將現(xiàn)混凝土攪拌站改成CAN總線控制系統(tǒng)的設想

饒永康

【摘 要】混凝土攪拌站是建筑、橋梁、道路等眾多施工行業(yè)中必備的施工機械，是生產(chǎn)混凝土混合料的機電一體化大型設備，其控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性直接影響著混凝土的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量。提高混凝土控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、抗干擾性，對于保障施工進程，保證施工工程的質(zhì)量有著極為重要的意義。但目前我公司使用的混凝土攪拌站的控制系統(tǒng)較為落后，存在著大量的問題，提出將混凝土攪拌站控制系統(tǒng)改造為CAN總線控制系統(tǒng)的設想，并將CAN總線控制系統(tǒng)建設的各個方面進行闡述，期許可以提高控制系統(tǒng)的可靠性和靈活性，獲得良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

【關鍵詞】混凝土攪拌站CAN總線；控制系統(tǒng)

1.公司現(xiàn)狀概述

目前，我公司有三條國產(chǎn)3m3攪拌站生產(chǎn)線，主要是將石、砂骨料、水泥、粉煤灰、外加劑、水等原料，按照一定的配合比例，進行攪拌生產(chǎn)混凝土，年產(chǎn)量為150萬立方米。但我公司三條國產(chǎn)3m3攪拌站生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)為IPC工控機與PLC可編程控制器結合的分布式控制系統(tǒng)，在這種分布式控制系統(tǒng)中，IPC工控機為上位機，負責監(jiān)控管理功能，下位機負責配料輸入與卸料生產(chǎn)流程的控制，PLC可編程控制器負責攪拌等回路流程控制，各個子系統(tǒng)單元之間，采用RS232/RS485為主要的串行通訊接口，但RS485型通訊接口只能構成主從式系統(tǒng)結構，這也就造成了生產(chǎn)過程中傳輸效率低，系統(tǒng)的實時性不能得到保證。

在生產(chǎn)實踐中發(fā)現(xiàn)，采用為IPC工控機與PLC可編程控制器結合的分布式控制系統(tǒng)，故障率較高，生產(chǎn)可靠性較差，嚴重的影響了混凝土攪拌的質(zhì)量和效率。如在施工階段出現(xiàn)混凝土供應不及時，將會對工程質(zhì)量造成嚴重的影響。長期下去，將會嚴重影響我公司的的形象，帶來巨大的經(jīng)濟損失和社會損失。

為了解決為IPC工控機與PLC可編程控制器結合的分布式控制系統(tǒng)中出現(xiàn)的問題，提出將現(xiàn)混凝土攪拌站改成CAN總線控制系統(tǒng)的設想，全面分析CAN總線控制系統(tǒng)的原理、結構設計，并分析CAN總線控制系統(tǒng)建設的重要意義。

2.CAN總線控制系統(tǒng)建設的原理

2.1 CAN總線控制系統(tǒng)的總體結構

CAN總線控制系統(tǒng)又名現(xiàn)場總線技術控制系統(tǒng)，是將智能化測控設備分散于現(xiàn)場作為網(wǎng)絡節(jié)點，使用總線將所有設備連接，實現(xiàn)信息之間的交換。CAN總線控制系統(tǒng)實現(xiàn)了各節(jié)點數(shù)據(jù)傳遞的實時性與可靠性。

將現(xiàn)混凝土攪拌站改成CAN總線控制系統(tǒng)，CAN總線控制系統(tǒng)則會形成兩極分布式監(jiān)控系統(tǒng)，取消了PLC可編程控制器，將工控機與各智能節(jié)點設備相連接，將智能開關量I/O模塊與配料控制器當做CAN總線控制系統(tǒng)的智能節(jié)點，形成系統(tǒng)結構總體。CAN總線控制系統(tǒng)總體結構可以用下圖來表示：

在上圖CAN總線控制系統(tǒng)總體結構中可以看出，上位機由工控機擔當，負責整個生產(chǎn)過程的監(jiān)控管理，可以及時的對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行采集，并發(fā)出控制信號，完成報警提示，還可以對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行顯示分析、儲存或打印，工控機是整個系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)。其他職能節(jié)點則負責現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集、控制和通信，保證整個系統(tǒng)某一個單元或控制點出現(xiàn)問題可以及時獲知并迅速處理，不會出現(xiàn)失控現(xiàn)象。智能化的測控模板，可以讓維修人員方便快捷的更換零件而不影響整體生產(chǎn)作業(yè)。

2.2生產(chǎn)流程

混凝土攪拌站的生產(chǎn)流程的系統(tǒng)主要包括貯料系統(tǒng)、配料系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)、攪拌系統(tǒng)與卸料系統(tǒng)，當然也包括控制系統(tǒng)。具體生產(chǎn)流程如下：

（1）從監(jiān)控軟件中輸入攪拌作業(yè)混凝土配合比及其他的作業(yè)參數(shù)，通過工控機對各個節(jié)點發(fā)送物料配料值及配料指令。

