CAN總線在鋼鐵板材處理線中的應(yīng)用

圖1 處理線

　　圖1示意了一條基本鋼鐵板材處理線。開卷機把鋼卷打開，入口活套儲存一段鋼帶以備入口換卷用，鋼帶經(jīng)過酸洗送入爐子加熱，經(jīng)過相關(guān)工藝處理后，進入出口活套，出口活套一般空套量以備出口換卷用，最后卷取機卷鋼帶。其工藝傳動控制系統(tǒng)(tcs)分為入口段、中部、和出口段。入口段從開卷機到1#張力輥，中部從入口活套到出口活套，出口段從4#張力輥到卷取機，三個工藝段之間的速度被活套隔離。速度和張力是該處理線的兩個最重要控制對象，各工藝段的速度具有基準設(shè)定值和調(diào)節(jié)功能。三個工藝段的基準速度均由相應(yīng)段中的張力輥速度基準設(shè)定，在系統(tǒng)正常自動運行時各段速度將自動協(xié)調(diào)一致。

　　該處理線帶鋼傳送全部采用三相交流馬達驅(qū)動，受控于標準的spwm型變頻器，全數(shù)字裝置可進行開環(huán)或閉環(huán)控制，具有監(jiān)控、故障指示和總線連接操作功能。變頻調(diào)速傳動系統(tǒng)分為兩種類型：其一、稱為主傳動調(diào)速系統(tǒng)，直接控制帶鋼的傳送，與處理線的速度、張力密切相關(guān)，包括：開卷機、張力輥、活套車、爐輥、清洗段支撐輥和卷取機等。其二、稱為輔助傳動系統(tǒng)，包括：風機等。

　　2.2 can系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　can-bus總線是一種多主方式的串行通訊總線，基本設(shè)計規(guī)范要求有高的位速率，高抗電磁干擾性，而且能夠檢測出產(chǎn)生的任何錯誤。當信號傳輸距離達到10km時，can-bus仍可提供高達5kbps的數(shù)據(jù)傳輸速率。因此，作為一種技術(shù)先進、可靠性高、功能完善、成本合理的遠程網(wǎng)絡(luò)通訊控制方式，can-bus 已被廣泛應(yīng)用到各個自動化控制系統(tǒng)中。從高速的網(wǎng)絡(luò)到低價位的多路接線都可以使用can-bus。例如，在汽車電子、自動控制、智能大廈、電力系統(tǒng)、安防監(jiān)控等各領(lǐng)域，can-bus都具有不可比擬的優(yōu)越性。

　　can-bus主要特性包括：低成本的現(xiàn)場總線；極高的總線利用率；很遠的數(shù)據(jù)傳輸距離(長達10km)；高速的數(shù)據(jù)傳輸速率(高達1mbps)；可根據(jù)報文的id決定接收或屏蔽該報文；可靠的錯誤處理和檢錯機制發(fā)送的信息遭到破壞后，可自動重發(fā)；節(jié)點在錯誤嚴重的情況下具有自動退出總線的功能；報文不包含源地址或目標地址，僅用標志符來指示功能信息、優(yōu)先級信息。can-bus通過相應(yīng)的can接口連接工業(yè)設(shè)備(如限位開關(guān)、光電傳感器、電機啟動器、過程傳感器、變頻器、顯示板、plc等)構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。直接連接不僅提供了設(shè)備級故障診斷方法，而且提高了通信效率和設(shè)備的互換性。

　　3 can總線工程設(shè)計

　　該處理線的控制要求很高，各系統(tǒng)之間和系統(tǒng)內(nèi)部起連接作用的通訊穩(wěn)定可靠就非常重要，并在很大程度上影響到整個處理線的性能。此處，不論主傳動還是輔助傳動，所有變頻器通過can-bus連接通訊。處理線控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　整個系統(tǒng)包括三層：現(xiàn)場控制層、監(jiān)控層和管理層。現(xiàn)場控制層主要是處理線內(nèi)的各變頻設(shè)備。以開卷機變頻器為例，它可對開卷機馬達進行啟停控制，對其張力和速度進行調(diào)節(jié)，并對開卷機的馬達風扇和抱閘進行控制；還可把開卷機、馬達風扇、抱閘的狀態(tài)信息，以及當前電流、速度反饋值、力矩反饋值上傳給監(jiān)控層的通信控制器。監(jiān)控層通信控制器的主要任務(wù)是過濾信息量，并將信息上傳給管理層，同時接收管理層的控制指令，對記錄數(shù)據(jù)和各節(jié)點進行操作。各條can-bus總線的中繼器則可增加節(jié)點的最大數(shù)目，擴大通信距離。管理層主要由plc、工程師站、操作站、服務(wù)中心站等組成，主要用于信息的綜合管理與控制，具有匯總各個節(jié)點上傳信息、綜合決策、數(shù)據(jù)查詢及處理、故障診斷、通信管理等功能。

　　由于現(xiàn)場控制層具有節(jié)點多、分布廣的特點，其通信系統(tǒng)應(yīng)具有良好的可靠性、適應(yīng)性、可擴展性和簡單的連接方式，并能滿足長距離傳輸和現(xiàn)場調(diào)試方便的需要。因此，現(xiàn)場控制層采用了使用簡單靈活、可靠性高、實時性強且成本低的can-bus。管理層的plc、工程師站、操作站、服務(wù)中心站等相互之間通過以太網(wǎng)進行通信。而監(jiān)控層的can通信控制器則提供管理層plc與現(xiàn)場控制層can總線的接口，即把plc的數(shù)據(jù)和命令傳送給指定的can網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，同時將各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸給plc以做進一步處理。

　　理論上，can-bus單條總線最多可接127個節(jié)點，傳輸媒體是屏蔽雙絞線或光纖，但由于線路阻抗、裝置消耗和通訊要求，一般連接裝置數(shù)小于64臺。在連接數(shù)小于64臺時，考慮到數(shù)據(jù)質(zhì)量，can-bus電纜的最大長度如附表所示：

　　變頻器網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)置中，can-bus節(jié)點地址可以設(shè)置為1～127中的任何值，在該處理線中應(yīng)用的can-bus通訊速率通常為：125kbit/s、250kbit/s、500 kbit/s。本處理線所用plc為alsom hpci，其配套的canbus通訊板的正視和側(cè)視圖。在側(cè)視圖上有s1、s2兩個撥嗎槽用來撥canbus板的地址，如圖3所示。