摘 要:本文主要分析了當前陶瓷輥道窯的計算機控制技術,提出了一種基于CAN現場總線技術的控制系統,介紹了其基本組成、CAN總線的網絡接口以及系統軟件設計流程圖。 關鍵詞:CAN總線;陶瓷窯爐;網絡節點 Abstract: This text mainly analyzes how to make use of the computer control technique in the current roller kiln of ceramic, a new control system based on CAN fieldbus was discussed, the basic constitute , the network node of CAN bus and the flow chart of system software were introduced. Keywords: CAN Bus; ceramic kiln; network node 0 概述 　　陶瓷輥道窯是陶瓷行業中最重要的熱工設備,主要由窯體、燃燒系統、排煙系統、冷卻系統、傳動系統及測控系統等部分組成。其控制目標是:在綜合消耗最小的情況下,獲得滿足工藝要求的良好制品。但是,由于窯爐燒制產品時具有大慣性、純滯后、強非線性及溫度、氣壓等多種變量的耦合特性,要對其進行有效控制往往比較困難。 　　目前,國內陶瓷窯爐的測控系統一般通過對每個燃燒點進行溫度控制實現整個流程所需的溫度曲線,每個控制點實行開環或閉環控制,通過PID調節器實現,一般也能獲得較好的效果。但相鄰被控點之間則沒有建立聯系,窯爐內的氣氛沒有或只有簡單的開環控制。現場總線陶瓷智能測控系統,是對每個測控點進行單獨控制的同時,考慮各點之間的相互關系,對影響整個輥道窯內燃燒風油比的風機進行閉環控制,另外對燒成帶關鍵部分的氧含量進行測控,以提高燒成品質量。 1 控制方式 　　1.1 PID調節器 　　對每個測控點進行單獨控制一般通過PID調節器來實現。它以單片機為主體,結合外圍的繼電器、比例閥、調節器等檢測與執行機構,構成一個完整的初級計算機控制系統。由于單片機速度及容量的限制,這種控制系統一般只能采用簡單的PID或模糊控制算法,按照預先設定的控制參數進行過程控制。但這種系統難以實現諸如參數的自適應調整與在線優化等功能。 　　1.2 基于CAN總線的控制 　　將各測控點通過CAN現場總線與上位計算機連接,可實現更加復雜的先進控制與優化,從而適應產品的升級換代和更大幅度的提高產品質量。利用預測控制,可以使關鍵部位的溫度控制精度進一步提高;依靠檢測窯內氧含量,保證陶瓷質量必須滿足氧含量的要求,通過按燃燒熱效率最高在線風油比優化軟件來實現控制系統的節能;總結提高產品成品率和產品質量的專家經驗,例如為完成氣氛控制如何調整窯內含氧量,按窯內的空間分布的溫度和壓力變化曲線,以及燒制者的經驗等,并在上位機中通過軟件得以實現,從而提高產品質量。 2 測控系統基本組成 　　針對陶瓷窯爐的控制要求,采用CAN總線技術設計的測控系統原理圖如圖1所示。系統設計時,考慮將各段窯爐上的執行機構和對應段的熱電偶用一塊CAN總線控制模塊進行控制和信號采集,并安裝在現場,這樣可減少熱電偶在傳輸過程中可能產生的干擾;其它熱電偶、氧含量探頭以及壓力傳感器使用CAN總線A/D模塊進行控制;風機控制通過D/A模塊完成;流量計數據的采集通過計數器模塊,風機運行的狀態等開關量信號由開關量輸入模塊完成等。 [align=center] 圖1 測控系統原理圖[/align] 　　CAN總線的網絡適配卡采用PCL-841,其特性是與IBM-PC機兼容又符合CAN協議,插入擴展槽內完成CAN協議的通信。各從站模塊中模擬量采集及模-數、數-模轉換采用ADAM系列模塊完成。 3 CAN總線的特點 　　CAN是開放的現場總線,出于對實時性和降低成本的考慮,CAN總線只采用了開放式互連（OSI）7層參考模型中最關鍵的兩層,即物理層和數據鏈路層。根據Philips公司制定的CAN技術規范2.0版,其通信距離可達到10Km（5kbps）,最高速率達1Mbps（40m）。 　　CAN總線的物理層主要內容規定了通信介質的機械、電氣、功能和規程特性。