| 摘要:研究了CAN总线在可重构制造单元控制系统中的应用，介绍了CAN总线接口的软硬件设计。 |
制造系统如何快速、敏捷、柔性地响应市场的需求，成为提高企业竞争力的关键技术之一，采用固定生产组织方式的制造系统无法根据加工任务的变化动态地重组制造资源，影响了企业对市场响应的敏捷性。敏捷制造要求制造资源根据生产任务的变化而快速重组，可重构制造系统RMS(Reconfigurable Manufacturing System)正是为了实现这一目的而提出来的，它的体系结构是开放的，是模块化、可重用和可扩展的系统，可以按照不同的要求进行相应的插拔式重组。不同型号的底层加工设备在可重构制造系统中实现即插即用，也能够实现网上制造资源的重组及协同工作。可重构制造系统要把不同型号设备互连组合，将现场设备运行的各种信息传输至控制室，与操作终端、上层控制管理网络相连，从而实现对制造单元的作业计划和调度控制，只有这样才能在真正意义上实现敏捷制造单元的重构。总线是近年来迅速发展起来的一种数据总线，它主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行器等设备间数字通信问题以及这些现场控制设备和高级控制系统间的信息传递问题。结合现场总线优势、可重构制造系统的特点，提出在可重构制造系统中应用现场总线，实现工厂底层自动化及信息集成技术以快速适应市场变化的需要。1 CAN总线及其特点
现场总线与控制系统和现场仪表联用组成现场总线控制系统(PCS)，它将代替分散型控制系统(DCS)实现现场总线通信网络与控制系统集成。目前比较通用的现场总线有FF、Lonworks、Profibus、CC-Ling、HART、CAN等。其中控制局域网络CAN(Controller Area Net)特别适合工业现场自动化设备的互连，已被公认为最有前途的现场总线之一。CAN总线是德国博世(Bosch)公司在上世纪80年代初为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而提出开发的一种串行通信协议，它是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴光缆或光导纤维，通信速率可达1Mbps。CAN协议的最大特点是对通信数据块进行编码，因而可使网络内的节点个数在理论上不受限制，还可使不同的节点同时接收到相同的数据，这一点在可重构制造单元中非常有用。数据段长度最多为8个字节，可满足通常工业领域中控制命令、工作状态及测试数据的一般要求，同时，8个字节不会占用总线时间过长，从而保证了通信的实时性。它具有以下主要特点:①多主站、无破坏性，依据优先权进行总线访问：②借助接收滤波的多地址帧传递：③全系统数据相容性：④发送期间若失去仲裁或由于出错而遭破坏的帧可自动重发送：⑤暂时错误和永久性故障节点的判别以及故障节点的自动脱离。
2 基于CAN总线的可重构制造单元控制系统
基于CAN总线的可重构制造单元控制系统主要由三部分构成：CAN总线、上级PC、可重构制造设备。其系统结构。网络拓扑结构采用总线式，各可重构设备挂接在总线上构成多控制器的局域网。采用了CAN总线接口的微处理系统，通过接口，上级PC机即可与CAN网相连。微处理系统包括数据采集和加工过程控制两部分，数据采集由挂接在CAN总线上的数据采集单元完成，加工过程控制运行在PC机上，捕获各节点设备的加工信息，并对其进行检测更新、自动质量和加工过程诊断。3 可重构制造单元控制系统的CAN总线接口设计
CAN适配卡通过PC总线把PC机和CAN网相连，任务是将PC机内的数据和命令传送给指定的CAN网络节点，同时将各网络节点的数据传输给PC机以作进一步的处理，适配卡上的微处理器(80C51)极大地减轻了PC机的通信负担，可运行用户复杂的通信任务。接口适配卡由以下部分组成:80C51微控制器、82C200CAN控制器、82C250CAN收发器、双口RAM。微控制器80C51主要承担节点与PC机数据通信的协调工作，2K的双口RAN实现数据共享和双方传输，82C200总线控制器具有多主结构、总线访问优先权、成组与广播报文功能及硬件滤波功能，CAN收发器82C250可以提供总线的差动发送和接收能力。通讯驱动程序主要是在上层应用程序和总线驱动器之间提供接口。主要的功能分两部分：网络管理和应用层接口。其结构。由于82C200实现了CAN协议规定的传输层有关功能，包括帧控制、总线仲裁、消息过滤、错误检查、出错报警以及故障隔离等，这大大简化了通讯驱动程序的处理，只要处理与数据相关的部分，而不用考虑具体的数据传输的物理实现。出于移植性的考虑，大部分代码C语言来实现，采用Franklin C51编译器。对实时性要求很高的系统，可直接用汇编来处理。对于多任务的实时操作系统，这些代码的大部分还是可以重用的。下面简要介绍通讯程序的结构。网络管理包括初始化、中断服务例程。初始化(CANInit)主要是对82C200工作模式的设定，包括中断、系统时钟和位时间、消息过滤等，涉及到几个82C200的寄存器。然后初始化共享变量。最后设置中断向量以及中断优先级，挂接中断服务例程。中断例程(CANIsr)包括接收、发送、出错、超载四个模块，完成CAN消息的有关处理。应用层接口主要给上层提供发送和接收消息的功能。发送和接受分带缓冲队列的和不带缓冲的两种方式，使用缓冲可以使程序以异步读写，不使用缓冲将使程序在网络不可用时产生阻塞，直到网络可用为止，这种方式的优点在于对系统的资源占用较少。在实际应用时，可根据具体情况来选择。4 结论
- 基于CAN总线的可重构制造单元控制系统具有开放性、互操作性、互换性、可集成性，实现实时运行控制、系统信息管理和通信管理等功能，为实现敏捷制造提供技术支持。
- 采用串行总线方式的多路传输可以减少布线复杂程度，网络节点数目可随时增减，即可根据实际需要对制造资源进行快速重构，适应敏捷制造的需要。
2018-06-11
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