观指示当前各发酵罐的运行状况及参数信息;实现数据库管理,分类管理保存各发酵罐的运行数据,为优化工艺提供数据资料等。
CAN控制网络部分主要由智能CAN-PC总线适配器、通信介质、接口电路及相应的通信软件组成。该系统的CAN-PC总线适配器为智能通信适配器USB-CAN,它能方便的实现监控计算机与CAN总线之间的连接,高速地完成用户复杂的通信任务。通信介质为双绞线,负载连接在CAN-H和CAN-L之间,为了抑制信号反射,终端接有阻抗值约120的匹配阻抗。
现场智能节点设计
本系统中CAN总线接口电路主要在现场智能节点部分实现,为了深入说明CAN总线在啤酒发酵过程控制中的应用,下面介绍现场智能节点的总体设计,并给出实现CAN通信的硬件电路和软件流程图。
现场智能节点总体结构
如前所述,啤酒发酵过程控制系统中现场智能节点完成现场数据采集和处理、罐体上各执行器的控制、智能节点与监控计算机之间的通信等主要工作,监控计算机只是完成状态监测、报警、智能节点运行参数修改等工作,因此现场智能节点的设计是整个系统的关键部分。每个现场智能节点控制一圆柱锥底形发酵罐,其结构框图如图1所示。
考虑到可靠性、性价比等因素,现场智能节点CPU采用MCS-51系列单片机AT89C52。智能节点设计采用结构化设计方法,包括三大部分：CAN总线接口部分,CPU、看门狗电路、电源管理及总线地址译码部分,I/O接口部分。其中,I/O接口部分主要完成现场数据显示与键盘输入、现场信号的A/D采集和执行器的控制输出等工作。
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