基于at90can128单片机的高炉烧结配料系统设计——can总线通信部分(编辑修改稿)

基于at90can128单片机的高炉烧结配料系统设计——can总线通信部分(编辑修改稿)内容摘要：

图扩大自己的影响、得到更多的市场份额。 比如 PROFIBUS 以 Siemens 公司为主要支持，并成立了 PROFIBUS 国际用户组织 WorldFIP 以 Alstom 公司为主要后台，成立了 WorldFIP 国际用户组织。 4． 多种总线成为国家和地区标准 内蒙古科技大学 毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 3 为了加强自己的竞争能力，很多总线都争取成为国家或者地区的标准，比如PROFIBUS 已成为德国标准， WorldFIP 已成为法国标准等。 5． 设备制造商参与多个总线组织 为了扩大自己产品的使用范围，很多设备制造商往往参与不止一个甚至多个总线组织。 6． 各个总线彼此协调共存 由于竞争激烈，而且还没有哪一种或几种总线能一统市场，很多重要企业都力图开发接口技术，使自己的总线能和其他总线相连，在国际标准中也出现了协调共存的局面。 工业自动化技术应用于各行各业，要求也千变万化，使用一种现场总线技术也很难满足所有行业的技术要求；现场总线不同于计算机网络，人们将会面对一个多种总线技术标准共存的现实世界。 技术发展很大程度上受到市场规律、商业利益的制约；技术标准不仅是一个技术规范，也是一个商业利益的妥协产物。 而现场总线的关键技术之一是彼此的互操作性，实现现场总线技 术的统一是所有用户的愿望。 主流现场总线简介 1． 基金会现场总线（ FoundationFieldbus 简称 FF） 这是以美国 FisherRousemount 公司为首的联合了横河、 ABB、西门子、英维斯等 80 家公司制定的 ISP 协议和以 Honeywell 公司为首的联合欧洲等地 150 余家公司制定的 WorldFIP 协议于 1994 年 9 月合并的。 该总线在过程自动化领域得到了广泛的应用，具有良好的发展前景。 基金会现场总线采用国际标准化组织 ISO 的开放化系统互联 OSI 的简化模型（ 1， 2， 7 层），即物理层、 数据链路层、应用层，另外增加了用户层。 FF 分低速 H1 和高速 H2 两种通信速率，前者传输速率为 ，通信距离可达1900m，可支持总线供电和本质安全防爆环境。 后者传输速率为 1Mbit/秒和，通信距离为 750m 和 500m，支持双绞线、光缆和无线发射，协议符号 IEC11582 标准。 FF 的物理媒介的传输信号采用曼切斯特编码。 2． CAN（ ControllerAreaNetwork 控制器局域网） 内蒙古科技大学 毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 4 最早由德国 BOSCH 公司推出，它广泛用于离散控制领域，其总线规范已被 ISO国际标准 组织制定为国际标准，得到了 Intel、 Motorola、 NEC 等公司的支持。 CAN协议分为二层：物理层和数据链路层。 CAN 的信号传输采用短帧结构，传输时间短，具有自动关闭功能，具有较强的抗干扰能力。 CAN 支持多主工作方式，并采用了非破坏性总线仲裁技术，通过设置优先级来避免冲突，通讯距离最远可达10KM/5Kbps/s，通讯速率最高可达 40M /1Mbp/s，网络节点数实际可达 110 个。 目前已有多家公司开发了符合 CAN 协议的通信芯片。 3． Lonworks 它由美国 Echelon 公司推出，并由 Motorola、 Toshiba 公司共同倡导。 它采用ISO/OSI 模型的全部７层通讯协议，采用面向对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置。 支持双绞线、同轴电缆、光缆和红外线等多种通信介质，通讯速率从 300bit/s 至 ，直接通信距离可达 2700m（ 78Kbit/s），被誉为通用控制网络。 Lonworks 技术采用的 LonTalk 协议被封装到 Neuron（神经元）的芯片中，并得以实现。 采用 Lonworks 技术和神经元芯片的产品，被广泛应用在楼宇自动化、家庭自动化、保安系统、办公设备、交通运输、 工业过程控制等行业。 4． DeviceNet DeviceNet 是一种低成本的通信连接也是一种简单的网络解决方案，有着开放的网络标准。 DeviceNet 具有的直接互联性不仅改善了设备间的通信而且提供了相当重要的设备级阵地功能。 