近來,，由于環(huán)保意識與動物保護主義盛行，優(yōu)質(zhì)人造皮革在國際市場上受到了廣泛的歡迎,。因此制革機械近幾年來得到了新的發(fā)展,。尤其是濕法皮革生產(chǎn)線，為提高系統(tǒng)的精度和可靠性,，目前大多廠商放棄以同步控制器,，溫度控制儀為主的傳統(tǒng)實現(xiàn)方式。轉(zhuǎn)而紛紛進入PLC 加觸摸屏方式,，或工控機加PLC 控制方式的格局,。該生產(chǎn)線有100 - 150M 的長度。同時存在60 - 70 模擬信號,。

因此為了降低成本,，增加系統(tǒng)的可靠性。我們采用了PCC（計算機控制中心） ,，加CAN 總線分布采集模塊,，觸摸屏構(gòu)成濕法皮革生產(chǎn)線的自動控制系統(tǒng)。

1. PCC 的概述

B&R 的PCC 控制器采用分時多任務操作系統(tǒng),，因此可將控制要求分成多個任務（ task） ,，并且在一個掃描周期內(nèi)同時執(zhí)行；Windows 下編程環(huán)境Automatoin Studio 支持標準的C,、Basic,、梯形圖、指令表,、順序結(jié)構(gòu)圖等六種標準的開發(fā)語言,；根據(jù)需要可以在同一個項目中采用多種語言進行編程。同時,，編程環(huán)境中包含豐富的函數(shù)庫及功能塊（Functionblock） ,，大幅度減輕了開發(fā)人員的工作量。在本套控制系統(tǒng)中PCC的軟件的開發(fā)中,，我們主要采用了以C語言為主,，梯形圖為輔的編程方式。

2. CAN 總線的概述

CAN ,，全稱為“Controller Area Network”,，即控制器局域網(wǎng)，是國際上應用最廣泛的現(xiàn)場總線之一,。起先,，CAN被設計作為汽車環(huán)境中的微控制器通訊，在車載各電子控制裝置ECU 之間交換信息,，形成汽車電子控制網(wǎng)絡,。比如：發(fā)動機管理系統(tǒng)、變速箱控制器,、儀表裝備,、電子主干系統(tǒng)中，均嵌入CAN 控制裝置,。CAN 是一種多主方式的串行通訊總線,，基本設計規(guī)范要求有高的位速率，高抗電磁干擾性,，而且能夠檢測出產(chǎn)生的任何錯誤,。當信號傳輸距離達到10Km 時，CAN 仍可提供高達50Kbit/ s 的數(shù)據(jù)傳輸速率,。

3. 系統(tǒng)的總介紹

本系統(tǒng)由觸摸控制屏,、PCC、CAN 總線模塊三部分構(gòu)成,。具體結(jié)構(gòu)參見圖1 ,。其中觸摸屏主要完成工藝參數(shù)的設定，如軋輥的溫度,，系統(tǒng)的走布速率等,；顯示各軋輥的張力以及歷史參數(shù)，顯示系統(tǒng)的運行狀態(tài),。包括變頻器的電流,，故障代碼等。觸摸屏RS232口與PCC的RS232 建立點與點的通訊,。由PCC 擁有獨創(chuàng)FARAME - DRIVE功能,。因此，它幾乎可以與所有RS232 的設備進行相互通訊,。PCC 是生產(chǎn)過程的控制核心,。主要功能是完成對各CAN 總線模塊掃描，獲得現(xiàn)場的溫度及張力軋輥位置信號,。并根據(jù)工藝參數(shù)的要求進行各種PID 運算后輸出控制信號到CAV 總線輸出功能塊,。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2.

