【正文】 COMMUNICATION（通信技術(shù)）、CRT（顯示技術(shù)）和 CHANGE（轉(zhuǎn)換技術(shù)）緊密結(jié)合的產(chǎn)物。典型的分散式控制系統(tǒng)由現(xiàn)場設(shè)備、接口與計(jì)算設(shè)備以及通信設(shè)備組成。現(xiàn)場總線的研究與應(yīng)用已成為工業(yè)數(shù)據(jù)總線領(lǐng)域的熱點(diǎn)。同時，正由于現(xiàn)場總線的標(biāo)準(zhǔn)尚未統(tǒng)一，也使得現(xiàn)場總線的應(yīng)用得以不拘一格地發(fā)揮，并將為現(xiàn)場總線的完善提供更加豐富的依據(jù)。由于CAN為愈來愈多不同領(lǐng)域采用和推廣，導(dǎo)致要求各種應(yīng)用領(lǐng)域通信報文的標(biāo)準(zhǔn)化。該技術(shù)規(guī)范包括A和B兩部分。 現(xiàn)場總線的現(xiàn)狀 由于各個國家各個公司的利益之爭，雖然早在1984年國際電工技術(shù)委員會/國際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會（IEC/ISA）就著手開始制定現(xiàn)場總線的標(biāo)準(zhǔn)，至今統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)仍未完成。目前現(xiàn)場總線市場有著以下的特點(diǎn)：1．多種現(xiàn)場總線并存 目前世界上存在著大約四十余種現(xiàn)場總線，如法國的FIP，英國的ERA，德國西門子公司Siemens的ProfiBus，挪威的FINT，Echelon公司的LONWorks，PhenixContact公司的InterBus，RoberBosch公司的CAN，Rosemounr公司的HART，CarloGarazzi公司的Dupline，丹麥ProcessData公司的Pnet，PeterHans公司的FMux，以及ASI（ActraturSensorInterface），MODBus，SDS，Aret，國際標(biāo)準(zhǔn)組織基金會現(xiàn)場總線FF：FieldBusFoundation，WorldFIP，BitBus，美國的DeviceNet與ControlNet等等。2．各種總線都有其應(yīng)用的領(lǐng)域 每種總線大都有其應(yīng)用的領(lǐng)域，比如FF、PROFIBUSPA適用于石油、化工、醫(yī)藥、冶金等行業(yè)的過程控制領(lǐng)域；LonWrks、PROFIBUSFMS、DevieceNet適用于樓宇、交通運(yùn)輸、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域；DeviceNet、PROFIBUSDP適用于加工制造業(yè)，而這些劃分也不是絕對的，每種現(xiàn)場總線都力圖將其應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大，彼此滲透。比如PROFIBUS以Siemens公司為主要支持，并成立了PROFIBUS國際用戶組織WorldFIP以Alstom公司為主要后臺，成立了WorldFIP國際用戶組織。5．設(shè)備制造商參與多個總線組織 為了擴(kuò)大自己產(chǎn)品的使用范圍，很多設(shè)備制造商往往參與不止一個甚至多個總線組織。工業(yè)自動化技術(shù)應(yīng)用于各行各業(yè)，要求也千變?nèi)f化，使用一種現(xiàn)場總線技術(shù)也很難滿足所有行業(yè)的技術(shù)要求；現(xiàn)場總線不同于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，人們將會面對一個多種總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)共存的現(xiàn)實(shí)世界。而現(xiàn)場總線的關(guān)鍵技術(shù)之一是彼此的互操作性，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場總線技術(shù)的統(tǒng)一是所有用戶的愿望。該總線在過程自動化領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，具有良好的發(fā)展前景。FF分低速H1和高速H2兩種通信速率，通信距離可達(dá)1900m，可支持總線供電和本質(zhì)安全防爆環(huán)境。FF的物理媒介的傳輸信號采用曼切斯特編碼。CAN協(xié)議分為二層：物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。