基于CAN現(xiàn)場(chǎng)總線的智能混凝土攪拌站稱(chēng)重儀表
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在混凝上攪拌站的混凝土生產(chǎn)過(guò)程中，物料稱(chēng)重、配料控制是影響商品混凝土質(zhì)量的重要因素?；炷仙a(chǎn)中需要水泥、大石、中石、小石、沙、水、添加劑等多種配料，目前，混凝土攪拌站配料擰制一般使用分布式控制系統(tǒng)，一套傳統(tǒng)的典型的攪拌站分布式控制系統(tǒng)如圖1所示，它包括多個(gè)稱(chēng)重顯示控制終端。稱(chēng)重顯示控制終端功能主要采集相應(yīng)料斗傳感器信號(hào)，換算成重量，同時(shí)根據(jù)混凝土的配方進(jìn)行配料的過(guò)程控制。這種顯示控制和傳感器信息采集一體化的稱(chēng)重顯示控制終端在遠(yuǎn)距離模擬信號(hào)的傳輸中，外部干擾的串人以及傳輸過(guò)程中信號(hào)的衰減都直接影響到檢測(cè)和控制的精度。同時(shí)由于采用串口和上位的工控機(jī)進(jìn)行通信，對(duì)工控機(jī)串口的數(shù)量要求苛刻，系統(tǒng)布線復(fù)雜，不便于安裝和維護(hù)，當(dāng)物料種類(lèi)增加時(shí)往往難以靈活配置。
CAN總線技術(shù)是國(guó)際上前沿的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，它布線簡(jiǎn)單，只需兩根雙絞線就可連接多個(gè)傳輸節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)增刪靈活，傳輸距離長(zhǎng)，抗干擾能力強(qiáng)，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用極其廣泛。采用了CAN總線的新型稱(chēng)重顯示控制終端的攪拌站控制系統(tǒng)如圖2所示。
由圖2可以看到，其布線大為簡(jiǎn)化，只需要一根四芯CAN總線電纜就可實(shí)現(xiàn)顯示控制模塊，傳感器數(shù)據(jù)采集模塊以及工控機(jī)之間的相互通信。同時(shí)由于CAN總線采用了數(shù)字傳輸方式也解決了攪拌站控制系統(tǒng)中模擬信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸干擾串入和信號(hào)衰減問(wèn)題。
2．稱(chēng)重儀表硬件構(gòu)成
該型稱(chēng)重顯示控制器由顯示控制模塊和傳感器數(shù)據(jù)采集模塊組成，模塊之間由CAN總線連接。傳感器數(shù)據(jù)采集模塊不斷地采集傳感器模擬電壓信號(hào)，通過(guò)內(nèi)部放火、A／D轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號(hào)，并將數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)通信子模塊傳到CAN總線上去，供CAN總線上的對(duì)應(yīng)的顯示控制模塊接收處理，完成稱(chēng)重顯示控制器主要功能，滿足攪拌站稱(chēng)量系統(tǒng)的需要。
其工作原理如圖3所示，稱(chēng)重儀表實(shí)物如下圖4所示。
2.1 基于CAN接口的傳感器數(shù)據(jù)采集模塊原理
傳感器數(shù)據(jù)采集模塊由信號(hào)采集處理子模塊、通信子模塊和電源電路組成，如圖5所示。
信號(hào)采集處理部分采用TI公司的MSC1210單片機(jī)，MSC1210集成一個(gè)增強(qiáng)型的8051內(nèi)核、具有可編程增益(1-128倍)放大器、8路24位高精度∑-△摸數(shù)轉(zhuǎn)換器(A／D)，可以容易地實(shí)現(xiàn)單片式低噪聲高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。同時(shí)還具有溫度傳感器、32K FLASH存儲(chǔ)器、1.2KB的SRAM、32位累加器，可串行或并行編程，達(dá)10萬(wàn)次擦除／寫(xiě)操作，工作電壓2.7--5.25 V，溫度范圍-40--+85℃。
通信子模塊由PHILIPS公司的獨(dú)立CAN總線控制器SJA1000、高速光隔離收發(fā)器6N137和CAN收發(fā)器A82C250組成。
2.2 顯示控制模塊原理
顯示控制模塊由信息處理子模塊、通信子模塊、顯示子模塊、鍵盤(pán)電路和電源電路組成。如6圖所示。
顯示控制模塊通過(guò)CAN總線接收傳感器數(shù)據(jù)采集模塊發(fā)送的信息，轉(zhuǎn)換成重量值，經(jīng)過(guò)主程序的處理，顯示重量并發(fā)送相應(yīng)的控制信息。
