企業包裝自動化生產線的研究

解軍艷+屈科科

摘 要：包裝工業是我國輕工業中扮演著非常重要的角色，包裝工藝的質量好壞直接影響生產效率和商業價值，尤其是隨著計算機技術的發展，包裝工業已經走向自動化的道路，逐漸替代手工包裝活動，大大提高了工作效率。本文以食品包裝的自動化生產線為例，設計了一套基于CAN總線技術的自動化控制系統，通過硬件設計和軟件設計相結合，為食品包裝生產線提供了可靠的控制系統，有利于提高生產線的工作效率和自動化程度，減少人工參與度，并為設備維修提供了便利，有非常重要的現實價值。

關鍵詞：企業包裝；自動化生產線；控制系統；CAN總線

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.13.231

現場總線的出現為自動控制領域實現了巨大突破，引來國內外廣泛關注，尤其是它的出現推動了自動化控制發展，加速了自動化領域進入一個全新的時代。CAN總線是現場總線控制系統中不可獲取的關鍵技術，它能夠通過分布式控制降低控制成本，實現實時控制，廣泛應用與工業生產、機械制造、農業、醫療等多個領域。本文將CAN總線技術應用于食品包裝企業的自動化生產線控制系統，能夠大大提高控制系統的自動化程度，提高工作效率。

1 模塊硬件電路設計

模塊節點結構由一個單片機AT89 CS 1、獨立CAN總線控制器SJA1000、CAN總線收發器820250和高速光電災難6 6N137合成器組成。本次設計選取AT89C51型單片機作為控制器件，主要是因為該型號單片機可以滿足本次CAN總線應用層的各項功能，能夠使控制系統更加靈活。另外，選取82C250作為總線收發器、SJA1000作為總線控制器，它們負責數據的接收和發送，并且提供差分發送、差分接收功能函數。

本次自動化生產線控制系統研究中，以CAN總線作為智能控制系統的一個節點，控制模塊中選取AT89C51進行數據的分析和處理。每個模塊功能既相互獨立，又緊密聯系，各自完成自己的功能，同時對數據進行傳遞和處理。

硬件電路主要包括四大模塊，它們分別是CAN總線收發器、光電耦合器、微處理器和通信控制器。其中，CAN總線收發器負責接收發送A/D轉換模塊傳輸的數據；光電耦合器用于調節工作電壓，起到一定的光電隔離作用；微處理器負責數據處理；通信控制器負責控制數據流的傳輸。

在控制系統的硬件設計中，還考慮到外界干擾的問題，為了保證數據不失真，在電路中加入了高速光電隔離電路，該電路可以起到非常好的隔離效果，能夠大大降低外界干擾，主要是在SJA1000總線控制器以及82C250總線收發器兩個模塊中，使它們的TXD和RXD之間無法直接連通，采取這種方法提高了控制系統的抗干擾能力，確保數據更接近真實值。另外，還應該注意該硬件電路的電源正負極之間要進行隔離，即VCC和VDD之間，采取的措施是使用隔離電源，盡量選取小電源隔離模塊，不僅不會使電路變得復雜，還可以減少大電源帶來的電磁干擾，增強了系統的安全性和穩定性。

除了以上兩個模塊采取抗干擾措施之外，82C250收發器和CAN總線接口部分也進行了相應的抗干擾處理，具體做法如下所述：收發器的CANH和CANL兩個引腳都不是直接與CAN總線相連接，而是通過定值電阻進行連接，電阻的作用是限流，對收發器起到非常好的過流保護。在82C250收發器的CANH和CANL之間，用大小為30 PF的電容接地，主要是為了減少和消除高頻干擾，提高系統的抗電磁干擾能力。CAN總線的兩端通過二極管與主電路相連接，能夠對收發器起到很好的過壓保護，因為電路工作時，CAN總線兩端電壓非常高，通過二極管可以將高電壓分壓，避免出現收發器兩端因電壓過高而損壞的現象。整個控制系統硬件設計比較合理，充分考慮到抗干擾的各種情況，并設計相關電路降低干擾，提高數據的可靠性。

在硬件設計過程中，還為本系統設計了監控模塊，可以實時監控該系統各部分的運行情況，通過CAN總線，將實時數據發送到遠程，用戶可以通過監控系統顯示的數據對控制系統進行調整，可以及時發現異常，避免重大事故的發生。

2 軟件設計

CAN總線作為數據交換的主要節點，對于自動化系統的重要性就不言而喻了，軟件設計也應該以它為中心，分清數據交換的優先級，將數據幀按順序進行交換，避免數據紊亂帶來的錯誤信息，提高系統的可靠性，所以，采用實時控制系統是非常有利的。考慮到企業包裝自動化生產線采用CAN總線局域網的特點，這給程序設計帶來了更廣闊的空間，提高了設計的靈活性。

軟件設計共三大模塊：CAN初始化模塊、中斷處理模塊和數據收發模塊，這三個部門的程序設計都以CAN總線為中心，抓住CAN通信的特點，設置好邏輯順序，對信息進行收發處理。下面簡要介紹一下CAN初始化模塊的軟件設計：初始化模塊的主要功能是完成各項參數的設定，為系統搭建工作環境。進行初始化操作時，設定了兩種方式，主要有硬件復位和軟初始化功能，硬件初始化發生在上電時，軟件初始化需要向CAN總線發送復位信號“1”，當系統接收到該信號時進行初始化操作。需要注意的是，這些寄存器只能寫訪問在重置，因此，在登記的初始化，進入一個國家必須確保系統復位。

3 結語

采用CAN總線技術設計自動化生產線具有以下優點：第一，有較好的抗干擾能力，而且響應速度較快；第二，結構簡單，便于維護和擴展，實用性更好；第三，采用雙絞線網絡，大大增加了數據傳輸量，提高傳輸效率。因此，該控制系統具有非常廣闊的應用前景，本次研究工作所設計的企業包裝自動化生產線能夠很好的完成包裝工作，從而有效的提升了企業的生產效率，降低了企業的生產成本。

參考文獻：

[1]饒運濤，鄒繼軍，鄭勇蕓.現場總線CAN原理與應用技術[M].北京航天航空人學出版社，2002.

[2]鄔寬明.CAN總線原理和應用技術及原理[M].北京航天航空人學出版社，1996.

[3]劉靜，張西良.包裝生產線分布式測控系統中串行通信設計[J].包裝工程，2002，23（03）：33-36.

[4]郭繼坤，蔣家正.礦井下CAN總線節點地址的研究[J].黑龍江科技學院學報，2004，14（02）：20-23.

作者簡介：解軍艷（1986-），女，河南濟源人，碩士，助教，研究方向：控制理論與控制工程、機電一體化技術。