DebiceNet 基于 CAN 技术，传输率为 125Kbit/s 至500Kbit/s,每个网络的最大节点为 64 个，其通信模式为：生产者 /客户（ Producer/Consumer），采用多信道广播信息发送方式。 位于 DeviceNet 网络上的设备可以自由连接或断开，不影响网上的其他设备，而且 其设备的安装布线成本也较低。 DeviceNet 总线的组织结构是 Open DeviceNet Vendor Association（开放式设备网络供应商协会，简称 “ ODVA” ）。 5． PROFIBUS PROFIBUS 是德国标准（ DIN19245）和欧洲标准（ EN50170） 的现场总线标准。 由 PROFIBUSDP、 PROFIBUS－ FMS、 PROFIBUS－ PA 系列组成。 DP 用于分散外设间高速数据传输，适用于加工自动化领域。 FMS 适用于纺织、楼宇自动化、可编程控制器、低压开关等。 PA 用于过程自动化的总线类 型，服从 IEC1158－２内蒙古科技大学 毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 5 标准。 PROFIBUS 支持主 从系统、纯主站系统、多主多从混合系统等几种传输方式。 PROFIBUS 的传输速率为 ，最大传输距离在 为 1200m，在 12Mbit/s 小为 200m，可采用中继器延长至 10km，传输介质为双绞线或者光缆，最多可挂接 127 个站点。 6． HART HART 是 Highway Addressable Remote Transducer 的缩写，最早由 Rosemount公司开发。 其特点是在现有模拟信号传输线上实现数字 信号通信，属于模拟系统向数字系统转变的过渡产品。 其通信模型采用物理层、数据链路层和应用层三层，支持点对点主从应答方式和多点广播方式。 由于它采用模拟数字信号混和，难以开发通用的通信接口芯片。 HART 能利用总线供电，可满足本质安全防爆的要求，并可用于由手持编程器与管理系统主机作为主设备的双主设备系统。 7． CCLink CCLink 是 Controlamp。 Communication Link（控制与通信链路系统）的缩写，在1996 年 11 月，由三菱电机为主导的多家公司推出，其增长势头迅猛，在亚洲占有较大份额。 在其系 统中，可以将控制和信息数据同是以 10Mbit/s 高速传送至现场网络，具有性能卓越、使用简单、应用广泛、节省成本等优点。 其不仅解决了工业现场配线复杂的问题，同时具有优异的抗噪性能和兼容性。 CCLink 是一个以设备层为主的网络，同时也可覆盖较高层次的控制层和较低层次的传感层。 2020 年7 月 CCLink 被中国国家标准委员会批准为中国国家标准指导性技术文件。 8． WorldFIP WorkdFIP 的北美部分与 ISP 合并为 FF 以后， WorldFIP 的欧洲部分仍保持独立，总部设在法国。 其在欧洲市场占有重要地位，特别 是在法国占有率大约为 60%。 WorldFIP 的特点是具有单一的总线结构来适用不同的应用领域的需求，而且没有任何网关或网桥，用软件的办法来解决高速和低速的衔接。 WorldFIP 与 FFHSE 可以实现 “透明联接 ”，并对 FF 的 H1 进行了技术拓展，如速率等。 在与 IEC61158 第一类型的连接方面， WorldFIP 做得最好，走在世界前列。 9． INTERBUS INTERBUS 是德国 Phoenix 公司推出的较早的现场总线， 2020 年 2 月成为国际标准 IEC61158。 INTERBUS 采用国际标准化组织 ISO 的开放化系统 互联 OSI 的简化模型（ 1， 2， 7 层），即物理层、数据链路层、应用层，具有强大的可靠性、内蒙古科技大学 毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 6 可诊断性和易维护性。 其采用集总帧型的数据环通信，具有低速度、高效率的特点，并严格保证了数据传输的同步性和周期性；该总线的实时性、抗干扰性和可维护性也非常出色。 INTERBUS 广泛地应用到汽车、烟草、仓储、造纸、包装、食品等工业，成为国际现场总线的领先者。 此外较有影响的现场总线还有丹麦公司 ProcessData A/S 提出的 PNet，该总线主要应用于农业、林业、水利、食品等行业； SwiftNet 现场总线主要使用在航空航天等领域，还有一些其他的现场总线这里就不再赘述了。 CAN 总线的 简介 CAN 总线是德国 BOSCH 公司从 80 年代初为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议，它是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维。 