摘要：本文介绍了一种基于CAN总线的煤气罐自动化生产管理系统，该煤气罐自动化生产管理系统包括上位机、工控机、工业机器人、煤气罐、传感器模块。上位机是基于VB开发的监测软件，实现了煤气罐状态检测、参数设置、报警提示以及成品数量的记录与查询功能；工控机以研华工控机为本体，结合上位控制软件实现各个控制参数的下发与煤气罐生产数据的采集、处理。本煤气罐自动化生产管理系统通过上位机将工艺参数通过CAN总线下发至工业机器人中，工业机器人根据上位机的指令执行相应的动作，传感器模块把检测到的相关数据通过CAN总线在传输至上位机中，上位机进行数据的记录与生产状态的显示，实现煤气罐生产管理系统安全控制。本文主要介绍了基于CAN总线技术在煤气罐自动化生产管理系统中的应用，对自动化技术在工业生产中的应用具有一定的指导意义。
关键词：自动化；煤气罐；现场总线；CAN总线
0 引言
现场总线技术在自动化领域应用十分广泛，现场总线技术有效提高了数据传输的效率，在监控和自动化控制领域可有效提高数据的传输速度和控制的响应速度。本文以CAN总线为例介绍现场总线技术在自动化领域中的应用。CAN总线作为工业领域应用最广泛的总线之一，CAN总线成本较低、通讯速度快，并在远程分布式检测、实时控制领域得到极大的应用。CAN总线网络各节点之间的数据通信实时性强，can的数据包采用CRC循环冗余码校验，数据通信过程中出现错误的概率极低。本次设计的煤气罐自动化生产管理系统通过以VB开发的上位机下发煤气罐生产工艺数据至工业机器人中，工业机器人根据接收到的工艺参数执行相应的动作，传感器模块采集煤气罐生产过程中的并通过CAN总线将煤气罐的信息传送至IPC，IPC上以VB为基础开发的上位煤气罐自动化生产管理系统上位机界面负责煤气罐状态的显示、报警以及数据存储等。
1 自动化生产管理系统功能与结构
煤气罐自动化生产管理系统由上位机、工控机、工业机器人、传感器模块、煤气罐等几部分组成。上位机以高级语言VB开发，VB具有良好的人机交互界面的设计，煤气罐的生产状态信息都可通过界面上显示的信息得到，操作人员可通过人机交互界面设置煤气罐的加工工艺参数，同时可根据需求查询和监测煤气罐生产过程中的相关参数。下位机是以单片机为核心的下位处理系统，下位机负责接收传感器采集的数据，并将数据转化为可通过can总线传输的数据类型。传感器模块由光电开关、位移传感器、压力检测传感器等数据采集模块成，数据采集模块将采集到的传感器的数据传送至下位机中，由下位机将数据通过can总线传送至上位机。煤气罐组作为被生产的对象只需保证在生产线上的位置与传感器模块的稳定连接即可。传感器模块将采集到的煤气罐的生产状态数据通过can总线传送至上位机中，上位机根据传感器模块采集到的煤气罐生产数据，对煤气罐的生产状态进行监测，并将从can总线获取的信息以图表或文本框的形式显示在人机交互界面上。上位机中友好的人机界面可方便使操作人员设置生产中的工艺参数信息，并可设置各个参数的阈值，上位机根据下位机传送的数据判断煤气罐的生产状态，例如已加工煤气罐的数量、未加工煤气罐的数量、煤气罐加工是否合格等信息。
通过上述的煤气罐生产管理系统设计，该系统可实现以下功能：设置煤气罐的加工工艺参数、检测煤气罐加工过程、煤气罐加工信息显示与查询、系统报警参数设置等。本系统通过can总线实现上位机与下位机的通讯，并实时保持上位机与下位机间的数据交换，完成对煤气罐生产的管理与监控。
2 煤气罐的焊接工艺
现场总线技术在煤气罐的焊接工艺中应用十分广泛，现阶段煤气罐的焊接工作通常由工业机器人完成，由上位机对工业机器人各个轴的运动控制都是通过总线传输运动指令实现的。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆由于煤气罐表面的焊接位置是复杂的空间曲线，机器人各轴必须通过空间插补运动实现表面的焊枪的空间曲线运动，为了保证各个轴运动的实时性和同步性，现场总线的高速通讯可实现各个轴的同步控制。
此外，在焊接过程中需实时检测焊接的质量是否满足生产工艺的要求，因此，需通过下位机中的传感器模块检测焊缝的位置和焊接效果，并将检测结果通过总线再传送至上位机中，上位机对数据进行处理和保存。传感器模块由数据采集模块、微处理器、高速光电耦合器、CAN总线接口驱动器组成。微处理器P87C591芯片，该微处理器负责传感器数据的采集、处理，并具有通讯功能。P87C591具有下列增强特性，如增强的CAN接收中断、扩展的验收滤波器以及验收滤波器可在运行中改变等功能。该微处理器具有一定的数据处理能力且功能较为齐全，因此可将传感器检测的焊缝的数据放在下位机中处理，下位机与上位机实时通讯的数据只包括焊缝是否合格的信息，若焊缝不合格，则将具体的参数信息和状态传送至上位机中即可。各个传感器读取的数据不必进行实时上传至上位机，以免增加通讯的负担。
高速光电耦合器连接CAN总线驱动器，提供CAN总线驱动器向总线发送数据和接收数据的能力，将微处理器采集传感器数据的通过CAN总线驱动器传送至CAN总线，实现数据的上传和数据的接收，实现上位机与下位机的交换。此外，高速光电耦合器将单片机与CAN总线分开供电，有效抑制了总线数据对本模块数据的干扰。
通过数据采集模块，上位机可通过总线对焊接工艺中各个参数进行实时监控，诊断、报警，同时，对焊接质量进行实时检测，最大限度的保证焊接工艺的焊接质量。
3 上位机can总线通讯设计
上位机包括用户登录模块、参数设置模块、传感器状态显示模块、总线接口模块设计、数据存储模块、故障报警等模块。根据各个模块功能的不同，可将各个模块存放在不同的系统设计区域，例如总线接口模块与数据处理模块均放置在上位机界面中的按钮下，通过相应的函数调取相应的操作命令，实现相应的功能。由于用户登录模块、参数设置模块、传感器状态显示模块都需要通过人机交互界面来实现，因此，通过VB的可视化编程功能，将上述模块放置的人机界面上。
实现传感器数据的前提条件是首先实现上位机与下位机的通讯，因此，在上位机中需要设计CAN总线通讯模块，在硬件部分连接完成后，实现系统根据初始化程序完成通讯的建立。监控系统首先要实现的功能就是上位机与下位机的通讯，因此，需通过总线接口模块将上位机与下位机连接起来，总线接口模块通过调用相应的通讯函数实现上位机与下位机的连接，由于采用can总线通讯协议，无需自行设计通讯协议。
4 结束语
本文以煤气罐自动化生产管理系统的组成、实现原理、功能等进行了详细的论述，充分利用了以CAN总线为基础的现场总线的实时性、稳定性，实现了煤气罐自动化生产管理系统的设计，对总线技术在自动化领域中应用具有一定的参考价值。
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论文作者:杨栈辉
论文发表刊物:《基层建设》2018年第12期
论文发表时间:2018/6/25
标签：煤气罐论文; 上位论文; 总线论文; 模块论文; 传感器论文; 数据论文; 通讯论文; 《基层建设》2018年第12期论文;