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包裝機(jī)生產(chǎn)線控制系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

發(fā)布時(shí)間:2021-01-29 15:54:20 |來源:網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載

與通用通信總線相比,CAN總線在數(shù)據(jù)通信方面具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性。其應(yīng)用范圍不再局限于汽車工業(yè),而是擴(kuò)展到機(jī)械工業(yè)、紡織機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、醫(yī)療器械、家用電器和傳感器等領(lǐng)域。CAN已經(jīng)成為國際標(biāo)準(zhǔn),被公認(rèn)為最有前途的現(xiàn)場總線之一。它是迄今為止唯一具有國際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線。
對于產(chǎn)品的生產(chǎn)和包裝,實(shí)現(xiàn)了CIMS管理(即工廠級、車間級和現(xiàn)場級管理),加強(qiáng)了人機(jī)交互,提高了自動化生產(chǎn)管理水平。在原設(shè)計(jì)的獨(dú)立藥品包裝中。
在此基礎(chǔ)上,引入CAN總線,在每條包裝機(jī)生產(chǎn)線上安裝一臺基于ARM智能監(jiān)控器,以工業(yè)PC機(jī)為數(shù)據(jù)采集站,配以自制的信號板和CAN網(wǎng)卡等。數(shù)據(jù)采集站通過信號接口板采集輸出、消耗、成品率、設(shè)備狀態(tài)等實(shí)時(shí)現(xiàn)場數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)采集點(diǎn)并聯(lián)到包裝機(jī)電氣控制柜的傳感器輸入點(diǎn)和系統(tǒng)輸出點(diǎn)。數(shù)據(jù)采集站還通過CAN網(wǎng)卡與車間管理機(jī)交換數(shù)據(jù)。利用CAN總線技術(shù)對原有設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造,實(shí)現(xiàn)企業(yè)三級管理,提高企業(yè)自動化生產(chǎn)管理水平,具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
2CAN總線設(shè)計(jì)。
1.數(shù)據(jù)采集方案。
1.1數(shù)據(jù)采集站的功能。
實(shí)時(shí)采集包裝機(jī)的主要產(chǎn)量和消耗數(shù)據(jù),包括正品產(chǎn)量、正品包裝數(shù)、商標(biāo)紙消耗量等
實(shí)時(shí)收集包裝機(jī)的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)(包括有效運(yùn)轉(zhuǎn)率、成品率、總啟動時(shí)間、正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間、停機(jī)時(shí)間、停機(jī)時(shí)間);
實(shí)時(shí)收集包裝機(jī)剔除動作的頻率和總量(包括產(chǎn)品剔除、商標(biāo)紙?zhí)蕹?。);
實(shí)時(shí)收集包裝機(jī)的原因和停機(jī)時(shí)間(包括所有停機(jī)的原因信號);
實(shí)時(shí)收集包裝機(jī)剔除原因數(shù)據(jù);
實(shí)時(shí)接收上級管理部門的訂單;
向車間維修組和發(fā)料室發(fā)送維修和物料需求請求;
實(shí)時(shí)顯示包裝機(jī)的各種現(xiàn)場數(shù)據(jù),顯示設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、停機(jī)原因,實(shí)時(shí)顯示每臺機(jī)器的輸出對比;
采樣間隔為2毫秒,數(shù)據(jù)采集誤差的理論計(jì)算值為<=千分之五。
1.2基于ARM監(jiān)控器的包裝機(jī)上位機(jī)功能。
包裝機(jī)上位機(jī)運(yùn)行在Windows平臺上,軟件采用VC++開發(fā)。上位機(jī)通過CAN網(wǎng)卡與各包裝機(jī)的數(shù)據(jù)采集站相連,實(shí)時(shí)采集各設(shè)備的現(xiàn)場數(shù)據(jù),接收維修或物料需求請求信息。上位機(jī)通過ARM智能監(jiān)控器與工廠系列采集網(wǎng)絡(luò)(管理中心)相連,將現(xiàn)場數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)酵ㄓ蒙a(chǎn)調(diào)度的服務(wù)器,實(shí)現(xiàn)全廠數(shù)據(jù)共享。
包裝機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

包裝生產(chǎn)線控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

ARMmonitor作為工廠級的監(jiān)控器,向總廠管理中心發(fā)送狀態(tài)信息,自動完成各種信息的上傳發(fā)布、數(shù)據(jù)存儲等功能。
監(jiān)視器的處理器采用SamsungS3C44B0X16/32位處理器,內(nèi)存8M,硬盤16M。接口包括一個(gè)通用串行總線接口、一個(gè)JTAG調(diào)試端口、四個(gè)串行端口和一個(gè)現(xiàn)場總線接口。人機(jī)界面設(shè)備包括一個(gè)4X4鍵盤和一個(gè)280X128顯示屏。USB接口主要用于與主機(jī)交換數(shù)據(jù)時(shí)獲得更高的傳輸速度。
包裝機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于工業(yè)PC,要求相應(yīng)的CAN通信卡為PC總線適配卡。因此,2LGCAN系列CAN232智能接口卡的智能CAN適配卡由ISA接口、雙端口RAM、嵌入式微處理器80C188、CAN通信控制器SJA1000組成。CAN收發(fā)器82C25O、數(shù)據(jù)緩沖器等。其硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

