基于CAN总线的分布式铝电解控制系统

作者：郑州市中国长城铝业公司电解厂（450041）刘金贵 杨天玉 吴 军 来源：《电子技术应用》 摘要：介绍了基于can总线的分布式铝电解控制系统的设计和实现方法，给出了can总线的硬件接口电路设计和槽控机逻辑电路结构图。 关键词：can总线 电解槽 槽控机 铝电解生产计算机监控系统的形成和发展，已由早期的集中型发展到集散型，又进一步发展到了分布式系统。集中控制采用单机群控技术，比较成功地解决了铝电解生产过程监控系统的设计和应用问题。为了对每台铝电解槽比较复杂的控制进行解析、响应现场实时性强的多种操作、控制程序多任务调度等，同时也为了解决集中控制的脆弱性、实时性差等问题，需要对铝电解槽实施分布式控制方案。现在分布式控制已成为铝行业计算机控制系统的发展趋势。为此，本文介绍铝行业比较先进的基于can总线的分布式铝电解控制系统。 1 铝电解生产工艺控制要求 铝电解生产系列是由多台串联式直流铝电解槽组成。计算机数据采集信号为每台电解槽槽电压和系列电流，对电解槽的监控主要是槽电压和氧化铝浓度。槽电压控制是采用带电流补偿的槽电阻数学模型控制算法，即调节槽电压，主要控制槽内的能量平衡；对于氧化铝浓度的控制，由于该浓度无法直接测定而无法建立精确的数学模型。但是它和槽电阻的变化有一定的对应关系，为此采用模糊控制算法控制氧化铝浓度，即打壳下料，主要控制槽内的物料平衡。 2 can总线简述 can总线即控制器局域网络，是由德国bosch公司为汽车的监测和控制系统而设计的总线式串行通讯网络，适用于工业过程控制主设备和监控设备之间的互联。can可以多主方式工作，网络上任意节点均可主动向其它节点发送信息；网络节点可按系统实时性要求分成不同的优先级，一旦发生总线冲突，会减少总线仲裁时间。can采用短帧结构，每一帧为8个字节，保证了数据的出错率极低，被公认为最有发展前途的现场总线之一。其传输介质可用双绞线、同轴电缆或光纤，通讯速率最高达1mbps，传输距离可达10km。 3 系统结构 本系统由智能槽控机、监控计算机和can总线三部分构成。其系统结构图见图1。其中智能槽控机是直接而向生产过程的，主要功能是采集和控制现场数据。其数据交换是通过can总线网络送到监控计算机，监控计算机由一台工业控制pc机构成，主要功能是对现场槽控机参数进行设置；通过现场总线网络时获取现场槽控机的数据；监测系统异常和完成报表输出等功能。can总线部分主要由智能（can-pc总线适配卡pc can、通讯介质以及相应通讯软件组成。can接口卡是具有高性能价格比的智能通讯适配卡pccan，它使监控计算机方便地连接到can总线上。pccan上高怀能的嵌入式微处理器80c188（12mhz)极大地减轻了主机pc的负担，而且可以完成用户复杂的通讯任务。卡上有1kb或2kb高速双口ram，直接映射到主机内存空间，实现can与主机pc的高速数据交换。pccan上带有光电隔离，使其避免由于地环流而导致损坏，增强系统在恶劣环境中使用的可靠性。pccan上带有可配置的hilon协议及dos、windows驱动程序。 该系统采用的传输介质为双绞线，负载连接在can-h和can-l之间，终端匹配阻抗的值应该等于信号线的特性阻抗值（约120）。如果电阻不匹配，有可能降低数据的有效传输。&nbs