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1.引言

在混凝土攪拌站的混凝土生產(chǎn)過程中，物料稱重、配料控制是影響商品混凝土質(zhì)量的重要因素。混凝土生產(chǎn)中需要水泥、大石、中石、小石、沙、水、添加劑等多種配料, 目前，混凝土攪拌站配料控制一般使用分布式控制系統(tǒng)，一套傳統(tǒng)的典型的攪拌站 分 布 式 控 制 系 統(tǒng) ，它包括多個(gè)稱重顯示控制終端。稱重顯示控制終端功能主要采集相應(yīng)料斗傳感器信號(hào)，換算成重量，同時(shí)根據(jù)混凝土的配方進(jìn)行配料的過程控制[1] 。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(yuǎn)距離模擬信號(hào)的傳輸中，外部干擾的串入以及傳輸過程中信號(hào)的衰減都直接影響到檢測(cè)和控制的精度。同時(shí)由于采用串口和上位的工控機(jī)進(jìn)行通信，對(duì)工控機(jī)串口的數(shù)量要求苛刻，系統(tǒng)布線復(fù)雜，不便于安裝和維護(hù)，當(dāng)物料種類增加時(shí)往往難以靈活配置。

C A N 總 線 技 術(shù) 是 國(guó) 際 上 前 沿的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，它布線簡(jiǎn)單，只需兩根雙絞線就可連接多個(gè)傳輸節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)增刪靈活，傳輸距離長(zhǎng)，抗干擾能力強(qiáng)，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用極其廣泛^[2] 。

 其 布 線 大為簡(jiǎn)化，只需要一根四芯C A N總線電纜就可實(shí)現(xiàn)顯示控制模塊，傳感器數(shù)據(jù)采集模塊以及工控機(jī)之間的相互通信。同時(shí)由于C A N總線采用了數(shù)字傳輸方式也解決了攪拌站控制系統(tǒng)中模擬信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸干擾串入和信號(hào)衰減問題。

2.稱重儀表硬件構(gòu)成

該型稱重顯示控制器由顯示控 制 模 塊 和 傳 感 器 數(shù) 據(jù) 采 集 模塊組成，模塊之間由C A N總線連接。傳感器數(shù)據(jù)采集模塊不斷地采集傳感器模擬電壓信號(hào)，通過內(nèi)部放大、A/D轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號(hào)，并將數(shù)字信號(hào)經(jīng)過通信子模塊 傳 到 C A N 總 線 上 去 ， 供 C A N 總線上的對(duì)應(yīng)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(tǒng)的需要。

2.1 基于CAN接口的傳感器數(shù)據(jù)采集模塊原理

傳感器數(shù)據(jù)采集模塊由信號(hào)采集處理子模塊、通信子模塊和電源電路組成。

信號(hào)采集處理部分采用某公司的MSC1210單片機(jī)，MSC1210集 成 一 個(gè) 增 強(qiáng) 型 的 8 0 5 1 內(nèi) 核 、具 有 可 編 程 增 益 ( 1 - 1 2 8 倍 ) 放大 器 、8 路 2 4 位 高 精 度 Σ - Δ摸數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)，可以容易地實(shí)現(xiàn) 單 片 式 低 噪 聲 高 精 度 數(shù) 據(jù) 采集 系 統(tǒng) 。 同 時(shí) 還 具 有 溫 度 傳 感器、32K FLASH存儲(chǔ)器、1.2KB的SRAM、32位累加器，可串行或并行編程,達(dá)10萬次擦除/寫操作，工作電壓2.7--5.25V，溫度范圍-40 -- +85℃^[3] 。

通信子模塊由某公司的獨(dú)立CAN總線控制器SJA1000、高速光隔離收發(fā)器6N137和CAN收發(fā)器A82C250組成。電源部分主要由TVS、LM2956和DC-DC模塊設(shè)計(jì)而成。LM2956是 一 款 性 能 優(yōu) 越 的 低 壓 差 穩(wěn) 壓器，可以使系統(tǒng)的以較低的功耗工作，具有輸入電壓反接保護(hù)，使系統(tǒng)在不同的工作環(huán)境下更安全可靠，輸出電壓作為供電電源同時(shí)也作為AD轉(zhuǎn)換的基準(zhǔn)電壓，無需精確穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓源即可實(shí)現(xiàn)精確的測(cè)量，降低了對(duì)供電電源和基準(zhǔn)電壓源的要求，簡(jiǎn)化了 電 路 ， 同時(shí) 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6N137兩邊電路才完全隔離，提高了模塊的穩(wěn)定性。電路中各器件的電源輸入端接有去耦電容，增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力。

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。

顯 示 控 制 模 塊 通 過 C A N 總 線接收傳感器數(shù)據(jù)采集模塊發(fā)送的信息，轉(zhuǎn)換成重量值，經(jīng)過主程序的處理，顯示重量并發(fā)送相應(yīng)的控制信息。

