基于CAN現場總線的智能混凝土攪拌站稱重儀表

基于CAN現場總線的智能混凝土攪拌站稱重儀表 
  
 
關鍵字：CAN現場總線 智能混凝土攪拌站 稱重儀表
　　1．引言
　　在混凝上攪拌站的混凝土生產過程中，物料稱重、配料控制是影響商品混凝土質量的重要因素。混凝上生產中需要水泥、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，一套傳統的典型的攪拌站分布式控制系統如圖1所示，它包括多個稱重顯示控制終端。稱重顯示控制終端功能主要采集相應料斗傳感器信號，換算成重量，同時根據混凝土的配方進行配料的過程控制。這種顯示控制和傳感器信息采集一體化的稱重顯示控制終端在遠距離模擬信號的傳輸中，外部干擾的串人以及傳輸過程中信號的衰減都直接影響到檢測和控制的精度。同時由于采用串口和上位的工控機進行通信，對工控機串口的數量要求苛刻，系統布線復雜，不便于安裝和維護，當物料種類增加時往往難以靈活配置。
　　CAN總線技術是上前沿的現場總線技術，它布線簡單，只需兩根雙絞線就可連接多個傳輸節點，節點增刪靈活，傳輸距離長，抗*力強，在工業現場運用極其廣泛。采用了CAN總線的新型稱重顯示控制終端的攪拌站控制系統如圖2所示。

　　由圖2可以看到，其布線大為簡化，只需要一根四芯CAN總線電纜就可實現顯示控制模塊，傳感器數據采集模塊以及工控機之間的相互通信。同時由于CAN總線采用了數字傳輸方式也解決了攪拌站控制系統中模擬信號遠距離傳輸干擾串入和信號衰減問題。
　　2．稱重儀表硬件構成
　　該型稱重顯示控制器由顯示控制模塊和傳感器數據采集模塊組成，模塊之間由CAN總線連接。傳感器數據采集模塊不斷地采集傳感器模擬電壓信號，通過內部放火、A／D轉換變成數字信號，并將數字信號經過通信子模塊傳到CAN總線上去，供CAN總線上的對應的顯示控制模塊接收處理，完成稱重顯示控制器主要功能，滿足攪拌站稱量系統的需要。
　　其工作原理如圖3所示，稱重儀表實物如下圖4所示。

　　2.1 基于CAN接口的傳感器數據采集模塊原理
　　傳感器數據采集模塊由信號采集處理子模塊、通信子模塊和電源電路組成，如圖5所示。

　　信號采集處理部分采用TI公司的MSC1210單片機，MSC1210集成一個增強型的8051內核、具有可編程增益(1-128倍)放大器、8路24位高精度∑-△摸數轉換器(A／D)，可以容易地實現單片式低噪聲高精度數據采集系統。同時還具有溫度傳感器、32K FLASH存儲器、1.2KB的SRAM、32位累加器，可串行或并行編程，達10萬次擦除／寫操作，工作電壓2.7--5.25 V，溫度范圍-40--+85℃。
　　通信子模塊由PHILIPS公司的獨立CAN總線控制器SJA1000、高速光隔離收發器6N137和CAN收發器A82C250組成。
　　電源部分主要由TVS、LM2956和DC-DC模塊設計而成。LM2956是一款性能*的低壓差穩壓器，可以使系統的以較低的功耗工作，具有輸入電壓反接保護，使系統在不同的工作環境下更安全可靠，輸出電壓作為供電電源同時也作為AD轉換的基準電壓，無需穩定的基準電壓源即可實現的測量，降低了對供電電源和基準電壓源的要求，簡化了電路，同時也有效的降低了成本。DC-DC模塊給光耦6N137右邊模擬電路供電，采用不同的電源供電，光耦6N137兩邊電路才*隔離，提高了模塊的穩定性。電路中各器件的電源輸入端接有去耦電容，增強系統的抗*力。
　　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、鍵盤電路和電源電路組成。如6圖所示。
　　顯示控制模塊通過CAN總線接收傳感器數據采集模塊發送的信息，轉換成重量值，經過主程序的處理，顯示重量并發送相應的控制信息。
　　信號處理部分采用Cygnal公司的C8051F040單片機，它是集成在一塊芯片上的混合信號系統級單片機，25MIPS高速流水線式CIP-51控制器內核，JTAG調試接口，64KB的可編程FLASH存儲器，RAM可存儲4352(4096+256)字節，64個I／O端口管腳，同時有一個CAN2.0B集成控制器，可在工業溫度范圍-45-+85℃內采用2.7伏到3.6V的工作電壓。
　　顯示電路采用HD7279驅動LED。該芯片具有串行接口，可以同時驅動8位共陰極數碼管和連接64鍵的鍵盤矩陣，單片即可以完成數碼顯示和鍵盤接口的全部功能，而且該芯片自帶RC振蕩電路，無需外接時鐘，與單片機的接口電路簡單，只需四條I／O線。
　　通信部分選用高速光隔離收發器6N137和CAN控制收發器A82C250
　　電源設計與數據采集模塊相似。

　　3．軟件體系
　　軟件由數據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據采集模塊和顯示控制模塊內。
　　(1)數據采集程序包括A／D轉換中斷子程序、數據處理子程序、發送數據子程序和接收處理子程序；數據采集程序流程如圖7：
　　(2)顯示控制程序包括初始化子程序，開機自動置零子程序、菜單子程序、零點跟蹤子程序、自動配料子程序、手動配料子程序和通信子程序，各程序互相配合實現攪拌站控制的主要功能。
　　主程序流程如圖8：

　　(3)CAN通訊協議說明
　　系統CANBUS網絡結構如下：
　　圖9 CANBUS網絡結構

　　其中，PC為上位監控機、C1…C32為顯示控制模塊、S1…S32為傳感器數據采集模塊、MC為手持監控器(可選)。
　　下面以顯示控制器節點CYY(YY：控制器節點編號1＜＝YY＜＝32)為例說明CANBUS的ID分配，PC(MC)和傳感器數據采集模塊節點SYY的ID分配原理和CYY是一樣的，通過ID的互相匹配，就可以實現各個節點之間的相互通迅，傳輸不同的數據和命令。
　　● 0x00(廣播ID)：用于接收系統同步控制和緊急控制命令；
　　● 0xYY：接收數據幀，用于PC參數設置、配方設置、參數查詢；
　　● 0xYY+0x20：接收數據幀，接收SYY反饋的傳感器信息；
　　● 0xYY+0x40：發送數據幀，向PC發送參數、配方數據；
　　● 0xYY+0x60：發送數據幀，向PC發送系統狀態、任務進程數據；
　　● 0x100+0xYY<<4(即0xYY左移4位再加0x100)：發送數據幀，用于向SYY傳送傳感器參數。
　　4．結束語
　　將CAN現場總線引入攪拌站稱重儀表，在滿足攪拌站稱重系統要求的同時，與傳統攪拌站稱重儀表相比具有布線簡單，現場組網方便靈活，信號傳輸可靠等優點。該型稱重儀表已取得國家的技術，并批量應用于三一的混凝土攪拌站，具有廣闊的市場前景。