采用CoDeSys和CAN技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)包裝機(jī)控制系統(tǒng)的的應(yīng)用方案

作者：張思祥;楊建武;陳衛(wèi)福

1 前言

自動(dòng)定量包裝機(jī)廣泛應(yīng)用于化肥、飼料和輕工等行業(yè)。稱量包裝技術(shù)的發(fā)展大約經(jīng)歷了手工稱量、繼電器控制和硬PLC控制等幾個(gè)階段。眾所周知，硬 PLC具有可靠性高、使用方便和耐惡劣環(huán)境能力強(qiáng)等特點(diǎn)。但是，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，硬PLC的通用性及兼容性差等弊端愈來愈明顯。而計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)化的通信協(xié)議和成熟的局域網(wǎng)技術(shù)使得組網(wǎng)十分簡(jiǎn)便，還可以通過Internet與外界相連。一個(gè)具有開放性的系統(tǒng)可以和任何遵守相同標(biāo)準(zhǔn)的其它設(shè)備或系統(tǒng)相連。那么能不能將PC開放性和PLC的可靠性等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起呢？IEC（國(guó)際電工委員會(huì)）于1993年發(fā)布了IEC1131-3有關(guān)可編程序控制器編程的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)，充分利用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（IPC）或嵌入式計(jì)算機(jī)（EPC）的硬件和軟件資源，全部用軟件來實(shí)現(xiàn)硬PLC的功能。這就是國(guó)際上出現(xiàn)的高新技術(shù)——軟PLC（SoftPLC）技術(shù)。

目前，自動(dòng)定量包裝機(jī)的控制系統(tǒng)大都采用硬PLC，當(dāng)企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大后，需提高包裝能力時(shí)，只能采用更大容量的硬PLC控制系統(tǒng)，這樣原有的硬PLC相應(yīng)報(bào)廢，勢(shì)必造成浪費(fèi)。本文所介紹的控制系統(tǒng)只需修改CoDeSys的控制程序即可提高包裝能力，具有較高的推廣價(jià)值。

2自動(dòng)定量包裝機(jī)的組成部分和工作原理

2.1 組成部分

自動(dòng)定量包裝機(jī)主要由控制顯示部分、傳感器系統(tǒng)、加料系統(tǒng)、放料系統(tǒng)、夾帶系統(tǒng)、秤斗、氣動(dòng)系統(tǒng)以及框架結(jié)構(gòu)部分等組成。

2.2 工作原理

尿素、糧食等顆粒物料通過傳送帶、加料系統(tǒng)進(jìn)入秤斗，在重力作用下，秤斗將重力傳遞到傳感器，使稱重傳感器彈性體產(chǎn)生形變，貼附于彈性應(yīng)變梁上的應(yīng)變計(jì)橋路失去平衡，輸出與重量數(shù)值成比例的電壓信號(hào)，經(jīng)線性放大器將信號(hào)放大，通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，由單片機(jī)處理后顯示當(dāng)前的物料重量、各種設(shè)置參數(shù)和工作過程狀態(tài)，并且發(fā)出粗加料、細(xì)加料、稱料完成以及上下限報(bào)警等信號(hào)。這些信號(hào)通過CAN總線與工控機(jī)進(jìn)行通訊，工控機(jī)中的軟 PLC（CoDeSys）按照程序輸出開關(guān)信號(hào)。此開關(guān)信號(hào)經(jīng)過I/O接口控制電器執(zhí)行部件，再轉(zhuǎn)變?yōu)?a href="http://srfitnesspt.com/v/tag/1472/" target="_blank">機(jī)械動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)從進(jìn)料到縫口的一系列過程控制，如清零、粗加料、細(xì)加料、夾袋、放料等。

3 控制部分

該方案的控制部分主要由工控機(jī)、智能稱量顯示部分、I/O接口等部分組成。如圖1所示，下面重點(diǎn)介紹工控機(jī)和智能稱量顯示部分。

圖1 系統(tǒng)硬件框圖

3.1 工控機(jī)

本系統(tǒng)采用北京工業(yè)大學(xué)自主開發(fā)的工控機(jī)作為上位機(jī)，可使用windows或Linux操作系統(tǒng)，采用觸摸屏技術(shù)。