CAN支持多主工作方式，并采用了非破壞性總線仲裁技術(shù)，通過設(shè)置優(yōu)先級來避免沖突，通訊距離最遠(yuǎn)可達(dá)10KM/5Kbps/s，通訊速率最高可達(dá)40M /1Mbp/s，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)實(shí)際可達(dá)110個。3．Lonworks 它由美國Echelon公司推出，并由Motorola、Toshiba公司共同倡導(dǎo)。支持雙絞線、同軸電纜、光纜和紅外線等多種通信介質(zhì)，通訊速率從300bit/，直接通信距離可達(dá)2700m（78Kbit/s），被譽(yù)為通用控制網(wǎng)絡(luò)。采用Lonworks技術(shù)和神經(jīng)元芯片的產(chǎn)品，被廣泛應(yīng)用在樓宇自動化、家庭自動化、保安系統(tǒng)、辦公設(shè)備、交通運(yùn)輸、工業(yè)過程控制等行業(yè)。DeviceNet具有的直接互聯(lián)性不僅改善了設(shè)備間的通信而且提供了相當(dāng)重要的設(shè)備級陣地功能。位于DeviceNet網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備可以自由連接或斷開，不影響網(wǎng)上的其他設(shè)備，而且其設(shè)備的安裝布線成本也較低。5．PROFIBUSPROFIBUS是德國標(biāo)準(zhǔn)（DIN19245）和歐洲標(biāo)準(zhǔn)（EN50170）的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。DP用于分散外設(shè)間高速數(shù)據(jù)傳輸，適用于加工自動化領(lǐng)域。PA用于過程自動化的總線類型，服從IEC1158－２標(biāo)準(zhǔn)。在12Mbit/s小為200m，可采用中繼器延長至10km，傳輸介質(zhì)為雙絞線或者光纜，最多可掛接127個站點(diǎn)。其特點(diǎn)是在現(xiàn)有模擬信號傳輸線上實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號通信，屬于模擬系統(tǒng)向數(shù)字系統(tǒng)轉(zhuǎn)變的過渡產(chǎn)品。由于它采用模擬數(shù)字信號混和，難以開發(fā)通用的通信接口芯片。7．CCLinkCCLink是Controlamp。在其系統(tǒng)中，可以將控制和信息數(shù)據(jù)同是以10Mbit/s高速傳送至現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)，具有性能卓越、使用簡單、應(yīng)用廣泛、節(jié)省成本等優(yōu)點(diǎn)。CCLink是一個以設(shè)備層為主的網(wǎng)絡(luò)，同時也可覆蓋較高層次的控制層和較低層次的傳感層。8．WorldFIPWorkdFIP的北美部分與ISP合并為FF以后，WorldFIP的歐洲部分仍保持獨(dú)立，總部設(shè)在法國。WorldFIP的特點(diǎn)是具有單一的總線結(jié)構(gòu)來適用不同的應(yīng)用領(lǐng)域的需求，而且沒有任何網(wǎng)關(guān)或網(wǎng)橋，用軟件的辦法來解決高速和低速的銜接。在與IEC61158第一類型的連接方面，WorldFIP做得最好，走在世界前列。INTERBUS采用國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO的開放化系統(tǒng)互聯(lián)OSI的簡化模型（1，2，7層），即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層，具有強(qiáng)大的可靠性、可診斷性和易維護(hù)性。INTERBUS廣泛地應(yīng)用到汽車、煙草、倉儲、造紙、包裝、食品等工業(yè)，成為國際現(xiàn)場總線的領(lǐng)先者。 CAN總線的簡介CAN總線是德國BOSCH公司從80年代初為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，它是一種多主總線，通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光導(dǎo)纖維。CAN總線通信接口中集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對通信數(shù)據(jù)的成幀處理，包括位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余檢驗(yàn)、優(yōu)先級判別等項(xiàng)工作。