（2）物料進行獨立稱重、稱量。

（3）稱量過程中分粗稱階段與精稱兩個階段，由配料控制器進行控制。

（4）在配料完成之后，配料控制器將完成信號發(fā)送給工控機，工控機對開關量輸出模塊發(fā)出指令，將物料放入攪拌機中。

（5）預設攪拌時間，完成后工控機給開關量輸出模塊發(fā)出指令，打開卸料門進行卸料程序。

（6）在混凝土攪拌過程中，可進入下一輪稱量。

3.CAN總線控制系統(tǒng)建設的組成部分

3.1 CAN總線技術

CAN屬于一種多主方式串行通訊總線技術，是應用最為廣泛的現(xiàn)場總線之一。在整個系統(tǒng)控制網(wǎng)絡中，每一個網(wǎng)絡節(jié)點都可以對網(wǎng)絡上的其他節(jié)點發(fā)送信息，沒有時間上的限制，實現(xiàn)了實時通訊。節(jié)點之間數(shù)據(jù)通信能力的加強，提高了系統(tǒng)靈活性與可靠性。并且，在CAN總線技術中，如果發(fā)送的數(shù)據(jù)出現(xiàn)了故障，遭到破壞之后，還可以自動重發(fā)，數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r間很短，受到干擾的可能性較低。一旦總線節(jié)點出現(xiàn)嚴重的錯誤，將會自動與總線斷開聯(lián)系，保證總線上其他節(jié)點不受到影響，維護了整體系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定。

CAN采用的是總線式拓撲結構，如下圖：

3.2智能配料控制器的組成

將現(xiàn)混凝土攪拌站改成CAN總線控制系統(tǒng)，需要選擇帶有CAN總線接口的智能配料控制器，一般來說，智能配料控制器由開關量輸出接口、CAN收發(fā)器、CAN控制器、存儲器、微處理器、信號調(diào)理器及24為A/D轉化器組成，其組成可以用下圖進行表示：

智能配料控制器具有自動完成稱清零去皮的操作程序，具有落差自動補償?shù)倪^程，還可以進行故障報警，過沖量自動測定及修正等功能。

3.3智能開關量I/O模塊

智能開關量I/O模塊是由CAN收發(fā)器、CAN控制器、存儲器、微處理器、開關量輸出接口、信號調(diào)理器與軟硬件自檢和看門狗組成。由于攪拌站的生產(chǎn)流程有著嚴格的時序性要求，為了保證攪拌流程的正確性，就需要進行限位開關的監(jiān)控，智能開關量I/O模塊可以將整個流程中的運行狀態(tài)，經(jīng)過信號處理轉化為數(shù)字通信，傳給工控機并進行監(jiān)控，保證整個工作流程的有效運行。

3.4工控機

工控機是由IPC610機箱、PIV2.8G CPU、14槽底板與40G內(nèi)存，需要搭配上CAN總線與節(jié)點通信卡。

3.5 CAN總線通信卡

選擇雙通道CAN總線通信卡，通過內(nèi)置CAN控制器進行自動重發(fā)功能或差錯檢測功能，保證系統(tǒng)運行可靠性，降低數(shù)據(jù)丟失的可能性。

4.CAN總線控制系統(tǒng)軟件

為了保證CAN總線控制系統(tǒng)的正常運行，需要有著對應的CAN總線控制系統(tǒng)軟件進行輔助工作，其中主要的軟件包括監(jiān)控軟件、智能節(jié)點軟件。監(jiān)控軟件啟動后，自動完成對各個節(jié)點和CAN通信卡的初始化程序，并進入監(jiān)控系統(tǒng)界面，在主菜單中可以設置對作業(yè)參數(shù)監(jiān)控的設置，通過監(jiān)控顯示器輸出實時的生產(chǎn)流程現(xiàn)狀，監(jiān)控軟件還可以進行故障診斷，對異常信號進行報警。智能節(jié)點軟件包括CAN總線通信模板、開關量處理模板、模擬量采樣處理模板、狀態(tài)控制模板。

5.結語

將現(xiàn)混凝土攪拌站改成CAN總線控制系統(tǒng)，可以讓數(shù)據(jù)傳輸更加具有安全性、可靠性、靈活性，讓系統(tǒng)運行更加穩(wěn)定可靠。CAN總線控制系統(tǒng)，不僅僅避免了現(xiàn)混凝土攪拌站控制系統(tǒng)的缺陷，還提高了整體工作效率，完善了整個系統(tǒng)的實時控制能力，有助于提高公司的經(jīng)濟效益和社會效益。

【參考文獻】

[1]劉一耀，姜雙.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)在混凝土攪拌站的應用[J].建筑機械化，2012，33（6）：57-58.

[2]李志杰.基于CAN總線的混凝土攪拌站控制系統(tǒng)的研究[J].機械，2011，38（3）：43-45.

[3]于桂君，習重華.基于CAN總線的混凝土拌和站控制系統(tǒng)[J].兵工自動化，2004，23（4）：62-63.