　　

　　

　　4. 同步控制原理

　　（1） 系統(tǒng)的傳動線路圖：系統(tǒng)放卷與收卷用力矩電機單獨控制,。整個系統(tǒng)的速度跟隨主凝固機運動,。主凝固機由一臺5. 7KW 的矢量型變頻器拖動。其給定信號采自于觸摸屏的設定,。其他各扎機分別31 臺主頻機拖動,。每臺扎機的速度保證與主凝固機同步。其結(jié)構(gòu)框圖如圖3 所示,。在保證張力恒定的情況下能保證系統(tǒng)轉(zhuǎn)速的同步,。為了加快調(diào)節(jié)時間加入前饋控制量速度設定,，使系統(tǒng)在起動和速度升降過程中張力波動減少，在張力控制過程中一旦出現(xiàn)了張力過載,，PCC 輸出控制氣閥抬起了壓輥,。張力恢復正常后又自動壓上壓輥，其控制策略采用雙位控制,。

　　

　?。?） 溫度控制：溫度采用C 語言使用PID 函數(shù)，可以控制無限路溫度調(diào)節(jié),。在該系統(tǒng)中,，一般控制8 到10 路溫控。由于采用的是C 語言,，可以動態(tài)的定義當前有幾路溫控,，普通溫控表或PID 調(diào)節(jié)器難以進行準確溫控； 而B &R 公司智能溫度PID 軟件可以自動計算出不同溫控所需要的PID 參數(shù),，使溫度控制精確到±1 ℃,。

　　5. PCC 的CAN 總線的特點與下位CAN 模塊的通訊

　　（1） PCC 的CAN 總線的使用

　　PCC 的CAN 幀最多可用8 個字節(jié)的信息進行讀寫,。這部從通過調(diào)用CAN 函數(shù)庫來實現(xiàn),。其中包括CONOPEN ， CANWRITE ,， CANREAD ,，以及SANTAB 和CANRWTAB.CANOPEN 函數(shù)包括完成對CAN 總線的初始化，需要注意的是CAN 總線的初始化必須包含在初始化例程INTI SP 中,。CANOPEN （ 1 ,，BAND - RATE ，COB - ANT ,，ADR （ ERRO - ADR） ,， 0. ， 0 US - IDENT ,，STAFUS） 其中BAND - rate = 25 ,，即代表波特功率為250K.US - IDENT 是調(diào)用CAN 初始化得到的到PCC 的CAN的ID ，在CAN 總線的讀寫過程都將用到該參數(shù),。CAN 總線的寫信息通過在優(yōu)先級較高的進程中采用CAN2WRITE函數(shù),，其函數(shù)參數(shù)定義如下：CANWRITE（BAND -RATE ，COB - ANT ,，ADR ERRO - ADR ,，0 ，0 ，US - IDENT ,，STATUS ） ,，enable = 1 ，us - idenf 為在CANopen （） 初始化中建立的us - idenf .CAN - id 為數(shù)據(jù)目標CAN 模塊有關(guān)的CAN 數(shù)據(jù)楨的ID.DATE - ADR 為發(fā)送數(shù)據(jù)模塊的首地址,。Date - iog 為發(fā)送的數(shù)據(jù)長度,。其最大值為8.如果以CAN - id 為幀地址數(shù)據(jù)被成功發(fā)送則status = 0 ，反之status= 錯誤代碼,。其發(fā)送數(shù)據(jù)的流程如下：

　　

寫PCCD 的CAN 總線代碼：

　　INIT SP for the task

　　enable = 1

　　baud- rate = 25

　　cob-anz = 35

　　CAN-open （enable ，baud- rate ,，cob-ant ,，adr （erro-adr） ，0 ,，0 ,，us-ident ，rc-open）

　　;Cyclic section of tark

　　if （rc-open = 0） then

　　CANwrite （enble ,， us-ident ,， ＄ # # ， adr （ data-adr） ,， 8 ,， rcwrite）

　　If （rc-write > < 1then） ;錯誤處理

　　endif

　　enfif

　　（2） PCC CAN 總線的讀數(shù)據(jù)

　　在PCC 中設置一較高優(yōu)先級的task 來處理輪尋采集模塊的數(shù)據(jù),。為降低系統(tǒng)成本和提高采樣的速率,。本系統(tǒng)根據(jù)軋輥的分布情況采用8 塊張力，2 塊熱電偶采集模塊,。每塊模塊可采集6 路信號,。實際使用4 路輸入，另外2 路作為備用,。采樣精度為10 位,。這樣需求20 個CAN- id.其采樣周T = 20 ×task 的（時間片= 1ms） 。其初始化,，及函數(shù)參數(shù)表同CANwrite 其讀過程應限于篇幅也從略,。