采用這種方法的優(yōu)點(diǎn)可使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)個數(shù)在理論上不受限制，數(shù)據(jù)塊的標(biāo)識碼可由11位或29位二進(jìn)制數(shù)組成，因此可以定義211或229個不同的數(shù)據(jù)塊，這種按數(shù)據(jù)塊編碼的方式，還可使不同的節(jié)點(diǎn)同時接收到相同的數(shù)據(jù)，這一點(diǎn)在分布式控制系統(tǒng)中非常有用。同時，8個字節(jié)不會占用總線時間過長，從而保證了通信的實(shí)時性。CAN卓越的特性、極高的可靠性和獨(dú)特的設(shè)計(jì)，特別適合工業(yè)過程監(jiān)控設(shè)備的互連，因此，越來越受到工業(yè)界的重視，并已公認(rèn)為最有前途的現(xiàn)場總線之一。CAN總線上任意節(jié)點(diǎn)可在任意時刻主動地向網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息而不分主次，因此可在各節(jié)點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)自由通信。CAN總線插卡可以任意插在PC AT XT兼容機(jī)上，方便地構(gòu)成分布式監(jiān)控系統(tǒng)。在第一種方法中 ,不管每個節(jié)點(diǎn)是否申請總線,都對每個節(jié)點(diǎn)按最大期間分配。這將保證在總線存取時有明確的總線分配。因此,當(dāng)多個站同時請求總線存取時,總線將終止所有站的請求,這時將不會有任何一個站獲得總線分配。 CAN實(shí)現(xiàn)總線分配的方法,可保證當(dāng)不同的站申請總線存取時,明確地進(jìn)行總線分配。不同于Ethernet網(wǎng)絡(luò)的消息仲裁,CAN的非破壞性解決總線存取沖突的方法,確保在不傳送有用消息時總線不被占用。雖然總線的傳輸能力不足,所有未解決的傳輸請求都按重要性順序來處理。第二章 燒結(jié)配料系統(tǒng)設(shè)計(jì) 高爐控制系統(tǒng)燒結(jié)配料控制系統(tǒng)采用流量配料法，流量配料就是按原料的重量乘以速度計(jì)算出流量來配料，采用電子皮帶秤對物料進(jìn)行連續(xù)計(jì)量，通過調(diào)節(jié)圓盤給料機(jī)或皮帶的速度來實(shí)現(xiàn)定量給料，流量配料易實(shí)現(xiàn)自動配料，配料精度較高。 自動稱重配料控制組成圖監(jiān)控計(jì)算機(jī)采用組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)控整個自動配料控制過程；燒結(jié)機(jī)的配料系統(tǒng)由1個主控器和14個配料控制器組成，它們通過現(xiàn)場控制總線CAN總線協(xié)同工作，完成對燒結(jié)配料的自動控制。配料自動控制實(shí)現(xiàn)燒結(jié)用的原料如混勻礦、燃料、熔劑白云石、生石灰、冷返礦按照工藝要求的配比進(jìn)行自動給料，能夠判斷下料堵料和失控故障、變頻器故障，并報警。整個系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)等控制下按一定的比例進(jìn)行混合，然后進(jìn)行燒結(jié)，得到焦炭。正常工作在上位機(jī)自動給料，受計(jì)算機(jī)控制。 系統(tǒng)各部分功能 操作站的功能操作站主要用于對現(xiàn)場的工況進(jìn)行集中監(jiān)視、數(shù)據(jù)記錄、參數(shù)設(shè)置、定時存盤、報表打印機(jī)報警提示記錄等，將切換開關(guān)置于操作站，可對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行啟停操作；同時操作站與調(diào)度室進(jìn)行通訊，將現(xiàn)場情況傳送到調(diào)度室，調(diào)度人員能在上位機(jī)上直觀地觀察到生產(chǎn)過程中設(shè)備的運(yùn)行狀況、實(shí)時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)等，并將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理存儲、打印等。 稱重皮帶秤及控制儀表功能流量恒定的控制原理：要確保燒結(jié)配料成分的穩(wěn)定，圓盤給料機(jī)和螺旋的流量控制是關(guān)鍵。v(kg/s)。V(t)的乘積不變，就可以保證物料流量的恒定。