1、前 　言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)、過(guò)程控制中的不斷推廣應(yīng)用 ，工業(yè)控制過(guò)程對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的傳輸和數(shù)據(jù)交換的要求也越來(lái)越高 ，由于全數(shù)字信號(hào)系統(tǒng)較之傳統(tǒng)模擬信號(hào)具有抗干擾性強(qiáng)、速率高、建設(shè)周期短等特點(diǎn) ，數(shù)字化的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)迅速成為當(dāng)前工業(yè)控制領(lǐng)域的一個(gè)焦點(diǎn)。目前 ，市場(chǎng)上有多種現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)如 HART、PROFIBUS、 FF 等 ，其中 CAN （Controller Area Network）現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)是德國(guó)BOSCH公司推出的一種現(xiàn)協(xié)議的制定包含優(yōu)先級(jí) ，狀態(tài)變動(dòng)和控制權(quán)移交等關(guān)鍵技術(shù)。本文介紹了一種基于CAN總線(xiàn)的生產(chǎn)線(xiàn)控制系統(tǒng) ，具體闡述了奧地利貝加萊公司的自控產(chǎn)品通過(guò) CAN 網(wǎng)絡(luò)在塑料門(mén)窗焊接清理生產(chǎn)線(xiàn)的實(shí)際應(yīng)用及特點(diǎn)。

2、CAN總線(xiàn)的基本特性

2. 1 　現(xiàn)代工業(yè)系統(tǒng)的特點(diǎn)

（1）系統(tǒng)的開(kāi)放性。開(kāi)放系統(tǒng)是指通信協(xié)議公開(kāi) ，各不同廠家的設(shè)備之間可互連為系統(tǒng)并可實(shí)現(xiàn)信息交換。這里的開(kāi)放是指相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的一致性、公開(kāi)性 ，強(qiáng)調(diào)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的共識(shí)與遵從。開(kāi)放系統(tǒng)把系統(tǒng)集成的權(quán)利交給了用戶(hù)。用戶(hù)可按自己的需要和考慮 ，把來(lái)自不同供應(yīng)商的產(chǎn)品組成大小隨意的系統(tǒng)。

（2）可互操作性與互用性。指實(shí)現(xiàn)互連設(shè)備間的信息傳送與溝通以及對(duì)不同生產(chǎn)廠家的性能類(lèi)似的設(shè)備可實(shí)現(xiàn)相互替換。

（3）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的智能化與功能自治性。它將傳感測(cè)量、補(bǔ)償計(jì)算、工程量處理與控制等功能分散到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中去完成 ，因此 ，僅靠現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備即可完成自動(dòng)控制的基本功能 ，并可隨時(shí)診斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

（4）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性。構(gòu)成一種新的全分散型控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。從根本上改變了現(xiàn)有集散控制系統(tǒng)體系 ，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ，提高了可靠性。

（5）對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)性。系統(tǒng)具有較強(qiáng)的糾錯(cuò)能力 ，并可滿(mǎn)足安全防爆要求。

2. 2 　現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的優(yōu)越性

（1）節(jié)省硬件數(shù)量與投資。

（2）節(jié)省安裝費(fèi)用。

（3）節(jié)省維護(hù)費(fèi)用。

（4）用戶(hù)擁有高度的系統(tǒng)集成主動(dòng)權(quán)。

（5）提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與可靠性。

（6）設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單 ，易于重構(gòu)。

2. 3 　CAN總線(xiàn)技術(shù)特性

從物理結(jié)構(gòu)上看 ，CAN 屬于總線(xiàn)式通訊網(wǎng)絡(luò) ，與BITBUS ，RS485 相似 ，又有本質(zhì)區(qū)別。它是一種專(zhuān)門(mén)用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò) ，不同于以太網(wǎng)等管理和信息處理用網(wǎng)絡(luò)。其物理特性及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議特性更強(qiáng)調(diào)工業(yè)自動(dòng)化的底層監(jiān)測(cè)及控制。它采用了最新的技術(shù)及獨(dú)特的設(shè)計(jì) ，其可靠性和性能超過(guò)了已陳舊的現(xiàn)場(chǎng)通訊技術(shù) ，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(jī)上 ，方便地構(gòu)成分布式監(jiān)控系統(tǒng)。

（2） CAN可以多主方式工作 ，網(wǎng)絡(luò)上任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò)其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息 ，而不分主從 ，通訊方式靈活。利用這一特點(diǎn)也可以方便地構(gòu)成（容錯(cuò)）多機(jī)備份系統(tǒng)。