通信速率可达 1MBPS。 CAN 总线通信接口中集成了CAN 协议的物理层和数据链路层功能，可完成对通信数据的成帧处理，包括位填充、数据块编码、循环冗余检验、优先级判别等项工作。 CAN 协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码，而代之以对通信数据块进行编码。 采用这种方法的优点可使网络内的节点个数在理论上不受限制，数据块的标识码可由 11 位或 29 位二进制数组成，因此可以定义 211 或 229 个不同的数据块，这种按数据块编码的方式，还可使不同的节点同时接收到相同的数据，这一点在分布式控制系统中非常有用。 数据段长度最多为 8 个字节，可满足通常工业领域中控制命令、工作状态及测试数据的一般要求。 同时， 8 个字节不会占用总线时间过长，从而保证了通信的实时性。 CAN 协议采用 CRC 检验并可提供相应的错误处理功能，保证了数据通信的可靠性。 CAN 卓越的特性、极高的可靠性和独特的设计 ，特别适合工业过程监控设备的互连，因此，越来越受到工业界的重视，并已公认为最有前途的现场总线之一。 另外， CAN 总线采用了多主竞争式总线结构，具有多主站运行和分散仲裁的串行总线以及广播通信的特点。 CAN 总线上任意节点可在任意时刻主动地向网络上其它节点发送信息而不分主次，因此可在各节点之间实现自由通信。 CAN 总线协议已被国际标准化组织认证，技术比较成熟，控制的芯片已经商品化，性价比高，特别适用于分布式测控系统之间的数通讯。 CAN 总线插卡可以任意插在 PC AT XT 兼容机上，方便地构成分布式监控系统。 内蒙古科技大学 毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 7 CAN 总线与其他通信方式的比较 在实践中 ,有两种重要的总线分配方法 :按时间表分配和按需要分配。 在第一种方法中 ,不管每个节点是否申请总线 ,都对每个节点按最大期间分配。 由此 ,总线可被分配给每个站并且是唯一的站 ,而不论其是立即进行总线存取或在一特定时间进行总线存取。 这将保证在总线存取时有明确的总线分配。 在第二种方法中 ,总线按传送数据的基本要求分配给一个站 ,总线系统按站希望的传送分配 (如 ： Ether CSMA/CD)。 因此 ,当多个站同时请求总线存取时 ,总线将终止所有站的请求 ,这时将不会有任何一个站获得 总线分配。 为了分配总线 ,多于一个总线存取是必要的。 CAN 实现总线分配的方法 ,可保证当不同的站申请总线存取时 ,明确地进行总线分配。 这种位仲裁的方法可以解决当两个站同时发送数据时产生的碰撞问题。 不同于Ether 网络的消息仲裁 ,CAN 的非破坏性解决总线存取冲突的方法 ,确保在不传送有用消息时总线不被占用。 甚至当总线在重负载情况下 ,以消息内容为优先的总线存取也被证明是一种有效的系统。 虽然总线的传输能力不足 ,所有未解决的传输请求都按重要性顺序来处理。 在 CSMA/CD 这样的网络中 ,如 Ether,系统往往由 于过载而崩溃 ,而这种情况在 CAN 中不会发生。 内蒙古科技大学 毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 8 第二章 烧结配料系统设计 高炉控制系统 烧结配料控制系统采用流量配料法，流量配料就是按原料的重量乘以速度计算出流量来配料 ， 采用电子皮带秤对物料进行连续计量 ， 通过调节圆盘给料机或皮带的速度来实现定量给料，流量配料易实现自动配料 ， 配料精度较高。 该 自动称重配料控制 由下列五大部分：电子皮带称、称重控制仪表、变频控制柜、监控计算机及现场操作箱部分。 如图。 图 自动称重配料控制组成图 监控计算机采用组态软件实现实时监控整个自动 配料控制过程；烧结机的配料系统由 1 个主控器和 14 个配料控制器组成，它们通过现场控制总线 CAN 总线协同工作，完成对烧结配料的自动控制。 为提高皮带配料秤的计量精度和配料系统给料精度，所有给料机的皮带配料秤均采用变频调速的方式进行控制。 配料自动控制实现烧结用的原料如混匀矿、燃料、熔剂白云石、生石灰、冷返矿按照工艺要求的配比进行自动给料，能够判断下料堵料和失控故障、变频器故障，并报警。 系统工作流程图 自动配料监控系统是将几种原煤由料仓经圆盘给料机输送给皮带输送机，当物料流内蒙古科技大学 毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 9 经配料皮带时，由配料皮带秤进行计量。 整个系统在计算机等控制下按一定的比例进行混合，然后进行烧结，得到焦炭。 系统工艺流程如图 所。