在本系統(tǒng)中圓盤給料機(jī)的速度是恒定不可調(diào)的，所以控制流量的恒定只能調(diào)節(jié)皮帶上物料重量，而重量的改變又只能通過改變變頻器的頻率，以改變皮帶秤的速度。稱重儀表檢測并運(yùn)算q(t) 流量恒定控制原理圖1．實(shí)現(xiàn)流量恒定的控制儀表控制部分采用模塊控制方式，電子秤與儀表控制模塊之間的信號傳輸采用差分頻率信號傳輸技術(shù)，具有極強(qiáng)的抗干擾能力和遠(yuǎn)傳能力，從而保證了系統(tǒng)信道的可靠性和準(zhǔn)確性，在反饋控制上采用新型的人工智能PID調(diào)節(jié)算法，無振蕩，無超調(diào)。3．配料秤有補(bǔ)償功能，即皮帶本身影響自動補(bǔ)償功能。 計(jì)算機(jī)監(jiān)控部分該計(jì)算機(jī)采用品牌機(jī)作為控制計(jì)算機(jī)，系統(tǒng)軟件是在Win2000操作平臺下，用組態(tài)王（或VB6各種操作界面、數(shù)據(jù)顯示及打印管理，用戶可方便進(jìn)行各種數(shù)據(jù)的修改操作，運(yùn)行數(shù)據(jù)的圖形顯示及打印各種報表。2．操作及控制功能該系統(tǒng)利用操作提示菜單方便、簡單，快速引導(dǎo)進(jìn)行系統(tǒng)操作。3．報表及打印功能1)按設(shè)置的打印參數(shù)方便的打印出各種原料累計(jì)消耗量的班報、日報、月報表并能進(jìn)行相應(yīng)的查詢；2)具有當(dāng)前趨勢和歷史趨勢的查詢功能；3)具有各料倉手動配料時間和配料量的統(tǒng)計(jì)功能。 變頻控制部分皮帶電機(jī)采用流量閉環(huán)變頻調(diào)速方式，保證配料精度和穩(wěn)定性，節(jié)電效果顯著。正常工作時，稱重儀表PID的輸出控制變頻器的輸出頻率，檢修調(diào)試時，按鈕點(diǎn)動控制變頻器的輸出頻率。 系統(tǒng)的過程控制實(shí)現(xiàn)電子調(diào)速配料系統(tǒng)通常有兩種調(diào)速方式：調(diào)節(jié)圓盤給料機(jī)給料和調(diào)節(jié)皮帶輸送機(jī)速度給料?？刂七^程主要是是通過電子配料皮帶秤對圓盤給料機(jī)輸送的物料進(jìn)行計(jì)量。第三章 CAN總線的概述 CAN總線的概念 CAN總線的結(jié)構(gòu) CAN (Controller Area Network)總線，又稱控制器局域網(wǎng)，是Bosch公司在現(xiàn)代汽車技術(shù)中領(lǐng)先推出的一種多主機(jī)局部網(wǎng)，由于其卓越的性能，極高的可靠性，獨(dú)特靈活的設(shè)計(jì)和低廉的價格，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場控制、智能大廈、小區(qū)安防、交通工具、醫(yī)療儀器、環(huán)境監(jiān)控等眾多領(lǐng)域。CAN總線規(guī)范已被ISO國際標(biāo)準(zhǔn)組織制訂為國際標(biāo)準(zhǔn)，CAN協(xié)議也是建立在國際標(biāo)準(zhǔn)組織的開放系統(tǒng)互連參考模型基礎(chǔ)上的，主要工作在數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。簡單的CAN總線系統(tǒng)主要由上位機(jī)和位控制器構(gòu)成，包括個人計(jì)算機(jī)CAN的接口（CAN適配卡、若干CAN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)），CAN適配卡是實(shí)現(xiàn)上位機(jī)系統(tǒng)和CAN總線的連接接口，作用和以太網(wǎng)網(wǎng)卡相同。 CAN是多主發(fā)送的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從CAN的角度無所謂主從節(jié)點(diǎn)的概念，但是在有些具體的應(yīng)用中，為了系統(tǒng)的可靠性及整體設(shè)計(jì)的考慮，還是分主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)的。（2）節(jié)點(diǎn)的組成：由于受總線收發(fā)器物理信號驅(qū)動能力的限制，在一個CAN總線網(wǎng)絡(luò)上，最多可掛接110個節(jié)點(diǎn)設(shè)備。