（3） CAN無(wú)破壞性地基于優(yōu)先權(quán)的仲裁 ，可滿(mǎn)足不同的實(shí)時(shí)要求 ，有效避免了總線(xiàn)沖突。

（4） CAN可以點(diǎn)對(duì)點(diǎn) ，一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)（成組）及全局廣播等幾種方式傳送和接收數(shù)據(jù)。

（5） CAN采用短幀結(jié)構(gòu) ，每一幀有效字節(jié)為 8個(gè) ，這樣傳輸時(shí)間短 ，受干擾概率低 ，重新發(fā)送時(shí)間短。

（6） CAN每幀信息都有 CRC校驗(yàn)及其它檢錯(cuò)措施 ，保證了數(shù)據(jù)的出錯(cuò)率極低。

（7）暫時(shí)錯(cuò)誤和永久性故障的故障節(jié)點(diǎn)的判別以及故障節(jié)點(diǎn)的自動(dòng)脫離。

（8）NRZ編碼/解碼方式 ，并采用位填充（插入）技術(shù)。

（9）通訊介質(zhì)采用雙絞線(xiàn) ，無(wú)特殊要求。

3、塑窗生產(chǎn)線(xiàn)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和原理（圖1）

3.1 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

塑窗生產(chǎn)線(xiàn)的要求為數(shù)控三軸焊接機(jī) ，冷卻中心 ，數(shù)控四軸清角清縫機(jī)聯(lián)成一體 ，加工數(shù)據(jù)及工作情況信息共享 ，根據(jù)工廠的要求 ，焊接機(jī)和清理機(jī)即可同時(shí)工作 ，實(shí)現(xiàn)流水線(xiàn)生產(chǎn) ，又可設(shè)定單獨(dú)工作。為此 ，焊接機(jī)和清理機(jī)各設(shè)一臺(tái)人機(jī)界面 ，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行情況。實(shí)際生產(chǎn)計(jì)劃根據(jù)生產(chǎn)調(diào)度人員的安排 ，利用專(zhuān)用數(shù)據(jù)處理軟件包 ，生成指令軟盤(pán)來(lái)管理設(shè)備運(yùn)行 ，運(yùn)行人員每班僅需將軟盤(pán)插入計(jì)算機(jī)軟驅(qū)內(nèi) ，便可按照軟盤(pán)的加工參數(shù) ，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加工。

如圖1所示 ，生產(chǎn)線(xiàn)控制系統(tǒng)采用貝加萊公司的整套自控系統(tǒng)設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn) CAN 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)數(shù)據(jù)處 理 ， 焊 接 機(jī) 采 用 工 業(yè) 控 制 用 計(jì) 算 機(jī)PROVIT2000作為監(jiān)測(cè)設(shè)備 ，在清理機(jī)設(shè)置一臺(tái)人機(jī)面板 PANELWARE ，焊接機(jī)控制器為 PCC1 ，清理機(jī)控制器為 PCC2。在 CAN 網(wǎng)絡(luò)上 ，主站為工控機(jī) ，可編程控制器 PCC和人機(jī)面板 PANELWARE ，通過(guò) CAN網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)主站之間的數(shù)據(jù)通信。從站為傳動(dòng)裝置 ，伺服驅(qū)動(dòng)器（用于伺服電機(jī)定位）和變頻驅(qū)動(dòng)器（用于交流電機(jī)調(diào)速） ，從站取不同的站號(hào) ，依次設(shè)為1 ，2 ，3 （3軸伺服驅(qū)動(dòng)用于焊接） ，4

（變頻實(shí)現(xiàn)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)） ，5 ，6 ，7 ，8 （4 軸伺服驅(qū)動(dòng)用于清理） 。

3.2 控制原理

3. 2. 1　 焊接機(jī)控制原理

焊接機(jī)控制原理為：工控機(jī)讀取軟盤(pán)信息 ，通過(guò) CAN總線(xiàn)傳遞到可編程計(jì)算機(jī)控制器 PCC1中 ，操作人員按照預(yù)先切割好的 PVC 型材 ，放置到加工位置 ，PCC1 根據(jù)加工參數(shù) ，使用貝加萊的專(zhuān)用 NCACTION 函數(shù) ，通過(guò) CAN 網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù) ，控制指定的從站伺服驅(qū)動(dòng)器 ，直線(xiàn)定位運(yùn)動(dòng) ，配合其它 IO端口輸出 ，從而達(dá)到加熱焊接的要求 ，同時(shí)通過(guò)NET2CAN函數(shù) ，讀取清理機(jī) PCC2 的狀態(tài)信息 ，如果正常 ，便通過(guò)傳送帶將焊接好的窗框傳送到冷卻中心;如果異常 ，便暫停傳送 ，以免堆料。窗框在冷卻中心冷卻 ，然后由機(jī)械手傳輸?shù)角謇?/p>

