摘 要:本文主要分析了當(dāng)前陶瓷輥道窯的計(jì)算機(jī)控制技術(shù),提出了一種基于CAN現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的控制系統(tǒng),介紹了其基本組成、CAN總線的網(wǎng)絡(luò)接口以及系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖。 關(guān)鍵詞:CAN總線;陶瓷窯爐;網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn) Abstract: This text mainly analyzes how to make use of the computer control technique in the current roller kiln of ceramic, a new control system based on CAN fieldbus was discussed, the basic constitute , the network node of CAN bus and the flow chart of system software were introduced. Keywords: CAN Bus; ceramic kiln; network node 0 概述 　　陶瓷輥道窯是陶瓷行業(yè)中最重要的熱工設(shè)備,主要由窯體、燃燒系統(tǒng)、排煙系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)及測(cè)控系統(tǒng)等部分組成。其控制目標(biāo)是:在綜合消耗最小的情況下,獲得滿足工藝要求的良好制品。但是,由于窯爐燒制產(chǎn)品時(shí)具有大慣性、純滯后、強(qiáng)非線性及溫度、氣壓等多種變量的耦合特性,要對(duì)其進(jìn)行有效控制往往比較困難。 　　目前,國(guó)內(nèi)陶瓷窯爐的測(cè)控系統(tǒng)一般通過(guò)對(duì)每個(gè)燃燒點(diǎn)進(jìn)行溫度控制實(shí)現(xiàn)整個(gè)流程所需的溫度曲線,每個(gè)控制點(diǎn)實(shí)行開(kāi)環(huán)或閉環(huán)控制,通過(guò)PID調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn),一般也能獲得較好的效果。但相鄰被控點(diǎn)之間則沒(méi)有建立聯(lián)系,窯爐內(nèi)的氣氛沒(méi)有或只有簡(jiǎn)單的開(kāi)環(huán)控制。現(xiàn)場(chǎng)總線陶瓷智能測(cè)控系統(tǒng),是對(duì)每個(gè)測(cè)控點(diǎn)進(jìn)行單獨(dú)控制的同時(shí),考慮各點(diǎn)之間的相互關(guān)系,對(duì)影響整個(gè)輥道窯內(nèi)燃燒風(fēng)油比的風(fēng)機(jī)進(jìn)行閉環(huán)控制,另外對(duì)燒成帶關(guān)鍵部分的氧含量進(jìn)行測(cè)控,以提高燒成品質(zhì)量。 1 控制方式 　　1.1 PID調(diào)節(jié)器 　　對(duì)每個(gè)測(cè)控點(diǎn)進(jìn)行單獨(dú)控制一般通過(guò)PID調(diào)節(jié)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。它以單片機(jī)為主體,結(jié)合外圍的繼電器、比例閥、調(diào)節(jié)器等檢測(cè)與執(zhí)行機(jī)構(gòu),構(gòu)成一個(gè)完整的初級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。由于單片機(jī)速度及容量的限制,這種控制系統(tǒng)一般只能采用簡(jiǎn)單的PID或模糊控制算法,按照預(yù)先設(shè)定的控制參數(shù)進(jìn)行過(guò)程控制。但這種系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)諸如參數(shù)的自適應(yīng)調(diào)整與在線優(yōu)化等功能。 　　1.2 基于CAN總線的控制 　　將各測(cè)控點(diǎn)通過(guò)CAN現(xiàn)場(chǎng)總線與上位計(jì)算機(jī)連接,可實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的先進(jìn)控制與優(yōu)化,從而適應(yīng)產(chǎn)品的升級(jí)換代和更大幅度的提高產(chǎn)品質(zhì)量。