基于CAN總線的分布式鋁電解控制系統(tǒng)

作者：鄭州市中國(guó)長(zhǎng)城鋁業(yè)公司電解廠（450041）劉金貴 楊天玉 吳 軍 來源：《電子技術(shù)應(yīng)用》 摘要：介紹了基于can總線的分布式鋁電解控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法，給出了can總線的硬件接口電路設(shè)計(jì)和槽控機(jī)邏輯電路結(jié)構(gòu)圖。 關(guān)鍵詞：can總線 電解槽 槽控機(jī) 鋁電解生產(chǎn)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的形成和發(fā)展，已由早期的集中型發(fā)展到集散型，又進(jìn)一步發(fā)展到了分布式系統(tǒng)。集中控制采用單機(jī)群控技術(shù)，比較成功地解決了鋁電解生產(chǎn)過程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用問題。為了對(duì)每臺(tái)鋁電解槽比較復(fù)雜的控制進(jìn)行解析、響應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)性強(qiáng)的多種操作、控制程序多任務(wù)調(diào)度等，同時(shí)也為了解決集中控制的脆弱性、實(shí)時(shí)性差等問題，需要對(duì)鋁電解槽實(shí)施分布式控制方案?，F(xiàn)在分布式控制已成為鋁行業(yè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。為此，本文介紹鋁行業(yè)比較先進(jìn)的基于can總線的分布式鋁電解控制系統(tǒng)。 1 鋁電解生產(chǎn)工藝控制要求 鋁電解生產(chǎn)系列是由多臺(tái)串聯(lián)式直流鋁電解槽組成。計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集信號(hào)為每臺(tái)電解槽槽電壓和系列電流，對(duì)電解槽的監(jiān)控主要是槽電壓和氧化鋁濃度。槽電壓控制是采用帶電流補(bǔ)償?shù)牟垭娮钄?shù)學(xué)模型控制算法，即調(diào)節(jié)槽電壓，主要控制槽內(nèi)的能量平衡；對(duì)于氧化鋁濃度的控制，由于該濃度無法直接測(cè)定而無法建立精確的數(shù)學(xué)模型。但是它和槽電阻的變化有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，為此采用模糊控制算法控制氧化鋁濃度，即打殼下料，主要控制槽內(nèi)的物料平衡。 2 can總線簡(jiǎn)述 can總線即控制器局域網(wǎng)絡(luò)，是由德國(guó)bosch公司為汽車的監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的總線式串行通訊網(wǎng)絡(luò)，適用于工業(yè)過程控制主設(shè)備和監(jiān)控設(shè)備之間的互聯(lián)。can可以多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任意節(jié)點(diǎn)均可主動(dòng)向其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息；網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可按系統(tǒng)實(shí)時(shí)性要求分成不同的優(yōu)先級(jí)，一旦發(fā)生總線沖突，會(huì)減少總線仲裁時(shí)間。can采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀為8個(gè)字節(jié)，保證了數(shù)據(jù)的出錯(cuò)率極低，被公認(rèn)為最有發(fā)展前途的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。其傳輸介質(zhì)可用雙絞線、同軸電纜或光纖，通訊速率最高達(dá)1mbps，傳輸距離可達(dá)10km。 3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 本系統(tǒng)由智能槽控機(jī)、監(jiān)控計(jì)算機(jī)和can總線三部分構(gòu)成。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見圖1。其中智能槽控機(jī)是直接而向生產(chǎn)過程的，主要功能是采集和控制現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。其數(shù)據(jù)交換是通過can總線網(wǎng)絡(luò)送到監(jiān)控計(jì)算機(jī)，監(jiān)控計(jì)算機(jī)由一臺(tái)工業(yè)控制pc機(jī)構(gòu)成，主要功能是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)槽控機(jī)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置；通過現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)時(shí)獲取現(xiàn)場(chǎng)槽控機(jī)的數(shù)據(jù)；監(jiān)測(cè)系統(tǒng)異常和完成報(bào)表輸出等功能。can總線部分主要由智能（can-pc總線適配卡pc can、通訊介質(zhì)以及相應(yīng)通訊軟件組成。can接口卡是具有高性能價(jià)格比的智能通訊適配卡pccan，它使監(jiān)控計(jì)算機(jī)方便地連接到can總線上。pccan上高懷能的嵌入式微處理器80c188（12mhz)極大地減輕了主機(jī)pc的負(fù)擔(dān)，而且可以完成用戶復(fù)雜的通訊任務(wù)?？ㄉ嫌?kb或2kb高速雙口ram，直接映射到主機(jī)內(nèi)存空間，實(shí)現(xiàn)can與主機(jī)pc的高速數(shù)據(jù)交換。pccan上帶有光電隔離，使其避免由于地環(huán)流而導(dǎo)致?lián)p壞，增強(qiáng)系統(tǒng)在惡劣環(huán)境中使用的可靠性。pccan上帶有可配置的hilon協(xié)議及dos、windows驅(qū)動(dòng)程序。 該系統(tǒng)采用的傳輸介質(zhì)為雙絞線，負(fù)載連接在can-h和can-l之間，終端匹配阻抗的值應(yīng)該等于信號(hào)線的特性阻抗值（約120）。如果電阻不匹配，有可能降低數(shù)據(jù)的有效傳輸。&nbs