為了提高橡膠加工廠的生產(chǎn)工藝執(zhí)行率，強化工藝管理，便于現(xiàn)場檢查工藝參數(shù)，利于企業(yè)推行企業(yè)計算機集成制造系統(tǒng)CIMS、企業(yè)管理信息系統(tǒng)MIS和貫徹ISO9000～9002質(zhì)量標準，我們?yōu)槟诚鹉z加工廠設(shè)計一套基于CAN總線的橡膠加工過程的分布式計算機測控系統(tǒng)。整個計算機測控系統(tǒng)由4個工程師站和13個現(xiàn)場控制站點組成，整個測控系統(tǒng)以Windows9x為操作平臺，采用CAN總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。整個系統(tǒng)已平穩(wěn)運行一年，運行良好。

橡膠加工廠一般均設(shè)有：配合劑稱量、混煉、硫化、修補等工段，其中最為關(guān)鍵的兩個工段為稱量和硫化工段。現(xiàn)在，我國的一些橡膠加工廠的稱重配料和硫化為人工操作、控制，人為因素極大地影響了橡膠制品的加工質(zhì)量和硫化性能。為了減少人為的因素的影響，配料稱量、橡膠硫化生產(chǎn)過程采用計算機控制是十分必要的。整個計算機控制過程主要是硫化溫度的采集、控制，在溫度控制時，加入數(shù)字增量PID調(diào)節(jié)功能。

根據(jù)橡膠加工廠的特點，整個系統(tǒng)應(yīng)具有工藝流程畫面顯示、曲線趨勢圖顯示、數(shù)據(jù)存儲、實時故障報警及報表打印、歷史數(shù)據(jù)查詢、配方更改、工藝流程更改等功能。為了使整個分布式測控系統(tǒng)能安全、可靠、高性能地運行，同時考慮用戶將來的擴展需要，整個系統(tǒng)采用如下設(shè)計思路：

（1）系統(tǒng)采用三級分布式結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，由工程師管理站和現(xiàn)場測控站點構(gòu)成。工程師管理站對其所監(jiān)控的分現(xiàn)場測控站進行管理和調(diào)度，通過熱鍵切換，也可對整個分布式測控系統(tǒng)中的各個現(xiàn)場測控站進行統(tǒng)一管理和調(diào)度。各個現(xiàn)場測控站分管若干個現(xiàn)場輸入/輸出（I/O）單元，且相互之間獨立，共同完成各個現(xiàn)場測控站點的數(shù)據(jù)采集、控制及通信功能，從而可以保證系統(tǒng)在某一個現(xiàn)場I/O單元或某一現(xiàn)場測控站出現(xiàn)故障時不出現(xiàn)失控現(xiàn)象。

（2）現(xiàn)場工程師站向上與廠信息處理工作站、總工程師等組成快速以太網(wǎng)（Ethernet），以備將來與Internet網(wǎng)互聯(lián)。

（3）系統(tǒng)采用總線式的現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)，它具備多主協(xié)議、通信速率高、實時能力、錯誤糾正、強噪聲抑制能力，同時，系統(tǒng)具備一定的擴充能力。

（4）硬件采用模塊化結(jié)構(gòu)：現(xiàn)場單元全部采用智能化的測控模塊，且全為插拔式或插入螺絲端子接線，以使現(xiàn)場若發(fā)生故障時維修人員可以方便、快速地進行更換，而不影響正常的生產(chǎn)。

根據(jù)用戶需求，系統(tǒng)正常運行時，從信號采集和控制流程看，本系統(tǒng)分為4個獨立的部分：配合劑稱量工段分站；橡膠混合工段分站；橡膠硫化工段分站；成品修補工段分站。其中每個部分設(shè)1臺工程師站對本站進行數(shù)據(jù)采集和控制。同時要求四部分的工程師站能互為備份，當(dāng)某一臺工程師站出現(xiàn)故障時，通過熱鍵切換，系統(tǒng)進入應(yīng)急托管狀態(tài)，由其他3臺工程師站進行臨時托管。從適用性、先進性和系統(tǒng)低成本考慮，現(xiàn)場總線采用CAN（控制器區(qū)域網(wǎng)）總線，它是一種廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化領(lǐng)域的先進的現(xiàn)場總線，具有以下顯著特性：

它是一種高速串行總線，具備多主協(xié)議，網(wǎng)上任意兩個接點都可以直接交換數(shù)據(jù)。

具備實時能力。CAN網(wǎng)通過非破壞性的位總線仲裁技術(shù)來處理多接點同時訪問網(wǎng)絡(luò)的沖突，從而滿足實時性的需要，也保證不丟失數(shù)據(jù)和損失帶寬。