機(jī)實(shí)現(xiàn)清角焊縫。

3. 2. 2　 清理機(jī)控制原理

清理機(jī)控制原理為： PCC2 根據(jù)與 PCC1 之間進(jìn)行的 NET2CAN 數(shù)據(jù)交換 ，得到焊接的型材序號(hào) ，通過(guò) CAN網(wǎng)絡(luò)在人機(jī)面板上實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)工況顯示 ，通過(guò)貝加萊 FRAME DRIVER 幀通信軟件包 ，仿真倫次變頻電機(jī)的 CAN通信協(xié)議 ，控制電機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的往復(fù)運(yùn)動(dòng) ，將冷卻中心焊接冷卻后的窗框用機(jī)械手拉到加工指定區(qū)間 ，隨后推料器將窗框推到三角加工區(qū)內(nèi); PCC2 根據(jù)加工參數(shù) ，使用NCACTION 函數(shù) ，通過(guò) CAN 網(wǎng)絡(luò) ，控制指定的四臺(tái)從站伺服驅(qū)動(dòng)器聯(lián)動(dòng) ，根據(jù)直線(xiàn)或園弧插補(bǔ)要求 ，實(shí)現(xiàn) CNC曲線(xiàn)的定位 ，結(jié)合其它工件動(dòng)作 ，達(dá)到清內(nèi)角 ，外角 ，縫隙的目的 ，同時(shí)將當(dāng)前狀態(tài)通過(guò)NET2000 CAN—Write 函數(shù)寫(xiě)到焊接機(jī)控制器PCC1里 ，保證加工狀態(tài)的信息共享。

4、系統(tǒng)特點(diǎn)

（1）生產(chǎn)線(xiàn)主站為工控機(jī)，人機(jī)面板，兩個(gè)PCC可編程控制器，從站為七個(gè) ACOPOS伺服驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)倫次變頻驅(qū)動(dòng)器。有極高的系統(tǒng)集成度。

（2）主站之間采用貝加萊公司通用 CAN網(wǎng)絡(luò)PVI傳輸協(xié)議 ，在軟件中設(shè)定不同通信站點(diǎn) ，方便系統(tǒng)之間的相互連接 ，組網(wǎng)簡(jiǎn)單明了。

（3）系列產(chǎn)品作為從站時(shí) ，僅需設(shè)定撥碼開(kāi)關(guān)為從站地址 ，與主站采用專(zhuān)用的 CAN 通信函數(shù) ，具有可靠、高速、簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。

（4）與其它產(chǎn)品進(jìn)行 CAN 網(wǎng)絡(luò)通信時(shí) ，可按照對(duì)方提供的 CAN網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議 ，采用貝加萊特有的自由通信軟件包（ FRAME DRIVER） ，依據(jù)通信對(duì)象、數(shù)據(jù)格式、傳輸速率 ，編制對(duì)方協(xié)議 ，實(shí)現(xiàn)相互連接 ，數(shù)據(jù)雙向交換的目的。

（5） 控制器 PCC 與伺服 ，變頻驅(qū)動(dòng)器采用CAN總線(xiàn)連接 ，節(jié)省了以往需要的大量信號(hào)線(xiàn)。同時(shí) ，控制器可以節(jié)省許多的編碼器信號(hào)采集模塊及輸出控制模塊。

（6）由于采用全數(shù)字 CAN 網(wǎng)絡(luò)技術(shù) ，數(shù)據(jù)傳輸安全準(zhǔn)確 ，避免了模擬信號(hào)給定精度低 ，容易受到外界環(huán)境干擾的缺點(diǎn)。

5、結(jié)束語(yǔ)

生產(chǎn)線(xiàn)已經(jīng)在濟(jì)南天辰機(jī)械有限公司研制成功 ，經(jīng)過(guò)了廠內(nèi)嚴(yán)格的測(cè)試 ，運(yùn)行效果良好 ，并參加了2000209在北京舉辦的國(guó)際建筑材料設(shè)備展覽會(huì)，得到了與會(huì)專(zhuān)家代表的肯定。

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