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基于CAN总线的数字型皮带秤控制仪表

  时间:2020-07-25 15:36

  这篇文章介绍了一种基于CAN总线的数字型皮带秤控制仪表,主要针对其系统的工艺流程、总体结构和软件设计等。该皮带称重仪表配置灵活、安装调试比较方便,现场应用的可靠性极高。

  现代工业中对电气设备控制自动化和智能化程度的要求越来越高。一方面要求设备具有高度的人性化设计、高可靠性,在正常及事故情况下对设备进行监测、保护和控制;另一方面要求对现场工况进行集中监视、数据远传,与调度室、决策层等进行联系。通过对这些实时数据的采集、处理,可以直接地了解整个生产情况,避免数据虚假的现象。此外,减少管理人员为取得数据去现场取证而带来不必要的工作量,提高生产效率,充分地发挥人力、物力和财力资源,以达到良好的管理和资源配置。近几年来随着现场总线技术不断地完善,总线型数字皮带秤将有望替代已有的电子皮带秤。本文将介绍一种基于CAN总线控制的数字型电子皮带秤控制仪表。

  皮带秤控制仪表局部网CAN(ControllerAreaNet-work)总线是当今最为流行的五大总线之一,它是由德国BOSCH公司首先提出来的,采用了ISO/OSI

  模型的物理层数、据链路层和应用层,CAN通信协议的一个最大的特点是废除了传统的地址编码,代之以对通信数据库进行编码。CAN总线面向数据而不是面向节点,其优点是可使网络内的节点个数在理论上不受限制,加入和减少设备不影响系统的工作。CAN总线kbps时,采用双绞线km左右,并且数据传输可靠性高。从物理结构上看,CAN网络属于总线式通信网络,它与一般的网络区别在于:

  (1)不同于以太网等管理及信息处理用网络,它是一种专门用于自动化领域的网络;

  (3)它采用了最新技术和独特的设计、可靠性和性能远高于已经陈旧的现场通信技术。CAN总线所示:在设计时应注意以下几点:(1)为使阻抗匹配,应在总线的终端电阻;(2)SMTX-CE100总线型网关可使PC机很方便地与

  10CAN总线进行连接 ,CAN总线适配卡上配有光电隔离,可增强系统在恶劣环境下使用。

  1、简化了布线工作:以前,安装一台皮带秤,我们不得不将一捆捆线接到控制中心,既增加了成本,又降低了系统的可靠性,维护也变得复杂。现在,一台皮带秤的传感器信号线通过“一根线”即可与仪表或计算机进行通讯,大大简化了复杂的布线工作,也提高了系统的可靠性。

  2、偏载的数字调整:此种方法在国内已得到大家的认可,并得到广泛的运用。以多台传感器接入的皮带秤为例,此种方法不需打开接线盒调整,可通过仪器的面板按键或计算机界面自动或手动调节。

  3、无砝码校准:无砝码的数字校准,是一种快速、省钱、省力的校准方法,特别是对非强制检定的衡器和在不具备砝码校准条件的情况下,是一种非常有效的校准方法。无砝码校准在一些数字接线盒的操作说明中,也称为DigitalCali-bration(数字校准),SmartCalibration(智能校准),Adjustmentwithloadcelldata(传感器数据调节法)等。虽然名称各异,但功能均相同,仅需输入传感器的数据就能达到无砝码校准的目的。并且各厂家无砝码校准的操作程序基本相似,所不同的是有的通过专用称重显示控制器,有的接计算机用软件来控制,完成无砝码校准操作程序。对于皮带秤系统,系统速度标定、砝码标定在出厂时就已经标定好,现场调试仅仅需要执行自动去皮和实物标定即可。

  4、身份证识别技术:数字系统可以得到每只传感器的原始称重信号(通过地址识别),并可对每一传感器各自寻址。这样做可对每一只传感器的称重状态进行监测和分析,可实现在线故障检测;在不影响校准情况下更换传感器;以及在多只传感器系统中,当有一只传感器发生故障时,仍可根据该传感器以往信息,在不更换该传感器的情况下,使系统在保证一定精度的情况下继续工作。这对配料系统的情况具有很重要的意义。而这些功能是在将传感器并联使用的模拟系统中所不能完成的。

