基于CAN总线的塑窗焊接清理生产线控制系统

随着计算机技术、通信技术、网络技术在工业生产、过程控制中的不断推广应用,工业控制过程对现场信号的传输和数据交换的要求也越来越高,由于全数字信号系统较之传统模拟信号具有抗干扰性强、速率高、建设周期短等特点,数字化的现场总线迅速成为当前工业控制领域的一个焦点。目前,市场上有多种现场总线技术如HART、PROFIBUS、FF等,其中CAN（ControllerAreaNetwork）现场总线是德国BOSCH公司推出的一种现场总线的标准,根据ISO组织的OSI（开放系统互连）的要求,其具有物理层、数据链路层和应用层。CAN总线基于令牌协议,在物理上是总线结构,协议的制定包含优先级,状态变动和控制权移交等关键技术。本文介绍了一种基于CAN总线的生产线控制系统,具体阐述了奥地利贝加莱公司的自控产品通过CAN网络在塑料门窗焊接清理生产线的实际应用及特点。

2、CAN总线的基本特性

2.1　现代工业系统的特点
（1）系统的开放性。开放系统是指通信协议公开,各不同厂家的设备之间可互连为系统并可实现信息交换。这里的开放是指相关标准的一致性、公开性,强调对标准的共识与遵从。开放系统把系统集成的权利交给了用户。用户可按自己的需要和考虑,把来自不同供应商的产品组成大小随意的系统。
（2）可互操作性与互用性。指实现互连设备间的信息传送与沟通以及对不同生产厂家的性能类似的设备可实现相互替换。
（3）现场设备的智能化与功能自治性。它将传感测量、补偿计算、工程量处理与控制等功能分散到现场设备中去完成,因此,仅靠现场设备即可完成自动控制的基本功能,并可随时诊断设备的运行状态。
（4）系统结构的高度分散性。构成一种新的全分散型控制系统的体系结构。从根本上改变了现有集散控制系统体系,简化了系统结构,提高了可靠性。
（5）对现场环境的适应性。系统具有较强的纠错能力,并可满足安全防爆要求。

2.2　现场总线的优越性

（1）节省硬件数量与投资。
（2）节省安装费用。
（3）节省维护费用。
（4）用户拥有高度的系统集成主动权。
（5）提高了系统的准确性与可靠性。
（6）设计简单,易于重构。

2.3　CAN总线技术特性

从物理结构上看,CAN属于总线式通讯网络,与BITBUS,RS485相似,又有本质区别。它是一种专门用于工业自动化领域的网络,不同于以太网等管理和信息处理用网络。其物理特性及网络协议特性更强调工业自动化的底层监测及控制。它采用了最新的技术及独特的设计,其可靠性和性能超过了已陈旧的现场通讯技术,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兼容机上,方便地构成分布式监控系统。
（2）CAN可以多主方式工作,网络上任意一个节点均可在任意时刻主动地向网络其它节点发送信息,而不分主从,通讯方式灵活。利用这一特点也可以方便地构成（容错）多机备份系统。
（3）CAN无破坏性地基于优先权的仲裁,可满足不同的实时要求,有效避免了总线冲突。
（4）CAN可以点对点,一点对多点（成组）及全局广播等几种方式传送和接收数据。
（5）CAN采用短帧结构,每一帧有效字节为8个,这样传输时间短,受干扰概率低,重新发送时间短。
（6）CAN每帧信息都有CRC校验及其它检错措施,保证了数据的出错率极低。
（7）暂时错误和永久性故障的故障节点的判别以及故障节点的自动脱离。
（8）NRZ编码/解码方式,并采用位填充（插入）技术。
（9）通讯介质采用双绞线,无特殊要求。

3、塑窗生产线控制系统的设计和原理（图1）

图1　系统结构图