CAN总线在钢铁板材处理线中的应用

图1 处理线

　　图1示意了一条基本钢铁板材处理线。开卷机把钢卷打开，入口活套储存一段钢带以备入口换卷用，钢带经过酸洗送入炉子加热，经过相关工艺处理后，进入出口活套，出口活套一般空套量以备出口换卷用，最后卷取机卷钢带。其工艺传动控制系统(tcs)分为入口段、中部、和出口段。入口段从开卷机到1#张力辊，中部从入口活套到出口活套，出口段从4#张力辊到卷取机，三个工艺段之间的速度被活套隔离。速度和张力是该处理线的两个最重要控制对象，各工艺段的速度具有基准设定值和调节功能。三个工艺段的基准速度均由相应段中的张力辊速度基准设定，在系统正常自动运行时各段速度将自动协调一致。

　　该处理线带钢传送全部采用三相交流马达驱动，受控于标准的spwm型变频器，全数字装置可进行开环或闭环控制，具有监控、故障指示和总线连接操作功能。变频调速传动系统分为两种类型：其一、称为主传动调速系统，直接控制带钢的传送，与处理线的速度、张力密切相关，包括：开卷机、张力辊、活套车、炉辊、清洗段支撑辊和卷取机等。其二、称为辅助传动系统，包括：风机等。

　　2.2 can系统结构

　　can-bus总线是一种多主方式的串行通讯总线，基本设计规范要求有高的位速率，高抗电磁干扰性，而且能够检测出产生的任何错误。当信号传输距离达到10km时，can-bus仍可提供高达5kbps的数据传输速率。因此，作为一种技术先进、可靠性高、功能完善、成本合理的远程网络通讯控制方式，can-bus 已被广泛应用到各个自动化控制系统中。从高速的网络到低价位的多路接线都可以使用can-bus。例如，在汽车电子、自动控制、智能大厦、电力系统、安防监控等各领域，can-bus都具有不可比拟的优越性。

　　can-bus主要特性包括：低成本的现场总线；极高的总线利用率；很远的数据传输距离(长达10km)；高速的数据传输速率(高达1mbps)；可根据报文的id决定接收或屏蔽该报文；可靠的错误处理和检错机制发送的信息遭到破坏后，可自动重发；节点在错误严重的情况下具有自动退出总线的功能；报文不包含源地址或目标地址，仅用标志符来指示功能信息、优先级信息。can-bus通过相应的can接口连接工业设备(如限位开关、光电传感器、电机启动器、过程传感器、变频器、显示板、plc等)构成网络。直接连接不仅提供了设备级故障诊断方法，而且提高了通信效率和设备的互换性。

　　3 can总线工程设计

　　该处理线的控制要求很高，各系统之间和系统内部起连接作用的通讯稳定可靠就非常重要，并在很大程度上影响到整个处理线的性能。此处，不论主传动还是辅助传动，所有变频器通过can-bus连接通讯。处理线控制系统的总体结构如图2所示。

图2 系统结构

　　整个系统包括三层：现场控制层、监控层和管理层。现场控制层主要是处理线内的各变频设备。以开卷机变频器为例，它可对开卷机马达进行启停控制，对其张力和速度进行调节，并对开卷机的马达风扇和抱闸进行控制；还可把开卷机、马达风扇、抱闸的状态信息，以及当前电流、速度反馈值、力矩反馈值上传给监控层的通信控制器。监控层通信控制器的主要任务是过滤信息量，并将信息上传给管理层，同时接收管理层的控制指令，对记录数据和各节点进行操作。各条can-bus总线的中继器则可增加节点的最大数目，扩大通信距离。管理层主要由plc、工程师站、操作站、服务中心站等组成，主要用于信息的综合管理与控制，具有汇总各个节点上传信息、综合决策、数据查询及处理、故障诊断、通信管理等功能。

　　由于现场控制层具有节点多、分布广的特点，其通信系统应具有良好的可靠性、适应性、可扩展性和简单的连接方式，并能满足长距离传输和现场调试方便的需要。因此，现场控制层采用了使用简单灵活、可靠性高、实时性强且成本低的can-bus。管理层的plc、工程师站、操作站、服务中心站等相互之间通过以太网进行通信。而监控层的can通信控制器则提供管理层plc与现场控制层can总线的接口，即把plc的数据和命令传送给指定的can网络节点，同时将各网络节点的数据传输给plc以做进一步处理。

　　理论上，can-bus单条总线最多可接127个节点，传输媒体是屏蔽双绞线或光纤，但由于线路阻抗、装置消耗和通讯要求，一般连接装置数小于64台。在连接数小于64台时，考虑到数据质量，can-bus电缆的最大长度如附表所示：

　　变频器网络通讯设置中，can-bus节点地址可以设置为1～127中的任何值，在该处理线中应用的can-bus通讯速率通常为：125kbit/s、250kbit/s、500 kbit/s。本处理线所用plc为alsom hpci，其配套的canbus通讯板的正视和侧视图。在侧视图上有s1、s2两个拨吗槽用来拨canbus板的地址，如图3所示。