數據鏈路層的主要功能是將要發送的數據進行包裝,即加上數據差錯校驗位、數據鏈路協議的控制信息、頭尾標識等附加信息組成數據幀,從物理通道上發送出去,在接到數據幀后再把附加信息去掉得到通信數據。 　　CAN總線的主要特點: 　　（1） 實時性:CAN總線數據段長度最多為8個字節,能夠滿足工業領域中對一個工作點的控制命令或數據采集的要求。 　　（2） 無主性:網絡上的任意一個節點均可以主動地向其它節點發送數據,可方便地構成多機備份系統。 　　（3） 可靠性:數據每一幀都有循環冗余（CRC）檢驗和其它檢驗措施,數據差錯率低,而且網絡上的節點在嚴重錯誤時,能夠自動關閉總線,退出網絡通信而保證總線上的其它操作不受影響。 4 CAN總線的網絡接口及系統設計 　　4.1 CAN總線的網絡接口 　　CAN總線網絡接口由Philips公司SJA1000芯片和PCA82C250芯片組成。SJA1000是一個獨立的CAN控制器,可以工作在BasicCAN和PeliCAN兩種不同的工作方式,且支持CAN2.0B協議,具有擴展接口緩沖器、增強錯誤處理能力和增強驗收濾波等功能,可以直接進行CAN總線互連。為了增強驅動能力,使用總線收發器82C250與之配合,其連接電路圖如圖2所示。 　　為了提高網絡節點的拓撲能力,CAN總線兩端需要接有120Ω（R22）的抑制反射的終端電阻,它對匹配總線阻抗起著非常重要的作用。如果忽略此電阻,會使數字通信的抗干擾性和可靠性大大降低,甚至無法通信。 [align=center] 圖2 CAN總線接口電路圖[/align] 　　4.2 系統軟件設計 　　多個現場測控裝置的控制程序包括熱電偶測溫的非線性補償、壓力和流量等控制量的執行功能,通過CAN總線和上位機進行通信。多個測控單元分別完成系統的某部分功能。當某一單元出現故障時,它的影響只是局部的;主機出現故障時,各智能卡仍可以獨立完成測控任務。各個測控裝置將現場信號就近采集并作處理后,通過CAN總線送給上位機進行運算處理,以便分析、控制和存儲,主機還負責人機交互和數據管理。 　　輥道窯控制系統中上位機的主要任務是:通過CAN總線接口與各節點通信,接收下端傳來的數據并向CAN網絡中各節點發送指令;處理節點上傳數據并計算控制量。主機的主要計算任務是根據節點傳送的溫度、氧含量和流量等,運用程序中設定的控制算法（如模糊神經網絡、專家系統等）,對現場測控點的控制量進行精確計算。 　　上位機程序設計的關鍵是通信程序的設計,由三部分組成:CAN控制器的初始化程序、發送程序及接收程序。設計的難點是SJA1000的初始化,如果初始化不正確,系統將不可能正確發送和接收數據。對SJA1000的初始化包括對其時鐘分頻寄存器（CDR）、驗收碼寄存器（ACR）、驗收屏蔽寄存器（AMR）、兩個總線定時寄存器（BTR0和BTR1）和輸出控制寄存器等的初始化。其初始化流程圖如圖3所示。 [align=center] 圖3 初始化程序流程圖[/align] 5 結語與本文作者創新點 　　將先進的現場總線技術（CAN BUS）應用于陶瓷窯的智能測控系統中,大大提高了系統的可靠性、陶瓷產品的成品率而且節能效果明顯。利用89C52單片機、SJA1000和82C250等芯片所實現的CAN總線網絡節點設計,性能穩定,可擴展性強,可以直接移植到其它系統中,為科研工作者提供一定的參考。 參考文獻 　　[1] 劉磊,高軍. 現場總線技術在裝備監控系統中的應用[J].微計算機信息,2006,7-1: P73-74 　　[2] 袁淑娟,陳仁文. CAN總線網絡節點的實現及應用[M]. 江南大學學報（自然科學版）,2005,4（3）:1671-7147. 　　[3] 邱銀安, 陽愛民. 一種新型PID決策模糊控制器設計與實現. 微電子學與計算機. 2005年 22卷 2期 　　[4] 劉美俊. 基于CAN總線的陶瓷輥道窯控制系統設計[J]. 低壓電器, 2006,3, 1001-5531 　　[5] 余永來,顧勤,余國華. 集中型計算機控制技術在陶瓷梭式窯爐中的應用[J]. 中國陶瓷. 2006, 6,1001-9642 　　[6] 蔣書波, 張煥春, 利用軟件線程集成技術實現嵌入式通信接口.微電子學與計算機. 2002年 19卷 7期