  它主要由秤架、称量框架、传输皮带、皮带秤专用电机、数字型称重传感器、数字型主辅速度传感器、数字型跑偏传感器等组成。

  在本系统中,变频调速控制器接收来自下位机PWM滤波输出的4~20mA控制信号,控制调速电机的输出转速,进而控制给料流量。

  系统的称重部件采用的是SMD18型高精度数字型称重传感器,内置信号处理模块使其可用于快速、高精度的称重场合。24bit工业级采样芯片,测量速率可以达到200次/秒。外部因素会引起振动,该称重传感器有很好的数字滤波器可以消除这些振动引起的重量。内置可编程的滤波器允许客户根据不同的应用改变滤波参数。系统供电10~30VDC,协议格式:CANopen。输出经过仪表或上位机解析后直接表示为重量,密封防护等级为IP67。

  系统的测速部件采用的是SMD39型高精度数字型传感器,该速度传感器是一种先进的速度传感器,用于非接触地检测齿轮的转速,它输出即为数字信号,供电8~26VDC,额定检测距离:3mm,测速的上限频率达100KHz。

  SM402100D型配料控制仪表又称下位机,它是集散控制系统的核心。它采集秤体的重量和速度信号,根据设定由单片机PID控制PWM输出,调节调速电机的转速。下位机可以单独工作,可进行流量设定,开关机等操作,可显示瞬时流量、秤体速度、压力、累计量等数据及报警状态。

  Ethernet接口,10BASE-TPHY,兼容100/1000BASE-T网络。CAN接口(DB9male),125Kbps,最高可达到1MBPS。电源:+5VDC,300mA,可以从计算机PCI插槽取电,也可以外部独立供电。

  操作站实际上是一台工业控制计算机,配置为研华IPC-610H,CPUP42.4G,512M内存,DCD光驱,80G防护硬盘,15"钢化工业液晶称重显示器,SMTX-CE100总线型网关等。

  操作站主要用于对现场的工况进行集中监视、数据记录、参数设置、定时存盘、报表打印及报警提示记录等,将切换开关置于操作站,可对现场设备进行启停操作;同时操作站与调度室进行通讯,将现场情况传送到调度室,调度人员能在上位机上直观地观察到生产过程中设备的运行状况、实时数据和历史数据等,并将这些数据进行处理存储、打印等。通过这些实时数据的采集、处理,可以直接地了解整个生产情况,避免以前数据弄虚作假的现象及管理人员为取得数据去现场取证而带来不必要的工作量,从而充分地提高产品的质量、生产效率,发挥人力、物力和实现高度自动化称重控制。

  上位机软件采用VC++作为开发工具,充分利用WINDOWS功能,图形界面较好,可以很方便地构造自己的控制仪表,在任何需要的情况下可将现场的信息实时地传送到控制室,便于对生产情况进行监测。它能与智能皮带秤控制仪表进行通讯:读取数据,发送数据;具有报警、故障查询及打印功能;数据库采用SQLSERVER数据库平台,便于组网。

  实时数据库是集散控制系统的信息来源,完成所有控制点的监测。系统下位机的每一条数据在数据库中都有详细记录。包括系统的每一次操作,每一次报警等。

  历史数据存储采用趋势曲线方式,通过输入时间,可调用数据,用于进行事故分析和报表运算等。

  系统报表分为周期性报表和触发性列表两种,周期性报表采用定时驱动方式,用来打印生产过程中的操作记录和统计数据,例如时报、班报、日报和月报等。触发性列表是用来记录在特定时间发生前后某些点的值,用来进行事故或故障的分析。

  皮带秤称重控制仪表进入运行状态后,用户应先进行登录(分操作员、管理员和工程师级别),在自己的权限范围内进行相应的操作,否则监控界面将锁定在系统工况状态。利用鼠标可进行画面切换,点击“系统工况”、“趋势曲线”、“工程参数”、“动力控制”、“报表管理”等按钮,可切换到不同的画面,进行相关的操作。

  由于该皮带秤控制仪表运行可靠性好,操作简单,维护方便,控制精度高,不但保证了产品的质量和产量,同时又降低了安装和维护的成本,为企业创造良好的经济效益。该系统可推广到对多种散装物料按预定的配比进行自动连续的流量控制的场合,例如石油、化工、冶金、纺织、制药、烟草、机械加工、建材和市政建设等。

  [1]刘九卿.数字型智能称重传感器的发展与应用[J].衡器,2004,(5).

  [2]周祖濂.数字称重系统称重技术新概念和再论数字称重系统[J].衡器,2005,(5).