将现混凝土搅拌站改成CAN总线控制系统的设想

饶永康

【摘 要】混凝土搅拌站是建筑、桥梁、道路等众多施工行业中必备的施工机械，是生产混凝土混合料的机电一体化大型设备，其控制系统的稳定性和可靠性直接影响着混凝土的生产效率和生产质量。提高混凝土控制系统的稳定性、抗干扰性，对于保障施工进程，保证施工工程的质量有着极为重要的意义。但目前我公司使用的混凝土搅拌站的控制系统较为落后，存在着大量的问题，提出将混凝土搅拌站控制系统改造为CAN总线控制系统的设想，并将CAN总线控制系统建设的各个方面进行阐述，期许可以提高控制系统的可靠性和灵活性，获得良好的经济效益和社会效益。

【关键词】混凝土搅拌站CAN总线；控制系统

1.公司现状概述

目前，我公司有三条国产3m3搅拌站生产线，主要是将石、砂骨料、水泥、粉煤灰、外加剂、水等原料，按照一定的配合比例，进行搅拌生产混凝土，年产量为150万立方米。但我公司三条国产3m3搅拌站生产线的控制系统为IPC工控机与PLC可编程控制器结合的分布式控制系统，在这种分布式控制系统中，IPC工控机为上位机，负责监控管理功能，下位机负责配料输入与卸料生产流程的控制，PLC可编程控制器负责搅拌等回路流程控制，各个子系统单元之间，采用RS232/RS485为主要的串行通讯接口，但RS485型通讯接口只能构成主从式系统结构，这也就造成了生产过程中传输效率低，系统的实时性不能得到保证。

在生产实践中发现，采用为IPC工控机与PLC可编程控制器结合的分布式控制系统，故障率较高，生产可靠性较差，严重的影响了混凝土搅拌的质量和效率。如在施工阶段出现混凝土供应不及时，将会对工程质量造成严重的影响。长期下去，将会严重影响我公司的的形象，带来巨大的经济损失和社会损失。

为了解决为IPC工控机与PLC可编程控制器结合的分布式控制系统中出现的问题，提出将现混凝土搅拌站改成CAN总线控制系统的设想，全面分析CAN总线控制系统的原理、结构设计，并分析CAN总线控制系统建设的重要意义。

2.CAN总线控制系统建设的原理

2.1 CAN总线控制系统的总体结构

CAN总线控制系统又名现场总线技术控制系统，是将智能化测控设备分散于现场作为网络节点，使用总线将所有设备连接，实现信息之间的交换。CAN总线控制系统实现了各节点数据传递的实时性与可靠性。

将现混凝土搅拌站改成CAN总线控制系统，CAN总线控制系统则会形成两极分布式监控系统，取消了PLC可编程控制器，将工控机与各智能节点设备相连接，将智能开关量I/O模块与配料控制器当做CAN总线控制系统的智能节点，形成系统结构总体。CAN总线控制系统总体结构可以用下图来表示：

在上图CAN总线控制系统总体结构中可以看出，上位机由工控机担当，负责整个生产过程的监控管理，可以及时的对现场数据进行采集，并发出控制信号，完成报警提示，还可以对生产数据进行显示分析、储存或打印，工控机是整个系统的核心环节。其他职能节点则负责现场数据的采集、控制和通信，保证整个系统某一个单元或控制点出现问题可以及时获知并迅速处理，不会出现失控现象。智能化的测控模板，可以让维修人员方便快捷的更换零件而不影响整体生产作业。

