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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?;鞌M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,混擬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)如圖1所示,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"L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)??诘臄?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。
CAN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⑵。采用了CAN總線的新型稱重顯示搾制終端的攪拌站控制系統(tǒng)如圖2所示。
由圖2可以看到,其布線大為簡(jiǎn)化,只需要一根四芯CAN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CAN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CAN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CAN總線上去,供CAN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,満足攪拌站稱量系統(tǒng)的需要.
其工作原理如圖3所示,稱重儀表實(shí)物如下圖4所示。
圖3稱重儀表工作原理圖
圖4稱童儀在實(shí)物圖
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,如圖5所示
圖5傳感蠶數(shù)據(jù)釆集模塊圖
信號(hào)采集處理部分采用TI公司的MSCI210單片機(jī),MSC1210集成一個(gè)增強(qiáng)型的8051內(nèi)核、具有可編程增益(1-128倍)放大器.8路24位高精度I-A摸數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D),可以容易地實(shí)現(xiàn)単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、32KFLASH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(wàn)次擦除/寫操作.工作電壓Z,了25V,溫度范圍一40—一+85°C
通信子模塊由PHILIPS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。
電源部分主要由丁VS、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A:轉(zhuǎn)換的基準(zhǔn)電壓,無(wú)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6X137兩邊電路才完全隔離,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、通信于模塊、顯示子模塊、鍵盤電路和電源電路組成。如6圖所示。
圖6顯示控制模塊圖
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)處理部分釆用Cygnal公司的C8051F040單片機(jī),它是集成在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CTP-51控制器內(nèi)核,JT.AG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-+8.5諾內(nèi)采用2.7伏到3.6V的工作電壓。
顯示電路采用HD7279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RC振蕩電路,無(wú)需外接時(shí)鐘,與單片機(jī)的接曰電路簡(jiǎn)単,只需四條T/。線。
通信部分選用高速光隔離收發(fā)器6N137和CAN控制收發(fā)器A82C250電源設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)采集模塊相似。
OxYY十0x60: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);左移4位再加0x100):發(fā)送數(shù)據(jù)用于向SYY傳送傳感器。
3.軟件體系
軟件由數(shù)據(jù)釆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)換中斷于程序、數(shù)據(jù)處理子程序、發(fā)送數(shù)據(jù)子程序和接收處理于程序;數(shù)據(jù)采集程序流程如圖7:
圖7:數(shù)據(jù)采集程序流程圖
(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、菜単子程序、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。
主程序流程如圖8:
圖8顯示控制樸塊主程序流程圖
(3)CAN通訊協(xié)議說(shuō)明
系統(tǒng)CANBUS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如下;
圖9CANBUS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
其中,PC為上位監(jiān)控機(jī)、C1-C32為顯示控制模塊、SIS32為傳感器數(shù)據(jù)采集模塊、隊(duì)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(shuō)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I。分配原理和CYY是一樣的.通過TD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;
•OxYY: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;
•0xYY+0x20:接收數(shù)據(jù)幀,接收SYY反饋的傳感器信息;
•OxYY+0x40:發(fā)送數(shù)據(jù)幀,向FC發(fā)送參數(shù)、配方數(shù)據(jù);顯示子程序
4.結(jié)束語(yǔ)
將CAN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。
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