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(jī)把鋼卷打開，入口活套儲(chǔ)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(jìn)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(jī)卷鋼帶。其工藝傳動(dòng)控制系統(tǒng)(tcs)分為入口段、中部、和出口段。入口段從開卷機(jī)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(jī)，三個(gè)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(gè)最重要控制對(duì)象，各工藝段的速度具有基準(zhǔn)設(shè)定值和調(diào)節(jié)功能。三個(gè)工藝段的基準(zhǔn)速度均由相應(yīng)段中的張力輥速度基準(zhǔn)設(shè)定，在系統(tǒng)正常自動(dòng)運(yùn)行時(shí)各段速度將自動(dòng)協(xié)調(diào)一致。

　　該處理線帶鋼傳送全部采用三相交流馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，受控于標(biāo)準(zhǔn)的spwm型變頻器，全數(shù)字裝置可進(jìn)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(dòng)系統(tǒng)分為兩種類型：其一、稱為主傳動(dòng)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(jī)、張力輥、活套車、爐輥、清洗段支撐輥和卷取機(jī)等。其二、稱為輔助傳動(dòng)系統(tǒng)，包括：風(fēng)機(jī)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(jì)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(cuò)誤。當(dāng)信號(hào)傳輸距離達(dá)到10km時(shí)，can-bus仍可提供高達(dá)5kbps的數(shù)據(jù)傳輸速率。因此，作為一種技術(shù)先進(jìn)、可靠性高、功能完善、成本合理的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)通訊控制方式，can-bus 已被廣泛應(yīng)用到各個(gè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。從高速的網(wǎng)絡(luò)到低價(jià)位的多路接線都可以使用can-bus。例如，在汽車電子、自動(dòng)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(yuǎn)的數(shù)據(jù)傳輸距離(長達(dá)10km)；高速的數(shù)據(jù)傳輸速率(高達(dá)1mbps)；可根據(jù)報(bào)文的id決定接收或屏蔽該報(bào)文；可靠的錯(cuò)誤處理和檢錯(cuò)機(jī)制發(fā)送的信息遭到破壞后，可自動(dòng)重發(fā)；節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下具有自動(dòng)退出總線的功能；報(bào)文不包含源地址或目標(biāo)地址，僅用標(biāo)志符來指示功能信息、優(yōu)先級(jí)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(jī)啟動(dòng)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(jí)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(jì)

　　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(gè)處理線的性能。此處，不論主傳動(dòng)還是輔助傳動(dòng)，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(gè)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(jī)變頻器為例，它可對(duì)開卷機(jī)馬達(dá)進(jìn)行啟?？刂疲瑢?duì)其張力和速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，并對(duì)開卷機(jī)的馬達(dá)風(fēng)扇和抱閘進(jìn)行控制；還可把開卷機(jī)、馬達(dá)風(fēng)扇、抱閘的狀態(tài)信息，以及當(dāng)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(shí)接收管理層的控制指令，對(duì)記錄數(shù)據(jù)和各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行操作。各條can-bus總線的中繼器則可增加節(jié)點(diǎn)的最大數(shù)目，擴(kuò)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(gè)節(jié)點(diǎn)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(diǎn)多、分布廣的特點(diǎn)，其通信系統(tǒng)應(yīng)具有良好的可靠性、適應(yīng)性、可擴(kuò)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(shí)時(shí)性強(qiáng)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(jìn)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(diǎn)，同時(shí)將各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸給plc以做進(jìn)一步處理。

　　理論上，can-bus單條總線最多可接127個(gè)節(jié)點(diǎn)，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(tái)。在連接數(shù)小于64臺(tái)時(shí)，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(diǎn)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(gè)撥嗎槽用來撥canbus板的地址，如圖3所示。