包裝機(jī)CAN總線網(wǎng)絡(luò)通信模塊硬件結(jié)構(gòu)圖

適配卡的CAN總線網(wǎng)絡(luò)通信功能由嵌入式微處理器80C188和CAN控制器SJA1000完成。80C188主要負(fù)責(zé)聯(lián)系人和PC之間的數(shù)據(jù)通信和協(xié)調(diào)管理,sSJAlOOO完成具體的消息發(fā)送和接收控制任務(wù)。當(dāng)80C188向80C188發(fā)送數(shù)據(jù)和控制字時(shí),SJA1000控制CAN收發(fā)器自動發(fā)送和接收一幀消息,大大減輕了主機(jī)的通信負(fù)擔(dān),可以快速執(zhí)行用戶復(fù)雜的通信任務(wù)。
為了實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與CAN控制器之間的數(shù)據(jù)傳輸,必須在PC機(jī)與適配卡之間建立雙向數(shù)據(jù)交換通道。集成雙端口RAM可以通過ISA總線直接用于嵌入式敏感處理器和主機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換。集成雙端口RAM是一種性能優(yōu)異的快速通信設(shè)備,適用于多CPU分布式系統(tǒng)和高速數(shù)字系統(tǒng)。它提供兩個(gè)完全獨(dú)立的端口,每個(gè)端口都有完整的地址、數(shù)據(jù)和控制線。利用雙端口內(nèi)存提供的指示信號,采用合適的通信規(guī)則,可以避免爭用,實(shí)現(xiàn)快速數(shù)據(jù)交換。本文采用帶中斷請求信號和忙信號的2KX8位IDT7132高速雙端口RAM,通過內(nèi)存映射的方式直接映射到主機(jī)內(nèi)存空間,實(shí)現(xiàn)適配卡與主機(jī)PC之間的高速數(shù)據(jù)交換。接口采用針式DB9插座,通過RS-232電纜與PC連接。CAN總線數(shù)據(jù)的收發(fā)由“CAN控制器+CAN收發(fā)器”完成,RS-232數(shù)據(jù)的收發(fā)由微處理器完成。此外,微處理器負(fù)責(zé)根據(jù)協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)打包、轉(zhuǎn)換和控制。適配卡具有光電隔離功能,可避免地面流通對電腦的損害,提高系統(tǒng)在工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境中的可靠性,提高抗干擾能力。光耦合器的兩端由DC-DC隔離電源供電。為了防止長線傳輸?shù)母蓴_,當(dāng)CAN232智能CAN接口卡是CAN總裁的終端時(shí),必須增加終端匹配電阻。
3.軟件設(shè)計(jì)。
為了提高軟件的運(yùn)行效率,現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集軟件在DOS下用C語言和80X86匯編語言實(shí)現(xiàn),車間上位機(jī)管理級軟件在WIN98T下用VC++實(shí)現(xiàn)。
數(shù)據(jù)采集站軟件主要由數(shù)據(jù)采集主程序、通信程序、人機(jī)交互界面程序、各種參數(shù)設(shè)置、各種圖形圖表動態(tài)顯示、系統(tǒng)自檢程序等組成。
通過動態(tài)鏈接庫(DLL)實(shí)現(xiàn)對CAN適配卡的訪問,動態(tài)鏈接庫是Windows系統(tǒng)中最常用的文件。使用動態(tài)鏈接庫提供了一種共享數(shù)據(jù)和代碼的方便方法。多個(gè)應(yīng)用可以在內(nèi)存中共享同一個(gè)DLL副本,有效節(jié)省了內(nèi)存來源。因?yàn)镈LL獨(dú)立于可執(zhí)行文件,所以極大的方便了應(yīng)用的升級和售后服務(wù)。該訪問主要包括CAN卡的初始化、消息發(fā)送和消息接收。實(shí)現(xiàn)功能包括初始化、消息發(fā)送、消息接收、寄存器寫入、寄存器讀取、復(fù)位、組卡關(guān)閉等。這些功能RE信號由5402的RD和地址信號產(chǎn)生。讀取前應(yīng)輸出RRST信號,調(diào)試前應(yīng)通過HPI端口或其他接口將圖像數(shù)據(jù)傳輸至PC機(jī)顯示。
4結(jié)束語。
CAN總線在組網(wǎng)和通信功能上的優(yōu)勢及其高性能價(jià)格比決定了其在許多領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用前景和發(fā)展?jié)摿?。這些應(yīng)用的共同點(diǎn)是,CAN實(shí)際上充當(dāng)?shù)氖乾F(xiàn)場總線拓?fù)涞挠?jì)算機(jī)局域網(wǎng),其范圍可以小到家電內(nèi)部,大到企業(yè)等工廠的CIMS管理。盡量在多臺藥品包裝機(jī)的生產(chǎn)線上使用,承擔(dān)任意節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)通訊,因?yàn)樗哂薪Y(jié)構(gòu)單一、速度快、抗干擾、可靠、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。與單臺藥品包裝機(jī)相比,提高了生產(chǎn)自動化管理水平,實(shí)現(xiàn)了企業(yè)的CIMS管理。在廣泛的工業(yè)領(lǐng)域中,CAN總線作為現(xiàn)場設(shè)備級的通信總線,將是CAN技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用的主要方向。

 

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