2.2生产流程

混凝土搅拌站的生产流程的系统主要包括贮料系统、配料系统、输送系统、搅拌系统与卸料系统，当然也包括控制系统。具体生产流程如下：

（1）从监控软件中输入搅拌作业混凝土配合比及其他的作业参数，通过工控机对各个节点发送物料配料值及配料指令。

（2）物料进行独立称重、称量。

（3）称量过程中分粗称阶段与精称两个阶段，由配料控制器进行控制。

（4）在配料完成之后，配料控制器将完成信号发送给工控机，工控机对开关量输出模块发出指令，将物料放入搅拌机中。

（5）预设搅拌时间，完成后工控机给开关量输出模块发出指令，打开卸料门进行卸料程序。

（6）在混凝土搅拌过程中，可进入下一轮称量。

3.CAN总线控制系统建设的组成部分

3.1 CAN总线技术

CAN属于一种多主方式串行通讯总线技术，是应用最为广泛的现场总线之一。在整个系统控制网络中，每一个网络节点都可以对网络上的其他节点发送信息，没有时间上的限制，实现了实时通讯。节点之间数据通信能力的加强，提高了系统灵活性与可靠性。并且，在CAN总线技术中，如果发送的数据出现了故障，遭到破坏之后，还可以自动重发，数据传输的时间很短，受到干扰的可能性较低。一旦总线节点出现严重的错误，将会自动与总线断开联系，保证总线上其他节点不受到影响，维护了整体系统的安全与稳定。

CAN采用的是总线式拓扑结构，如下图：

3.2智能配料控制器的组成

将现混凝土搅拌站改成CAN总线控制系统，需要选择带有CAN总线接口的智能配料控制器，一般来说，智能配料控制器由开关量输出接口、CAN收发器、CAN控制器、存储器、微处理器、信号调理器及24为A/D转化器组成，其组成可以用下图进行表示：

智能配料控制器具有自动完成称清零去皮的操作程序，具有落差自动补偿的过程，还可以进行故障报警，过冲量自动测定及修正等功能。

3.3智能开关量I/O模块

智能开关量I/O模块是由CAN收发器、CAN控制器、存储器、微处理器、开关量输出接口、信号调理器与软硬件自检和看门狗组成。由于搅拌站的生产流程有着严格的时序性要求，为了保证搅拌流程的正确性，就需要进行限位开关的监控，智能开关量I/O模块可以将整个流程中的运行状态，经过信号处理转化为数字通信，传给工控机并进行监控，保证整个工作流程的有效运行。

3.4工控机

工控机是由IPC610机箱、PIV2.8G CPU、14槽底板与40G内存，需要搭配上CAN总线与节点通信卡。

3.5 CAN总线通信卡

选择双通道CAN总线通信卡，通过内置CAN控制器进行自动重发功能或差错检测功能，保证系统运行可靠性，降低数据丢失的可能性。

4.CAN总线控制系统软件

为了保证CAN总线控制系统的正常运行，需要有着对应的CAN总线控制系统软件进行辅助工作，其中主要的软件包括监控软件、智能节点软件。监控软件启动后，自动完成对各个节点和CAN通信卡的初始化程序，并进入监控系统界面，在主菜单中可以设置对作业参数监控的设置，通过监控显示器输出实时的生产流程现状，监控软件还可以进行故障诊断，对异常信号进行报警。智能节点软件包括CAN总线通信模板、开关量处理模板、模拟量采样处理模板、状态控制模板。

5.结语

将现混凝土搅拌站改成CAN总线控制系统，可以让数据传输更加具有安全性、可靠性、灵活性，让系统运行更加稳定可靠。CAN总线控制系统，不仅仅避免了现混凝土搅拌站控制系统的缺陷，还提高了整体工作效率，完善了整个系统的实时控制能力，有助于提高公司的经济效益和社会效益。

【参考文献】

[1]刘一耀，姜双.现场总线控制系统在混凝土搅拌站的应用[J].建筑机械化，2012，33（6）：57-58.

[2]李志杰.基于CAN总线的混凝土搅拌站控制系统的研究[J].机械，2011，38（3）：43-45.

[3]于桂君，习重华.基于CAN总线的混凝土拌和站控制系统[J].兵工自动化，2004，23（4）：62-63.