目前，市場(chǎng)上出現(xiàn)的軟PLC產(chǎn)品主要有3S公司的CoDeSys、SIEMENS公司的SIMATIC WinAC、SOFTPLC公司的 SoftPLC以及CJ Intemationl公司的ISaGRAF等。其中3S公司的CoDeSys以其功能強(qiáng)大、可靠性高、二次開發(fā)方便、集成可視化等優(yōu)點(diǎn)而逐漸被國(guó)內(nèi)外用戶所認(rèn)可。CoDeSys由控制器應(yīng)用代碼開發(fā)編輯器、生成控制器應(yīng)用代碼的集成編譯器以及數(shù)字診斷和試運(yùn)行功能三部分組成。 CoDeSys編輯器完全符合IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)，它支持該標(biāo)準(zhǔn)的5種編程語言，即順序功能圖（SFC）、功能塊圖（FBD）、梯形圖（LD）、指令表（IL）及結(jié)構(gòu)文本（ST）。另外，它還提供了被稱作連續(xù)功能圖的第六種編輯器語言，該語言是由功能塊圖變化而來。用戶進(jìn)行編程時(shí)，可以使用其中一種語言或者使用幾種語言進(jìn)行混合編程，這樣可大大提高編程開發(fā)效率。CoDeSys提供大量重要特性表幫助開發(fā)者快速有效的調(diào)試和測(cè)試應(yīng)用程序。在程序代碼中可以直接顯示每一個(gè)變量的當(dāng)前值。這些值可以隨時(shí)寫入和進(jìn)行類型的強(qiáng)制轉(zhuǎn)換。通過設(shè)置斷點(diǎn)然后單步運(yùn)行代碼可以很容易地發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤。2004年6月該公司在北京工業(yè)大學(xué)設(shè)立了CoDeSys產(chǎn)品推廣和培訓(xùn)中心，能夠提供強(qiáng)大的技術(shù)支持。因此，該系統(tǒng)控制軟件采用3S公司的CoDeSys軟件，它支持 SERCOS總線和CAN總線。

CAN（Controller Area Network）即控制器局域網(wǎng)，主要用于各種設(shè)備監(jiān)測(cè)及控制的一種現(xiàn)場(chǎng)總線。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、通信方式靈活、通信距離長(zhǎng)、采用非破壞性總線仲裁技術(shù)等特點(diǎn)。CAN總線為工業(yè)控制系統(tǒng)中高可靠性的數(shù)據(jù)傳送提供了一種新的解決方案，它在國(guó)外工業(yè)測(cè)控領(lǐng)域已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用，因此本方案采用CAN總線接口，選用凌華公司研制的雙口隔離非智能型CAN適配卡PCI-7841，該卡支持 CANopen， DeviceNet等CAN總線應(yīng)用層協(xié)議；并提供VB，VC下的編程函數(shù)。通過人機(jī)界面，把操作人員的控制指令傳給智能稱量顯示控制部分，同時(shí)，接受智能稱量顯示控制部分的信號(hào)和數(shù)據(jù)，加以分析和處理并顯示。

工控機(jī)的顯示界面如圖2所示。

圖2 工控機(jī)的顯示界面

3.2 智能稱量顯示控制部分

目前，市場(chǎng)上沒有具有CAN通訊接口的包裝機(jī)專用控制儀，因此智能稱量顯示控制部分需要自主開發(fā)。為了縮短開發(fā)周期，通過對(duì)現(xiàn)有的控制儀進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，增加CAN通訊部分。該部分以Intel公司的微處理器89C51為核心，通過傳感器、A/D轉(zhuǎn)換采集稱重信號(hào)，經(jīng)過處理后，根據(jù)需要將這些信息經(jīng)由SJA1000和CAN接口電路（主要由PCA82C250組成）發(fā)送到CAN總線上，與上位工控機(jī)進(jìn)行通訊。SJA1000是PHILIP公司生產(chǎn)的獨(dú)立CAN控制器，它符合CAN2.0B協(xié)議，具有完成高性能通訊協(xié)議所要求的全部必要性能，可以完成CAN總線協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的所有功能。 PCA82C250是CAN控制器與物理總線之間的接口，可以提高對(duì)總線的差動(dòng)發(fā)送能力和對(duì)CAN控制器的差動(dòng)接收能力，并能提高總線的抗干擾能力。該部分功能圖如圖3所示。

圖3智能稱量顯示控制部分功能框圖

4 結(jié)束語

本控制系統(tǒng)采用CoDeSys和CAN總線技術(shù)，簡(jiǎn)化了硬件結(jié)構(gòu)，完全符合開放式體系結(jié)構(gòu)的要求，可以滿足工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域?qū)刂葡到y(tǒng)開放性和柔性的要求，為將來工業(yè)自動(dòng)化向更高層次的集成提供了可靠的技術(shù)保障。經(jīng)過模擬試驗(yàn)，本控制方案達(dá)到了預(yù)期的效果，具有十分廣闊的應(yīng)用前景，并可產(chǎn)生良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

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