CAN總線技術在造紙工業中的應用

機械設計制造及其自動化論文，論文編號:JX1045  論文字數:23750.頁數:44

摘    要
 現場總線技術自70年代誕生至今，由于它在減少系統連線，簡化系統安裝、維護和管理，降低系統運行成本，增強系統穩定性等方面的優越性，引起人們的廣泛注意，得到大范圍的應用，引導了自動控制領域的一場革命。
 現場總線控制系統（FCS）具有分散化、網絡化、智能化的特點，在越來越多的工業控制領域中得到了廣泛的應用。
 本設計以現場總線CAN為基礎，研究它在造紙過程中紙漿濃度測控中的應用原理和實現方法，目的是改進工業現場中測控的性能。該系統采用數字化的網絡通信模型，可以提高數據通信的可靠性和實時性。CAN總線測控系統由現場控制器（下位機），監控計算機（上位機）和CAN總線三部分構成，上位機的主要功能是對下位機的參數進行設置;通過總線實時獲取下位機的參數，各個數據的記錄;監測數據的實時顯示、異常警報及報表輸出等功能。總線適配器將總線與上位機聯系起來，完成數據傳輸命令。下位機完成各自對象的參數監測和監控，及向上位機發送必要的數據。
 設計首先對CAN總線的性能特點，協議模型等進行了分析，并與傳統的DCS控制系統進行了比較，介紹了基于現場總線的測控系統在造紙生產過程中應用的重要意義，然后討論了現場測控系統的總體設計方案和功能特點，詳細論述了系統各主要組成部分的硬件結構以及硬件設計中有關抗干擾的問題，闡述了系統軟件部分的程序框圖。
 本次設計采用AT89C51單片機和SJA1000控制器，具體設計了CAN總線中的節點硬件和基礎軟件，涉及到了關鍵器件的連接及電路中信號處理等問題，其中以紙漿濃度的檢測調節為例，對造紙業及其他工業都有重要意義。
  
關鍵詞：紙漿濃度控制  CAN現場總線  AT89C51   SJA1000
Abstract
 From the 70s’to now, because of the advantages in reducing the bus line, simplifying the system setting, maintenance, and management, reducing the operating expense,  and the improvement in stability, the field bus is widely concerned. The widely application of it leads a revolution in automation.
 Field Bus control system (FCS) has the advantages of decentralized, networked, intelligent features. More and more field of industrial control has been widely used it.
 This thesis is based on CAN Field Bus, studying the concentration principle and method of it in the paper pulp process measurement and control . Improving the performance of industrial measurement and control scene. The system is made of network communication model, can improve the reliability of data communication and real-time. CAN bus control system is made of three parts ,the site controller (the slave), monitoring computer (PC) and the CAN bus. The PC's main function is to lower machine parameters set, accessing and recording the data of the lower machine parameters by field bus, monitoring the real-time data, outporting the alarm and exception report output and so on. The bus adapter links the Bus and the PC completing the data’s transferring. Lower computer completes the monitoring and control parameters of an object, and send up bit machine necessary data.
 Firstly the performance characteristics of the CAN Field Bus, protocol models are analyzed, It was compared to the traditional DCS control systems based on field bus introduced in the paper production process control system the importance of the application; then discussed the on-site monitoring and control system design and performance characteristics, detail describing the major components of the system hardware architecture and hardware design issues related to interference, and described pieces of part of the program diagram.
 The design uses the AT89C51 microcontroller and SJA1000 controller.Specific design of the CAN bus node hardware and basic software. The key components involved in the connection and issues such as signal processing circuit. Detection of which regulation as an example of pulp concentration. It is import to the paper industry and other industries.

Key words: pulp concentration control   CAN field bus  AT89C51    SJA1000

目錄
中文摘要 I
Abstract Ⅱ
目錄 Ⅳ
第1章  緒論 1
    1.1  造紙工業發展現狀 1
    1.2  現場總線簡介 1
    1.2.1  幾種典型現場總線技術 2
    1.2.2  CAN總線特點 3
    1.2.3  國內現場總線技術應用現狀 4
    1.3  本課題設計的背景及意義 5
    1.3.1  造紙工業自動化控制簡介 5
    1.3.2  本課題的主要設計內容及意義 6
    1.4  本章小結 6
第2章  系統應用CAN總線技術的總體方案 8
    2.1  控制方案的確定 8
    2.1.1  現場總線的網絡拓撲結構 8
       2.1.2  本次設計的CAN總線控制系統的網絡構建原理圖 8
    2.2  系統組成模塊及功能 9
    2.3  本系統采用CAN總線的原因 11
    2.4  本章小結 12
第3章  基于CAN總線測控系統的硬件設計 13
    3.1  CAN智能測控節點的硬件設計 13
    3.1.1  主控制單元 14
    3.1.2  數據采集 15
    3.1.3  驅動執行機構 19
    3.1.4  硬件抗干擾措施 20
    3.2  CAN總線通信適配卡設計 22
    3.2.1  CAN適配卡功能 22
    3.2.2  硬件結構和工作原理 22
 3.3  本章小結 25
第4章  CAN智能節點的軟件設計 27
   4.1  CAN智能測控節點的軟件模型 27
   4.2  CAN智能測控節點的軟件實現 27
   4.2.1  CAN基本通信軟件 27
   4.2.2  CAN應用層協議 29
   4.2.3  數據字典 30
   4.2.4  具體應用 30
   4.2.5  智能節點的初始化程序 30
   4.2.6  監控程序 31
   4.2.7  中斷服務程序 32
 4.3 系統總體流程 33
   4.4  本章小結 33
第5章  結論與展望 35
   5.1  結論 35
   5.2  工作展望 35
致  謝 36
參考文獻 37
附  錄一  AT89C51功能結構圖 38
附  錄二  下位機總圖 39
附  錄三  CAN總線與PC機連接圖 40