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ENGLISH0755-88840386發(fā)布時(shí)間:2021-04-26 15:24:46 |來源:網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載
自主開發(fā)的基于CAN現(xiàn)場總線的智能混凝土攪拌站稱重儀表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, 為增強(qiáng)CAN總線節(jié)點(diǎn)的抗干擾能力,CAN總線控制器SJA1000并不是直接和CAN收發(fā)器A82C250相連,而是通過高速光耦6N137 后與之相連,使總線上各CAN節(jié)點(diǎn)間電氣隔離;同時(shí),在電源部分采用了DC-DC模塊B0505LS給光耦6N137右邊模擬電路供電, 采用不同的電源供電,光耦6N137兩邊電路完全隔離,提高了模塊的穩(wěn)定性。新型稱重儀表的軟件包括數(shù)據(jù)采集程序和顯示控制程序兩部 分,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)?;贑AN現(xiàn)場總線的智能混凝土攪拌站稱重儀表的準(zhǔn)確度達(dá)到國家Ⅲ級(jí)標(biāo)準(zhǔn),CAN通訊 波特率可達(dá)250kB/s; 該新型儀表已取得了國家相關(guān)技術(shù)專利和器量型具批量生產(chǎn)許可證書,目前已經(jīng)批量應(yīng)用于三一集團(tuán)的混凝土攪拌站。
在混凝土攪拌站的混凝土生產(chǎn)中需要水泥、大石、中石、小石、沙、水和添加劑等多種配料,物料稱重、水泥配料控制是影響商品混凝土質(zhì)量的重要因素?;炷翑?拌站的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 制終端的功能主要是采集相應(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)的衰減都會(huì)直接影響到檢測和控制的精度, 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。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(tǒng)。CAN總線技術(shù)是國際上前沿的現(xiàn)場總線技術(shù),它布線簡單,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,抗干擾能力強(qiáng),在工業(yè)現(xiàn)場運(yùn)用極其廣泛[2]。布線大為簡化,只需要一根4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, 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。
1 新型稱重儀表的硬件構(gòu)成及工作原理
采用CAN總線的新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,滿足攪拌站稱量系統(tǒng)的需要。
1.1 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)采集處理采用TI公司的 MSC1210 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)放大器和8路24位高精度Σ-Δ模數(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)的采集。同時(shí)還具有溫度傳感器、32kBFLASH存儲(chǔ)器、1.2kB的S RAM和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,工作溫度范圍 -40 ̄+85℃。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。M SC1210負(fù)責(zé)SJA1000的初始化,通過SJA1000實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送等通信任務(wù)。為增強(qiáng)CAN總線節(jié)點(diǎn)的抗干擾能力,SJ A1000并不是直接和A82C250相連, 而是通過高速光耦6N137后與之相連, 這樣就很好的實(shí)現(xiàn)了總線上各CAN節(jié)點(diǎn)間的電氣隔 離;同時(shí),在電源部分采用了DC-DC模塊B0505LS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 邊電路完全隔離,提高了模塊的穩(wěn)定性。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)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)精確的測量,降低了對(duì)供電電源和基準(zhǔn)電壓源的要求,簡化了電路,同時(shí)也 有效的降低了成本。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。
1.2 稱重顯示控制模塊原理
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CAN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 Cygnal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,JTA G調(diào)試接口,64kB的可編程FLASH存儲(chǔ)器,RAM可存儲(chǔ)4352( 4096+256) kB,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2.7V到3.6V 的工作電壓。通信電路采用C8051F04 0上集成的CAN控制器, 高速光耦隔離6N137和CAN收發(fā)器A82C250組成,為了提高抗干擾能力,達(dá)到完全隔離的目的,在電源電路 部分也采用了DC-DC模塊來對(duì)光耦右邊的通信電路進(jìn)行供電。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,無需外接時(shí) 鐘,與單片機(jī)的接口電路簡單,只需4條I/O線。
2 新型稱重儀表的軟件組成
新型稱重儀表的軟件包括數(shù)據(jù)采集程序和顯示控制程序兩部分, 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)。
2.1 數(shù)據(jù)采集
程序數(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。
2.2 顯示控制程序
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。
3CAN總線智能節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)
新型稱重儀表的CANBUS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),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C ANBUS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)置和參數(shù)查詢;0xYY+0x20:接收數(shù)據(jù)幀,接收SYY反饋的傳感器信息;
0xYY+0x40:發(fā)送數(shù)據(jù)幀,向PC發(fā)送參數(shù)、配方應(yīng)用與智能化數(shù)據(jù);
0xYY+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);
0x100+0xYY<<4(即 0xYY 左移 4 位再加0x100):發(fā)送數(shù)據(jù)幀,用于向SYY傳送傳感器參數(shù)。
4 結(jié)束語
將CAN現(xiàn)場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單,現(xiàn)場組網(wǎng)方便靈活,信 號(hào)傳輸可靠等優(yōu)點(diǎn)。該新型稱重儀表已取得國家專利,并批量應(yīng)用于三一的混凝土攪拌站, 具有廣闊的市場前景。所達(dá)到的具體技術(shù)指標(biāo)為: 準(zhǔn)確度 Ⅲ級(jí),n=3000輸入信號(hào)范圍 0.1 ̄25mV非線性≤0.01%F.S傳感器供橋電源DC5V,350mA顯示雙排6 位LED顯示分度值0.005/0.01/0.02/0.05/0.1/0.2/0.5/1/2/5/可選鍵盤 輕觸式PVC開關(guān),共 4個(gè)功能鍵通訊接口 CAN接口,波特率250kB/s控制點(diǎn)輸出容量場效應(yīng)管輸出 最大60V,3A使用電源 DC9 ̄36V工作溫度 0 ̄40℃
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