利用預(yù)測(cè)控制,可以使關(guān)鍵部位的溫度控制精度進(jìn)一步提高;依靠檢測(cè)窯內(nèi)氧含量,保證陶瓷質(zhì)量必須滿足氧含量的要求,通過(guò)按燃燒熱效率最高在線風(fēng)油比優(yōu)化軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的節(jié)能;總結(jié)提高產(chǎn)品成品率和產(chǎn)品質(zhì)量的專家經(jīng)驗(yàn),例如為完成氣氛控制如何調(diào)整窯內(nèi)含氧量,按窯內(nèi)的空間分布的溫度和壓力變化曲線,以及燒制者的經(jīng)驗(yàn)等,并在上位機(jī)中通過(guò)軟件得以實(shí)現(xiàn),從而提高產(chǎn)品質(zhì)量。 2 測(cè)控系統(tǒng)基本組成 　　針對(duì)陶瓷窯爐的控制要求,采用CAN總線技術(shù)設(shè)計(jì)的測(cè)控系統(tǒng)原理圖如圖1所示。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),考慮將各段窯爐上的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和對(duì)應(yīng)段的熱電偶用一塊CAN總線控制模塊進(jìn)行控制和信號(hào)采集,并安裝在現(xiàn)場(chǎng),這樣可減少熱電偶在傳輸過(guò)程中可能產(chǎn)生的干擾;其它熱電偶、氧含量探頭以及壓力傳感器使用CAN總線A/D模塊進(jìn)行控制;風(fēng)機(jī)控制通過(guò)D/A模塊完成;流量計(jì)數(shù)據(jù)的采集通過(guò)計(jì)數(shù)器模塊,風(fēng)機(jī)運(yùn)行的狀態(tài)等開(kāi)關(guān)量信號(hào)由開(kāi)關(guān)量輸入模塊完成等。 [align=center] 圖1 測(cè)控系統(tǒng)原理圖[/align] 　　CAN總線的網(wǎng)絡(luò)適配卡采用PCL-841,其特性是與IBM-PC機(jī)兼容又符合CAN協(xié)議,插入擴(kuò)展槽內(nèi)完成CAN協(xié)議的通信。各從站模塊中模擬量采集及模-數(shù)、數(shù)-模轉(zhuǎn)換采用ADAM系列模塊完成。 3 CAN總線的特點(diǎn) 　　CAN是開(kāi)放的現(xiàn)場(chǎng)總線,出于對(duì)實(shí)時(shí)性和降低成本的考慮,CAN總線只采用了開(kāi)放式互連（OSI）7層參考模型中最關(guān)鍵的兩層,即物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。根據(jù)Philips公司制定的CAN技術(shù)規(guī)范2.0版,其通信距離可達(dá)到10Km（5kbps）,最高速率達(dá)1Mbps（40m）。 　　CAN總線的物理層主要內(nèi)容規(guī)定了通信介質(zhì)的機(jī)械、電氣、功能和規(guī)程特性。數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能是將要發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行包裝,即加上數(shù)據(jù)差錯(cuò)校驗(yàn)位、數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議的控制信息、頭尾標(biāo)識(shí)等附加信息組成數(shù)據(jù)幀,從物理通道上發(fā)送出去,在接到數(shù)據(jù)幀后再把附加信息去掉得到通信數(shù)據(jù)。 　　CAN總線的主要特點(diǎn): 　　（1） 實(shí)時(shí)性:CAN總線數(shù)據(jù)段長(zhǎng)度最多為8個(gè)字節(jié),能夠滿足工業(yè)領(lǐng)域中對(duì)一個(gè)工作點(diǎn)的控制命令或數(shù)據(jù)采集的要求。 　　（2） 無(wú)主性:網(wǎng)絡(luò)上的任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)均可以主動(dòng)地向其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù),可方便地構(gòu)成多機(jī)備份系統(tǒng)。 　?。?） 可靠性:數(shù)據(jù)每一幀都有循環(huán)冗余（CRC）檢驗(yàn)和其它檢驗(yàn)措施,數(shù)據(jù)差錯(cuò)率低,而且網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)在嚴(yán)重錯(cuò)誤時(shí),能夠自動(dòng)關(guān)閉總線,退出網(wǎng)絡(luò)通信而保證總線上的其它操作不受影響。 4 CAN總線的網(wǎng)絡(luò)接口及系統(tǒng)設(shè)計(jì) 　　4.1 CAN總線的網(wǎng)絡(luò)接口 　　CAN總線網(wǎng)絡(luò)接口由Philips公司SJA1000芯片和PCA82C250芯片組成。