CAN網(wǎng)絡(luò)中也存在著各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 CAN總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為了滿足現(xiàn)代控制系統(tǒng)既要集中管理又要分散實(shí)時控制的要求，主要由上位機(jī)監(jiān)控站和若干個現(xiàn)場CAN智能測控節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，通過相應(yīng)的網(wǎng)關(guān)還可與其他類型網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。2．CAN為多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)點(diǎn)均可在任意時刻主動地向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從。4．CAN采用非破壞總線仲裁技術(shù)。6．CAN的直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10Km（速率5kbps以下）；通信速率最高可達(dá)1Mbps（此時通信距離最長為40m）。8．報文采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時間短，受干擾概率低，保證了數(shù)據(jù)出錯率極低。10．CAN的通信介質(zhì)可為雙絞線、同軸電纜或光纖，選擇靈活。12．CAN總線具有較高的性價比?！帮@性”( Dominant)數(shù)值表示邏輯“0”，而“隱性”( Recessive)表示邏輯“1”。 CAN總線的通信距離CAN總線上任意兩個節(jié)點(diǎn)之間的最大傳輸距離與其位速率有關(guān)。CAN層的定義與開放系統(tǒng)互連模型OSI一致。 CAN總線的分層結(jié)構(gòu) CAN報文的幀結(jié)構(gòu) CAN報文的幀類型數(shù)據(jù)幀用于傳輸數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程幀用于請求數(shù)據(jù)，超載幀用于擴(kuò)展幀序列的延遲時間，而當(dāng)局部檢測出錯條件后產(chǎn)生一個全局信號出錯幀。數(shù)據(jù)長度可為零。 標(biāo)準(zhǔn)格式和擴(kuò)展格式（1）幀起始標(biāo)志位（SOF）標(biāo)識著數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀的起始，它以一個比特的顯位出現(xiàn)，只有在總線處于空閑狀態(tài)時，才允許站開始發(fā)送，這個狀態(tài)將結(jié)束總線空閑狀態(tài)（被動狀態(tài)），表明有某個節(jié)點(diǎn)設(shè)備開始發(fā)送消息，并且所有站都必須同步于首先開始發(fā)送的那個站的幀起始前沿。標(biāo)識符的長度為11位，這些位以從高位到低位的順序發(fā)送，其中最高7位不能全為隱位。標(biāo)準(zhǔn)格式和擴(kuò)展格式的仲裁場的格式不同。~。IDE在標(biāo)準(zhǔn)格式中以顯性電平發(fā)送，而在擴(kuò)展格式中以隱性電平發(fā)送。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)幀與擴(kuò)展幀發(fā)送沖突時，而擴(kuò)展幀的基本ID同標(biāo)準(zhǔn)幀的標(biāo)識符一樣時，標(biāo)準(zhǔn)幀優(yōu)先于擴(kuò)展幀。數(shù)據(jù)長度碼為四位，它指出了數(shù)據(jù)場的字節(jié)數(shù)目。（4）數(shù)據(jù)場由數(shù)據(jù)幀中被發(fā)送的數(shù)據(jù)組成，它可包括08字節(jié)，每字節(jié)包含8個位。（6）應(yīng)答場（ACK）位，包括應(yīng)答間隙和應(yīng)答界定符。一個正確的接收倒有效報文的接收器，在應(yīng)答間隙，將此信息通過發(fā)送一個顯位報告給發(fā)發(fā)送器。應(yīng)答界定符是應(yīng)答場的第二位，并且必須是隱位，因此，應(yīng)答間隙被兩個隱位包圍。2．遠(yuǎn)程幀遠(yuǎn)程幀被用來請求總線上某個遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)發(fā)送自己想要接收的某種數(shù)據(jù)，具有發(fā)出這種遠(yuǎn)地消息能力的節(jié)點(diǎn)收到這個遠(yuǎn)程幀后，就應(yīng)盡力響應(yīng)這個遠(yuǎn)地傳送要求。沒有數(shù)據(jù)場，所以數(shù)據(jù)長度代碼的數(shù)值沒有意義。 遠(yuǎn)程幀組成3．錯誤幀