基于can總線的工業(yè)自動化控制系統的設計

湖南汽車工程職業(yè)學院 劉小兵

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基于can總線的工業(yè)自動化控制系統的設計

湖南汽車工程職業(yè)學院 劉小兵

【摘要】基于工業(yè)4.0的要求本文設計了一種基于Can總線的工業(yè)控制自動化系統，給出具體的網絡架構設計和Can總線節(jié)點硬件和軟件設計，通過該系統可以有效的解決了企業(yè)對工業(yè)智能化控制的需求，對促進工業(yè)智能化轉型具有非常重要的意義。

【關鍵詞】工業(yè)4.0；自動化；Can總線；控制系統

本文為湖南省教育廳科學研究課題成果（課題號：14C1205）。

目前在工業(yè)生產現場，多種機電設備分布于工廠的各個廠房，絕大部分的控制功能雖然采用了相關的PLC控制器進行控制，但是由于其獨立單一的控制功能，導致在進行許多控制操作過程中依然還需要依靠人工進行控制，對生產信息進行統計，各個設備之間的管理相對獨立，并且一些相關的設備也無法進行通信交互實現聯合控制功能，導致整個工業(yè)現場生產效率低下，成本過高。針對這一問題，本文在設計的基于can總線的工業(yè)自動化控制系統過程中主要解決控制功能、多機監(jiān)控功能、協同控制功能等問題。

1 基于Can總線的工業(yè)控制系統網絡模型設計

現場總線網絡的控制網絡直接面向生產過程，其對通信過程中的數據完整性、可靠性和實時性等要求非常高，是一般網絡通信技術無法替代的，現所采用的現場總線一般分為設備層、中間監(jiān)控層、遠程監(jiān)控層三層， 現場總線現場總線控制網絡結構模型如圖1所示。

圖1 現場總線現場總線控制網絡結構模型

基于現場總線總線的智能設備層是整個控制網絡的最底層，其主要是按照現場總線協議標準進行相關數據交換，同時完成數據的采集、AD轉換和PID控制等功能，同時總線上還有PLC接口以方便與原有的系統進行連接，中間監(jiān)控層主要從現場設備中獲取相關的數據，進而完成對各種設備的數據分析和控制功能，實現對各種現場智能設備監(jiān)控，其通過擴展槽中的網絡接口板與現場總線總線進行連接，對整個現場總線總線網絡中的各種設備通信數據進行協調。遠程監(jiān)控層主要是基于以太網等通信方式，從中間監(jiān)控層獲取相關的現場智能設備的信息數據，然后對其進行集中管理與監(jiān)控。

2 Can節(jié)點設計實現

Can總線的工業(yè)自動化控制系統的節(jié)點進行設計。首先，在硬件上根據系統需求分析，本文設計的Can總線的節(jié)點的原理結構如圖2所示。整個Can總線節(jié)點硬件由輸入鍵盤、輸出液晶顯示屏、PCA82C250接口芯片、SJA1000串口轉換芯片和AT89C52控制器等組成。

基于上述控制系統的硬件設計方案，還需要在主控器AT89C52單片機上編寫控制軟件，協調各個控制元件進行工作，完成整個Can總線通信功能，其中整個程序主要包括發(fā)送和接受兩個核心部分，系統的接收與發(fā)送程序流程如圖3所示，在接收過程中，主要是采用終端方式進行接收，同時在接收過程中還要對總線的脫離、錯誤和報警等信息進行檢測并進入相應的處理程序，發(fā)送的過程中只需要將發(fā)送的數據按照Can控制器SJA1000的格式輸入到控制器的緩沖區(qū)然后觸發(fā)發(fā)送。

圖2 Can總線節(jié)點的硬件結構原理圖

圖3 Can總線節(jié)點的發(fā)送程序

3 實驗分析

基于上述系統設計原理，本文基于Can控制系統的網絡拓撲結構搭建了Can總線仿真測試平臺，同時通過在上位機上運行canAnalyser分析軟件對本文設計的Can總線節(jié)點模塊進行仿真測試，本文在測試分析過程中通過在上位機上的canAnalyser平臺上編寫腳本宿主，進行圖形化數據發(fā)送和接受測試，本文在設計過程中主要是通過在IXXAT.MbsAnalyer.dll腳本下進行編寫測試程序，通過canAnalyser平臺多次模擬Can報文啟動和停止Can節(jié)點接收器數據進行分析，其結果如圖4所示。

圖4 接收與發(fā)送的數據測試

通過測試分析得出本文設計的Can總線通信系統可以正確穩(wěn)定的進行Can總線通信，收發(fā)數據的誤碼率為0，同時最后通過實驗模擬測試分析，本文設計的Can總線網絡具有很好的負載能力，可以適應復雜的通信環(huán)境，對提升Can總線網絡穩(wěn)定性和可靠性具有非常重要的意義。

4 結語

本文通過對現有的現場控制系統的不足進行分析，提出了基于Can總線的工業(yè)自動化控制系統的設計，首先分析了Can總線的基本原理，結合企業(yè)工廠現場總線設計網絡架構，完成了基于Can總線的工廠現場總線系統的設計，同時對系統中的硬件實現和軟件實現進行了設計，給出了具體的硬件實現效果圖和核心軟件實現流程圖，通過該系統可以有效的利用Can總線的優(yōu)勢提高工業(yè)控制系統的、實時性、穩(wěn)定性和可靠性，對促進我國工業(yè)控制技術發(fā)展具有非常重要意義。

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作者簡介：

劉小兵（1981—），男，湖南攸縣人，湖南大學碩士研究生，講師，主要研究方向：微處理器控制電路設計和汽車電子控制和總線通信的研究。