廣播式數(shù)據(jù)通訊。采用CSMA/CD協(xié)議進行總線控制及數(shù)據(jù)通信，當(dāng)節(jié)點往網(wǎng)上發(fā)送數(shù)據(jù)時，其他所有節(jié)點都同時收到數(shù)據(jù)。

高傳輸可靠性

CAN特別適合于網(wǎng)絡(luò)化智能設(shè)備，滿足ISO11898，傳輸速率可達1Mbps，傳輸距離1000m，傳輸方式和介質(zhì)為差分電壓和雙絞線。驅(qū)動器/接受器為64/64，經(jīng)CAN總線擴展器可擴充到256個。

工程師站

根據(jù)用戶的需求，本方案選用***研華公司的工控機IPC610P，其主頻為233MHz。為適應(yīng)總線需求，在工控機內(nèi)配置一塊研華PCL841雙通道隔離式CAN總線卡。它支持工控機與CAN網(wǎng)的聯(lián)接及通訊，傳輸速率最大為1Mbps。比工控機通過RS-232經(jīng)ADAM4525再上CAN網(wǎng)的通訊速率大大提高。 現(xiàn)場智能單元

現(xiàn)場智能單元采用研華產(chǎn)品ADAM5000/CAN，它主要用來做獨立的數(shù)據(jù)采集控制，可通過其CAN網(wǎng)接口與上位機通信，特別適合應(yīng)用于現(xiàn)場總線式的數(shù)據(jù)采集場合。ADAM5000/CAN內(nèi)置16位微處理器，具有4個模塊插槽（支持64個I/O點），內(nèi)置CAN口。具有足夠的現(xiàn)場響應(yīng)能力和I/O 處理能力。同時支持現(xiàn)場站點直接與CAN接口（可選DeviceNET或CANopen協(xié)議），且自帶軟硬件自檢和看門狗。

ADAM5000/CAN使用中斷方法完成狀態(tài)改變功能，在狀態(tài)改變功能時，僅當(dāng)數(shù)據(jù)改變時才產(chǎn)生數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)然后廣播到網(wǎng)上的所有設(shè)備，計算機或控制器在事件發(fā)生的同時接收數(shù)據(jù)。

現(xiàn)場I/O模塊

現(xiàn)場I/O模塊采用ADAM5000系列，它具有體積緊湊、符合現(xiàn)場總線的趨勢，其數(shù)據(jù)采集、模擬輸出以及數(shù)字I/O等3種不同的數(shù)據(jù)采集，使現(xiàn)場I/O設(shè)備容易構(gòu)成計算機應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)。具有系統(tǒng)設(shè)計靈活、易于安裝和組網(wǎng)、適合于工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境、支持的軟件豐富等特點。

現(xiàn)場I/O 模塊根據(jù)現(xiàn)場的實際控制需要，分為模擬輸出模塊、模擬輸入模塊、數(shù)字輸入模塊、數(shù)字輸出模塊以及熱電偶（RTD）輸入模塊，所用的幾種主要功能模塊如下：

模擬量采集：ADAM5017（8通道），模擬量輸出：ADAM5024（4通道），數(shù)字量輸出：ADAM5056（16通道），數(shù)字量輸入：ADAM5052（隔離、8通道），熱電偶輸入：ADAM50（3通道），繼電器輸入：ADAM5068（8通道）。

過程控制流程

現(xiàn)場過程信號采集及監(jiān)控流程由4部分組成：配合劑稱量工段控制流程、橡膠混合工段分站控制流程、橡膠硫化工段分站控制流程、成品修補工段分站控制流程，4個工段由相應(yīng)的工程師站管理。每個工段又分為若干個現(xiàn)場站點，每個現(xiàn)場站點又實時監(jiān)控若干個現(xiàn)場I/O單元，形成四級管理。

數(shù)據(jù)采集監(jiān)控流程為：每個現(xiàn)場I/O單元實時變送相應(yīng)的現(xiàn)場環(huán)境參數(shù)，現(xiàn)場測控站點ADAM5000/CAN實時采集所屬的現(xiàn)場I/O單元的數(shù)值，然后ADAM5000/CAN將一些重要的數(shù)據(jù)通過CAN總線上報到工程師站，工程師站根據(jù)實時監(jiān)測到的各種模擬信號以及數(shù)字量進行邏輯判斷、實時處理后，形成歷史數(shù)據(jù)，實時報警、實時顯示各現(xiàn)場測控站點的運行狀態(tài)，同時，產(chǎn)生必要的控制參數(shù)，再通過CAN總線傳輸?shù)浆F(xiàn)場站點ADAM5000/CAN，現(xiàn)場站點ADAM5000/CAN再分別通過數(shù)字輸出模塊和模擬輸出模塊實時控制相應(yīng)的現(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)，以調(diào)整現(xiàn)場的工作環(huán)境。

