基于CAN總線的雙容水箱控制系統

　　CAN(Control Area Network)即控制器局域網絡，它最初是由德國的BOSCH公司為汽車監測、控制系統而設計的。由于其高性能、高可靠性及獨特的設計，越來越受到人們的重視。目前，CAN總線是唯一已成為國際標準的，被公認為是幾種最有前途的現場總線之一。

　　CAN具有下列主要特性:

　　(1) 多主站依據優先權進行總線訪問;

　　(2) 無破壞性的基于優先權的仲裁;

　　(3) 借助接收濾波的多地址傳送;

　　(4) 遠程數據請求;

　　(5) 配置靈活性;

　　(6) 全系統數據兼容性;

　　(7) 錯誤檢測和出錯信息;

　　(8) 若丟失仲裁或由于出錯而遭破壞的幀可自動重發送;

　　(9) 暫時錯誤和永久性故障節點的判別以及故障節點的自動脫離。

　　考慮到CAN總線具有的這些優點，我們設計了基于CAN總線的雙容水箱水位控制系統。

　　2 系統的總體結構

　　雙容水箱試驗臺由雙容水箱、變頻器、水位傳感器、交流電機、水泵和配電盤構成。其中水位傳感器的作用是測量被控水箱的水位，水泵用來給供水水箱抽水。系統控制的目的就是使被控水箱的水位保持在給定值高度，當外加擾動或改變對象特性，能使水位恢復在給定值高度。

　　本系統是將普通的變送器、執行器和PC機改造成為具有CAN接口的智能節點，然后將它們通過總線有機的聯系在一起所形成的完整的控制系統。控制系統的總體結構 如圖1所示。

圖1 雙容水箱控制系統的總體結構圖

　　系統的網絡拓撲采用總線式結構，可以分為兩層:現場控制層和過程監控層。

　　2.1 現場控制層

　　現場控制層為系統的底層，由帶有CAN接口的變送器或執行器構成，它們之間通過CAN總線進行通信，完成全部的控制工作。它的基本工作過程如下所述:變送器將被調量的值變換為標準信號，該信號在CAN接口內完成A/D轉換、數字濾波等處理，然后將變換所得的數字信號通過總線傳送到相應的CAN接口。在該節點內將信號接收后，根據所選擇的控制算法(PID或模糊控制)進行運算，之后將運算結果進行D/A變換，再將模擬信號通過放大處理去驅動執行器。這樣整個控制系統就可以按照一定的控制規律構成一個完整的閉環控制系統。

　　2.2 過程監控層

　　過程監控層是現場控制層的上一層，接收由該層傳輸上來的所需的生產過程的數據，以及向該層發送操作命令，以便運行人員對整個生產過程進行監控。過程監控層的上面可與以太網相連，以便管理層可以直接快速的獲得來自生產一線的數據，這也充分的體現了現場總線全數字化的優點。

　　過程監控層主要由兩部分構成:CAN適配器和上位機。其中CAN適配器一端和總線相連, 完成和CAN總線的通信;另一端和上位機連接, 完成和上位機的通信。它的主要功能是將上位機的操作信號和控制參數傳送給指定的CAN網絡節點, 同時, 將節點的數據傳輸給上位機做進一步處理。本系統通過RS232串行口和上位機交換數據。這種方法雖然傳輸速度低, 但結構簡單、易于實現、價格低廉。