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與通用通信總線相比，CAN總線在數(shù)據(jù)通信方面具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性。其應(yīng)用范圍不再局限于汽車工業(yè)，而是擴(kuò)展到機(jī)械工業(yè)、紡織機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、醫(yī)療器械、家用電器和傳感器等領(lǐng)域。CAN已經(jīng)成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，被公認(rèn)為最有前途的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。它是迄今為止唯一具有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線。
對(duì)于產(chǎn)品的生產(chǎn)和包裝，實(shí)現(xiàn)了CIMS管理(即工廠級(jí)、車間級(jí)和現(xiàn)場(chǎng)級(jí)管理)，加強(qiáng)了人機(jī)交互，提高了自動(dòng)化生產(chǎn)管理水平。在原設(shè)計(jì)的獨(dú)立藥品包裝中。
在此基礎(chǔ)上，引入CAN總線，在每條包裝機(jī)生產(chǎn)線上安裝一臺(tái)基于ARM智能監(jiān)控器，以工業(yè)PC機(jī)為數(shù)據(jù)采集站，配以自制的信號(hào)板和CAN網(wǎng)卡等。數(shù)據(jù)采集站通過(guò)信號(hào)接口板采集輸出、消耗、成品率、設(shè)備狀態(tài)等實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集點(diǎn)并聯(lián)到包裝機(jī)電氣控制柜的傳感器輸入點(diǎn)和系統(tǒng)輸出點(diǎn)。數(shù)據(jù)采集站還通過(guò)CAN網(wǎng)卡與車間管理機(jī)交換數(shù)據(jù)。利用CAN總線技術(shù)對(duì)原有設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造，實(shí)現(xiàn)企業(yè)三級(jí)管理，提高企業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)管理水平，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
2CAN總線設(shè)計(jì)。
1.數(shù)據(jù)采集方案。
1.1數(shù)據(jù)采集站的功能。
實(shí)時(shí)采集包裝機(jī)的主要產(chǎn)量和消耗數(shù)據(jù)，包括正品產(chǎn)量、正品包裝數(shù)、商標(biāo)紙消耗量等
實(shí)時(shí)收集包裝機(jī)的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)(包括有效運(yùn)轉(zhuǎn)率、成品率、總啟動(dòng)時(shí)間、正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間、停機(jī)時(shí)間、停機(jī)時(shí)間)；
實(shí)時(shí)收集包裝機(jī)剔除動(dòng)作的頻率和總量(包括產(chǎn)品剔除、商標(biāo)紙?zhí)蕹?。);
實(shí)時(shí)收集包裝機(jī)的原因和停機(jī)時(shí)間(包括所有停機(jī)的原因信號(hào))；
實(shí)時(shí)收集包裝機(jī)剔除原因數(shù)據(jù)；
實(shí)時(shí)接收上級(jí)管理部門的訂單；
向車間維修組和發(fā)料室發(fā)送維修和物料需求請(qǐng)求；
實(shí)時(shí)顯示包裝機(jī)的各種現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，顯示設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、停機(jī)原因，實(shí)時(shí)顯示每臺(tái)機(jī)器的輸出對(duì)比；
采樣間隔為2毫秒，數(shù)據(jù)采集誤差的理論計(jì)算值為<=千分之五。
1.2基于ARM監(jiān)控器的包裝機(jī)上位機(jī)功能。
包裝機(jī)上位機(jī)運(yùn)行在Windows平臺(tái)上，軟件采用VC++開發(fā)。上位機(jī)通過(guò)CAN網(wǎng)卡與各包裝機(jī)的數(shù)據(jù)采集站相連，實(shí)時(shí)采集各設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，接收維修或物料需求請(qǐng)求信息。上位機(jī)通過(guò)ARM智能監(jiān)控器與工廠系列采集網(wǎng)絡(luò)(管理中心)相連，將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)酵ㄓ蒙a(chǎn)調(diào)度的服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)全廠數(shù)據(jù)共享。
包裝機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

ARMmonitor作為工廠級(jí)的監(jiān)控器，向總廠管理中心發(fā)送狀態(tài)信息，自動(dòng)完成各種信息的上傳發(fā)布、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能。
監(jiān)視器的處理器采用SamsungS3C44B0X16/32位處理器，內(nèi)存8M，硬盤16M。接口包括一個(gè)通用串行總線接口、一個(gè)JTAG調(diào)試端口、四個(gè)串行端口和一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線接口。人機(jī)界面設(shè)備包括一個(gè)4X4鍵盤和一個(gè)280X128顯示屏。USB接口主要用于與主機(jī)交換數(shù)據(jù)時(shí)獲得更高的傳輸速度。
包裝機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于工業(yè)PC，要求相應(yīng)的CAN通信卡為PC總線適配卡。因此，2LGCAN系列CAN232智能接口卡的智能CAN適配卡由ISA接口、雙端口RAM、嵌入式微處理器80C188、CAN通信控制器SJA1000組成。CAN收發(fā)器82C25O、數(shù)據(jù)緩沖器等。其硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