信號(hào)處理部分采用Cygnal公司的C8051F040單片機(jī)，它是集成在一塊芯片上的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)單片機(jī)，25MIPS高速流水線式CIP-51控制器內(nèi)核，JTAG調(diào)試接口，64KB的可編程FLASH存儲(chǔ)器，RAM可存儲(chǔ)4352(4096+256)字節(jié)，64個(gè)I／O端口管腳，同時(shí)有一個(gè)CAN2.0B集成控制器，可在工業(yè)溫度范圍-45-+85℃內(nèi)采用2.7伏到3.6V的工作電壓。[!--empirenews.page--]
顯示電路采用HD7279驅(qū)動(dòng)LED。該芯片具有串行接口，可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)8位共陰極數(shù)碼管和連接64鍵的鍵盤(pán)矩陣，單片即可以完成數(shù)碼顯示和鍵盤(pán)接口的全部功能，而且該芯片自帶RC振蕩電路，無(wú)需外接時(shí)鐘，與單片機(jī)的接口電路簡(jiǎn)單，只需四條I／O線。
通信部分選用高速光隔離收發(fā)器6N137和CAN控制收發(fā)器A82C250
電源設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)采集模塊相似。
3．軟件體系
軟件由數(shù)據(jù)采集程序和顯示控制程序兩部分組成，分別安裝在傳感器數(shù)據(jù)采集模塊和顯示控制模塊內(nèi)。
(1)數(shù)據(jù)采集程序包括A／D轉(zhuǎn)換中斷子程序、數(shù)據(jù)處理子程序、發(fā)送數(shù)據(jù)子程序和接收處理子程序；數(shù)據(jù)采集程序流程如圖7：
(2)顯示控制程序包括初始化子程序，開(kāi)機(jī)自動(dòng)置零子程序、菜單子程序、零點(diǎn)跟蹤子程序、自動(dòng)配料子程序、手動(dòng)配料子程序和通信子程序，各程序互相配合實(shí)現(xiàn)攪拌站控制的主要功能。
主程序流程如圖8：
(3)CAN通訊協(xié)議說(shuō)明
系統(tǒng)CANBUS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如下：
圖9 CANBUS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
其中，PC為上位監(jiān)控機(jī)、C1…C32為顯示控制模塊、S1…S32為傳感器數(shù)據(jù)采集模塊、MC為手持監(jiān)控器(可選)。
下面以顯示控制器節(jié)點(diǎn)CYY(YY：控制器節(jié)點(diǎn)編號(hào)1＜＝Y(jié)Y＜＝32)為例說(shuō)明CANBUS的ID分配，PC(MC)和傳感器數(shù)據(jù)采集模塊節(jié)點(diǎn)SYY的ID分配原理和CYY是一樣的，通過(guò)ID的互相匹配，就可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的相互通迅，傳輸不同的數(shù)據(jù)和命令。
● 0x00(廣播ID)：用于接收系統(tǒng)同步控制和緊急控制命令；
● 0xYY：接收數(shù)據(jù)幀，用于PC參數(shù)設(shè)置、配方設(shè)置、參數(shù)查詢(xún)；
● 0xYY+0x20：接收數(shù)據(jù)幀，接收SYY反饋的傳感器信息；
● 0xYY+0x40：發(fā)送數(shù)據(jù)幀，向PC發(fā)送參數(shù)、配方數(shù)據(jù)；
● 0xYY+0x60：發(fā)送數(shù)據(jù)幀，向PC發(fā)送系統(tǒng)狀態(tài)、任務(wù)進(jìn)程數(shù)據(jù)；
● 0x100+0xYY<<4(即0xYY左移4位再加0x100)：發(fā)送數(shù)據(jù)幀，用于向SYY傳送傳感器參數(shù)。
4．結(jié)束語(yǔ)
將CAN現(xiàn)場(chǎng)總線引入攪拌站稱(chēng)重儀表，在滿足攪拌站稱(chēng)重系統(tǒng)要求的同時(shí)，與傳統(tǒng)攪拌站稱(chēng)重儀表相比具有布線簡(jiǎn)單，現(xiàn)場(chǎng)組網(wǎng)方便靈活，信號(hào)傳輸可靠等優(yōu)點(diǎn)。該型稱(chēng)重儀表已取得國(guó)家的技術(shù)專(zhuān)利，并批量應(yīng)用于三一的混凝土攪拌站，具有廣闊的市場(chǎng)前景。
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