信號(hào)處理部分采用某公司的C8051F040單片機(jī)，它是集成在一塊芯片上的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)單片機(jī)，25MIPS高速流水線式CIP-51控制器內(nèi)核，JTAG調(diào)試接口，64KB的可編程FLASH存儲(chǔ)器，RAM可存儲(chǔ)4352(4096+256)字節(jié)，64個(gè)I/O端口管腳，同時(shí)有一個(gè)CAN2.0B 集成控制器，可在工業(yè)溫度范圍-45-+85℃內(nèi)采用2.7伏到3.6V的工作電壓 ^[4] 。

顯 示 電 路 采 用 H D 7 2 7 9 驅(qū) 動(dòng)LED。該芯片具有串行接口,可以同 時(shí) 驅(qū) 動(dòng) 8 位 共 陰 極 數(shù) 碼 管 和 連接64鍵的鍵盤矩陣,單片即可以完成數(shù)碼顯示和鍵盤接口的全部功能,而且該芯片自帶R C振蕩電路,無需外接時(shí)鐘,與單片機(jī)的接口電路簡(jiǎn)單,只需四條I/O線。

通 信 部 分 選 用 高 速 光 隔 離收 發(fā) 器 6 N 1 3 7 和 C A N 控 制 收 發(fā) 器A82C250

電源設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)采集模塊相似。

3.軟件體系

軟件由數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)采集模塊和顯示控制模塊內(nèi)。

(1)數(shù)據(jù)采集程序包括A/D轉(zhuǎn)換中斷子程序、數(shù)據(jù)處理子程序、發(fā)送數(shù)據(jù)子程序和接收處理子程序;

( 2 ) 顯 示 控 制 程 序 包 括 初 始化 子 程 序 、 開 機(jī) 自 動(dòng) 置 零 子 程序、菜單子程序、零點(diǎn)跟蹤子程序、自動(dòng)配料子程序、手動(dòng)配料子程序和通信子程序，各程序互相配合實(shí)現(xiàn)攪拌站控制的主要功能。

(3)CAN通訊協(xié)議說明

系統(tǒng)CANBUS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如下:

其中，PC為上位監(jiān)控機(jī)、C1…C32為顯示控制模塊、S1…S32為傳感器數(shù)據(jù)采集模塊、MC為手持監(jiān)控器(可選)。

下面以顯示控制器節(jié)點(diǎn)CYY(YY:控制器節(jié)點(diǎn)編號(hào)1<=YY<=32)為例說明CANBUS的ID分配，PC(MC)和傳感器數(shù)據(jù)采集模塊節(jié)點(diǎn)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(shí)現(xiàn)各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的相互通迅，傳輸不同的數(shù)據(jù)和命令。

●　 0x00(廣播ID):用于接收系統(tǒng)同步控制和緊急控制命令;

●　 0xYY:接收數(shù)據(jù)幀，用于PC參數(shù)設(shè)置、配方設(shè)置、參數(shù)查詢;

● 　 0 x Y Y ＋ 0 x 2 0 : 接 收 數(shù) 據(jù)幀，接收SYY反饋的傳感器信息;

● 　 0 x Y Y ＋ 0 x 4 0 : 發(fā) 送 數(shù) 據(jù)幀，向PC發(fā)送參數(shù)、配方數(shù)據(jù);

● 　 0 x Y Y ＋ 0 x 6 0 : 發(fā) 送 數(shù) 據(jù)幀，向PC發(fā)送系統(tǒng)狀態(tài)、任務(wù)進(jìn)程數(shù)據(jù);

●　 0x100+0xYY <<4(即0xYY左 移 4 位 再 加 0 x 1 0 0 ) : 發(fā) 送 數(shù) 據(jù)幀 ， 用 于 向 S Y Y 傳 送 傳 感 器 參數(shù)。

4.結(jié)束語

將 C A N 現(xiàn) 場(chǎng) 總 線 引 入 攪 拌 站稱重儀表，在滿足攪拌站稱重系統(tǒng)要求的同時(shí)，與傳統(tǒng)攪拌站稱重儀表相比具有布線簡(jiǎn)單，現(xiàn)場(chǎng)組網(wǎng)方便靈活，信號(hào)傳輸可靠等優(yōu)點(diǎn)。該型稱重儀表已取得國(guó)家的技術(shù)專利，并批量應(yīng)用于三一的混凝土攪拌站，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

 

參考文獻(xiàn):

[1]趙元黎,楊雷,鄭國(guó)恒.基于現(xiàn)場(chǎng)總線的微機(jī)控制混凝土配料[J],水利電力機(jī)械,2002年12月第24卷第6期.

[2]饒運(yùn)濤,鄒繼軍,鄭勇蕓.現(xiàn)場(chǎng)總線CAN原理與應(yīng)用技術(shù)[M],北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2003.

[3]MSC120 Datasheet,Texas Instrument,www.ti.com,2006.

[4]C8051F040 Datasheet,ETC,www.etc.com,2004.

 

 

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