適配卡的CAN總線網(wǎng)絡(luò)通信功能由嵌入式微處理器80C188和CAN控制器SJA1000完成。80C188主要負(fù)責(zé)聯(lián)系人和PC之間的數(shù)據(jù)通信和協(xié)調(diào)管理，sSJAlOOO完成具體的消息發(fā)送和接收控制任務(wù)。當(dāng)80C188向80C188發(fā)送數(shù)據(jù)和控制字時(shí)，SJA1000控制CAN收發(fā)器自動(dòng)發(fā)送和接收一幀消息，大大減輕了主機(jī)的通信負(fù)擔(dān)，可以快速執(zhí)行用戶復(fù)雜的通信任務(wù)。
為了實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與CAN控制器之間的數(shù)據(jù)傳輸，必須在PC機(jī)與適配卡之間建立雙向數(shù)據(jù)交換通道。集成雙端口RAM可以通過(guò)ISA總線直接用于嵌入式敏感處理器和主機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換。集成雙端口RAM是一種性能優(yōu)異的快速通信設(shè)備，適用于多CPU分布式系統(tǒng)和高速數(shù)字系統(tǒng)。它提供兩個(gè)完全獨(dú)立的端口，每個(gè)端口都有完整的地址、數(shù)據(jù)和控制線。利用雙端口內(nèi)存提供的指示信號(hào)，采用合適的通信規(guī)則，可以避免爭(zhēng)用，實(shí)現(xiàn)快速數(shù)據(jù)交換。本文采用帶中斷請(qǐng)求信號(hào)和忙信號(hào)的2KX8位IDT7132高速雙端口RAM，通過(guò)內(nèi)存映射的方式直接映射到主機(jī)內(nèi)存空間，實(shí)現(xiàn)適配卡與主機(jī)PC之間的高速數(shù)據(jù)交換。接口采用針式DB9插座，通過(guò)RS-232電纜與PC連接。CAN總線數(shù)據(jù)的收發(fā)由“CAN控制器+CAN收發(fā)器”完成，RS-232數(shù)據(jù)的收發(fā)由微處理器完成。此外，微處理器負(fù)責(zé)根據(jù)協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)打包、轉(zhuǎn)換和控制。適配卡具有光電隔離功能，可避免地面流通對(duì)電腦的損害，提高系統(tǒng)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中的可靠性，提高抗干擾能力。光耦合器的兩端由DC-DC隔離電源供電。為了防止長(zhǎng)線傳輸?shù)母蓴_，當(dāng)CAN232智能CAN接口卡是CAN總裁的終端時(shí)，必須增加終端匹配電阻。
3.軟件設(shè)計(jì)。
為了提高軟件的運(yùn)行效率，現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集軟件在DOS下用C語(yǔ)言和80X86匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，車間上位機(jī)管理級(jí)軟件在WIN98T下用VC++實(shí)現(xiàn)。
數(shù)據(jù)采集站軟件主要由數(shù)據(jù)采集主程序、通信程序、人機(jī)交互界面程序、各種參數(shù)設(shè)置、各種圖形圖表動(dòng)態(tài)顯示、系統(tǒng)自檢程序等組成。
通過(guò)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)(DLL)實(shí)現(xiàn)對(duì)CAN適配卡的訪問(wèn)，動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)是Windows系統(tǒng)中最常用的文件。使用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)提供了一種共享數(shù)據(jù)和代碼的方便方法。多個(gè)應(yīng)用可以在內(nèi)存中共享同一個(gè)DLL副本，有效節(jié)省了內(nèi)存來(lái)源。因?yàn)镈LL獨(dú)立于可執(zhí)行文件，所以極大的方便了應(yīng)用的升級(jí)和售后服務(wù)。該訪問(wèn)主要包括CAN卡的初始化、消息發(fā)送和消息接收。實(shí)現(xiàn)功能包括初始化、消息發(fā)送、消息接收、寄存器寫入、寄存器讀取、復(fù)位、組卡關(guān)閉等。這些功能RE信號(hào)由5402的RD和地址信號(hào)產(chǎn)生。讀取前應(yīng)輸出RRST信號(hào)，調(diào)試前應(yīng)通過(guò)HPI端口或其他接口將圖像數(shù)據(jù)傳輸至PC機(jī)顯示。
4結(jié)束語(yǔ)。
CAN總線在組網(wǎng)和通信功能上的優(yōu)勢(shì)及其高性能價(jià)格比決定了其在許多領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用前景和發(fā)展?jié)摿?。這些應(yīng)用的共同點(diǎn)是，CAN實(shí)際上充當(dāng)?shù)氖乾F(xiàn)場(chǎng)總線拓?fù)涞挠?jì)算機(jī)局域網(wǎng)，其范圍可以小到家電內(nèi)部，大到企業(yè)等工廠的CIMS管理。盡量在多臺(tái)藥品包裝機(jī)的生產(chǎn)線上使用，承擔(dān)任意節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)通訊，因?yàn)樗哂薪Y(jié)構(gòu)單一、速度快、抗干擾、可靠、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。與單臺(tái)藥品包裝機(jī)相比，提高了生產(chǎn)自動(dòng)化管理水平，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)的CIMS管理。在廣泛的工業(yè)領(lǐng)域中，CAN總線作為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備級(jí)的通信總線，將是CAN技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用的主要方向。

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