SJA1000是一個(gè)獨(dú)立的CAN控制器,可以工作在BasicCAN和PeliCAN兩種不同的工作方式,且支持CAN2.0B協(xié)議,具有擴(kuò)展接口緩沖器、增強(qiáng)錯(cuò)誤處理能力和增強(qiáng)驗(yàn)收濾波等功能,可以直接進(jìn)行CAN總線互連。為了增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力,使用總線收發(fā)器82C250與之配合,其連接電路圖如圖2所示。 　　為了提高網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的拓?fù)淠芰?CAN總線兩端需要接有120Ω（R22）的抑制反射的終端電阻,它對(duì)匹配總線阻抗起著非常重要的作用。如果忽略此電阻,會(huì)使數(shù)字通信的抗干擾性和可靠性大大降低,甚至無(wú)法通信。 [align=center] 圖2 CAN總線接口電路圖[/align] 　　4.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 　　多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控裝置的控制程序包括熱電偶測(cè)溫的非線性補(bǔ)償、壓力和流量等控制量的執(zhí)行功能,通過(guò)CAN總線和上位機(jī)進(jìn)行通信。多個(gè)測(cè)控單元分別完成系統(tǒng)的某部分功能。當(dāng)某一單元出現(xiàn)故障時(shí),它的影響只是局部的;主機(jī)出現(xiàn)故障時(shí),各智能卡仍可以獨(dú)立完成測(cè)控任務(wù)。各個(gè)測(cè)控裝置將現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)就近采集并作處理后,通過(guò)CAN總線送給上位機(jī)進(jìn)行運(yùn)算處理,以便分析、控制和存儲(chǔ),主機(jī)還負(fù)責(zé)人機(jī)交互和數(shù)據(jù)管理。 　　輥道窯控制系統(tǒng)中上位機(jī)的主要任務(wù)是:通過(guò)CAN總線接口與各節(jié)點(diǎn)通信,接收下端傳來(lái)的數(shù)據(jù)并向CAN網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)發(fā)送指令;處理節(jié)點(diǎn)上傳數(shù)據(jù)并計(jì)算控制量。主機(jī)的主要計(jì)算任務(wù)是根據(jù)節(jié)點(diǎn)傳送的溫度、氧含量和流量等,運(yùn)用程序中設(shè)定的控制算法（如模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)等）,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控點(diǎn)的控制量進(jìn)行精確計(jì)算。 　　上位機(jī)程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是通信程序的設(shè)計(jì),由三部分組成:CAN控制器的初始化程序、發(fā)送程序及接收程序。設(shè)計(jì)的難點(diǎn)是SJA1000的初始化,如果初始化不正確,系統(tǒng)將不可能正確發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。對(duì)SJA1000的初始化包括對(duì)其時(shí)鐘分頻寄存器（CDR）、驗(yàn)收碼寄存器（ACR）、驗(yàn)收屏蔽寄存器（AMR）、兩個(gè)總線定時(shí)寄存器（BTR0和BTR1）和輸出控制寄存器等的初始化。其初始化流程圖如圖3所示。 [align=center] 圖3 初始化程序流程圖[/align] 5 結(jié)語(yǔ)與本文作者創(chuàng)新點(diǎn) 　　將先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)（CAN BUS）應(yīng)用于陶瓷窯的智能測(cè)控系統(tǒng)中,大大提高了系統(tǒng)的可靠性、陶瓷產(chǎn)品的成品率而且節(jié)能效果明顯。利用89C52單片機(jī)、SJA1000和82C250等芯片所實(shí)現(xiàn)的CAN總線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì),性能穩(wěn)定,可擴(kuò)展性強(qiáng),可以直接移植到其它系統(tǒng)中,為科研工作者提供一定的參考。 參考文獻(xiàn) 　　[1] 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