　　（3） 現(xiàn)場采集模塊的構(gòu)成

　　如上所述,，濕法皮革生產(chǎn)線現(xiàn)場環(huán)境惡劣,。因此設計高可靠的CAN 總線模塊是生產(chǎn)線正常運行必要保障。其結(jié)構(gòu)框圖如圖4 所示,。電路中采用了89C51 芯片,。該芯片集成mcs - 51 內(nèi)核。具有電路10 位A/ D.內(nèi)建兼容CAN 2. 0B 的CAN 總線控制器。取代系統(tǒng)的分散元件,，提高了系統(tǒng)的可靠性,。考慮到現(xiàn)場的干擾及PCC 的設備安全,，在CAN 總線與CAN 控制的輸出之間采用光電隔離,。為CAN 總線的驅(qū)動器P82C250.P82C250 是專門用于CAN 總線的收發(fā)驅(qū)動8 腳芯片，TxD 和RxD 引腳分別發(fā)送經(jīng)驅(qū)動后的發(fā)送和接收信號,；雙絞線介質(zhì)分別接受CANH ,，CANL 引腳。在網(wǎng)絡的末端應注意加上120 終端匹配電阻,。防止反射信號對通訊過程的影響?，F(xiàn)場控制器的結(jié)構(gòu)圖如圖5 現(xiàn)場模塊主要完成對0~5V 張力信號的采集，熱電偶mV 信號的采集,，現(xiàn)場溫度的采集,。mV信與0~5V 信號采用開關(guān)切換。D/ A 轉(zhuǎn)換輸出0~5V 電壓信號控制變頻器,。87C591 內(nèi)含一SJ1000 的CAN 控制器,，因此模塊降低外圍器件，也避免SJ1000 與MCS 時鐘同步問題,。CAN 的驅(qū)動采用P82C520 專用芯片,，并且實現(xiàn)控制器與網(wǎng)路的光電隔離。P87C591 是一個單片8 位微控制器,，具有片內(nèi)CAN 控制器SJ1000A.全靜態(tài)內(nèi)核提供了擴展的節(jié)電方式,，振蕩器可停止和恢復數(shù)據(jù)，在RM 外部時鐘速率時實500ns 指令周期,，片內(nèi)令6 路10 位AD等其他性能,。

　　

　　6. CAN 通信軟件的設計

　　（1） CAN 通信協(xié)議的確定

　　由87C591 中的控制器提供了物理層,，數(shù)據(jù)鏈路層,。通訊協(xié)議的設計主要是基于應用層開展的，通過有效的分配CAN 協(xié)議的ID 資源從而完成對各控制住處和數(shù)據(jù)正確可靠的傳輸,。ID 的分配表如下表所示：

　　

　?。?） 采樣方案的確定

　　這樣通過有效分配ID 號來保證各種數(shù)據(jù)的優(yōu)先級，由于溫度過程時間常數(shù)較大可采用較低優(yōu)先級,，張力采樣需要實時采樣,，因此采用較高優(yōu)先級，并且在主站的CAN數(shù)據(jù)輪詢中安排不同的采樣周期,，在PCC 中采樣周期可以通過設定不同的TASK的時間片來控制,。溫度采樣控制過程采用IS的TASK,，而張力采樣則采用MS的HS級的TASK.

　　（3） 現(xiàn)場采集模塊CAN 總線通程序流程

　　現(xiàn)場模塊采集用接收信息采用中斷方式,，根據(jù)數(shù)據(jù)請示信號,，采用查詢發(fā)送采集信息。在CAN 通信過程中發(fā)生中斷還應判斷中斷類型,，并依此作一些故障處理,，這里從略，需要說明的本現(xiàn)場采集模塊充分利用CAN 控制器四個接收屏驗收濾波器靈活配置,，來簡化根據(jù)ID的信息分類,。

　　7. 結(jié)束語

　　本系統(tǒng)綜合的PCC 的編程靈活，可靠性高與CAN 總線分布系統(tǒng)的價格與可靠性優(yōu)勢,。它的應用,，增強了皮革生產(chǎn)線的柔性與可靠性。降低了成本,，本系統(tǒng)應用2003PCC 系列主機,，對電力系統(tǒng),，以其他需要高速采集數(shù)據(jù)的分布系統(tǒng)具有一定的借簽,。