為了用戶操作方便，需要畫面顯示、曲線趨勢圖顯示、數(shù)據(jù)存儲、實時故障報警及報表打印等功能，因此，在軟件設(shè)計時，采用組態(tài)式設(shè)計方法。應(yīng)用軟件采用Windows視窗技術(shù)，且為全新的中文瀏覽器界面，操作界面圖形化，使操作更為直觀、方便、靈活，視窗界面更為友好。應(yīng)用軟件采用現(xiàn)場總線的通信協(xié)議，具有多主、實時、高可靠性、較低的系統(tǒng)硬件成本等優(yōu)點，使應(yīng)用軟件可在環(huán)境較為惡劣的工作現(xiàn)場中穩(wěn)定運行，降低了整個網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)險性。

軟件功能

工程師站完成相應(yīng)工段分網(wǎng)的檢測、控制及管理任務(wù)，作為工程師的工具，使分網(wǎng)能夠低耗、安全運行，其主要功能有：（1）巡檢、存儲并實時顯示分網(wǎng)的運行參數(shù)，使工程師能夠隨時查看到分網(wǎng)的實時和歷史數(shù)據(jù)，從而對分網(wǎng)進行統(tǒng)一的檢測和管理。（2）根據(jù)分網(wǎng)實時參數(shù)，分析運行工況、及時發(fā)現(xiàn)分網(wǎng)出現(xiàn)的各種異常現(xiàn)象，分析系統(tǒng)可能出現(xiàn)的故障，并及時顯示報警。（3）隨時打印各種報表和記錄，包括：報警打印、報表定時打印、操作記錄打印。（4）各種信息顯示，包括：日期、時間顯示，流程畫面顯示，分組控制顯示，趨勢顯示，操作指示顯示等。（5）配方管理、簡單實用的報表處理系統(tǒng)；（6）各種先進控制算法及其參數(shù)的自整定。

現(xiàn)場站點的功能包括：

數(shù)據(jù)實時采集、處理、顯示；

故障實時報警、顯示；

現(xiàn)場設(shè)備實時監(jiān)控；

軟件模塊

為了使系統(tǒng)具有畫面顯示、曲線趨勢圖、數(shù)據(jù)存儲、實時故障報警及報表打印的功能，軟件分為，二級工程師站的應(yīng)用程序和現(xiàn)場站點的應(yīng)用程序，其中：二級工程師站的應(yīng)用程序有以下幾個大的功能模塊：（1）初始化模塊；（2）控制參數(shù)設(shè)定模塊；（3）通信模塊；（4）數(shù)據(jù)采集模塊；（5）現(xiàn)場/遠程控制模塊；（6）數(shù)據(jù)記錄、查詢以及報表打印模塊；（7）故障診斷報警模塊；（8）生產(chǎn)工藝流程畫面顯示模塊。

現(xiàn)場站點的應(yīng)用程序有以下幾個大的功能模塊：（1）初始化模塊；（2）控制參數(shù)設(shè)定模塊；（3）控制參數(shù)設(shè)定模塊；（4）數(shù)據(jù)采集與顯示模塊；（5）故障監(jiān)測和報警模塊。

為保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行，系統(tǒng)采取了如下幾點重要的措施：（1）網(wǎng)絡(luò)采用非破壞性的總線仲裁，避免了各通信設(shè)備爭用總線而導(dǎo)致通信失敗和數(shù)據(jù)丟失的弊端。（2）采用CRC校驗方式，使通信系統(tǒng)具有強有力的錯誤偵測和糾正功能。（3）在線分網(wǎng)監(jiān)控，且互為備份。（4）采用“Watchdog（看門狗）”技術(shù)，保證系統(tǒng)在強干擾下不會出現(xiàn)死機現(xiàn)象。（5）軟件中采用了數(shù)字濾波技術(shù)。

該系統(tǒng)采用現(xiàn)場總線控制技術(shù)，并選用CAN式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，極大地提高了整個測控系統(tǒng)的可靠性、實時性。整個系統(tǒng)采用先進的設(shè)計思想，保證了系統(tǒng)的先進性。整個系統(tǒng)運行一年來，性能穩(wěn)定，運行可靠，并為該企業(yè)創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟和社會效益。

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