CAN總線在礦渣粉螺旋秤控制系統的應用
我公司礦渣水泥生產工藝中的礦物質渣粉螺旋秤控制系統采用了CAN總線，控制效果良好。
1 礦渣粉摻加工藝流程及設備
1.1 工藝流程
礦渣粉添加系統主要由礦渣粉儲存倉、葉輪給料機、穩流螺旋給料機、螺旋計量秤和斜槽風機組成。物料從上到下通過上述設備后，被輸送到磨尾斗式提升機，與出磨水泥一起進入選粉機混合后，通過收塵進入成品水泥庫。
1.2 輔助設備具體情況
1)礦渣粉儲存倉：該倉容量為100t，由鋼板卷制而成。倉外有上料管道，由氣力輸送入料。倉頂安裝有四袋壓力式除塵器，倉內安裝電容料位計，在倉滿時打鈴報警。
2)葉輪給料機：設計流量范圍0~10t/h,要求轉速可調，葉輪給料機的電動機由變頻調速器控制。
3)穩流螺旋給料機：規格長2000mm，直徑300mm，主要作用分割輪下料均勻化，使物料進入螺旋計量秤時，減少計量波動。
4) 螺旋計量秤：規格同穩流螺旋給料機。電動機端固定，另一端用S型拉式傳感器固定在鋼架上。在安裝過程中要注意保持設備的水平。
5) 斜槽風機：將粉料輸送至斗式提升機。根據物料情況，傾斜度不要小于6%。
啟動順序是斜槽風機、螺旋計量秤、穩流螺旋給料機、葉輪給料機；停車順序與此相反。設備間控制設有聯鎖。
2 控制系統的組成
螺旋秤生產廠家提供一套自主開發的智能儀表，用于螺旋秤的計量控制和標定。而對于其他設備的起停和聯鎖由我方負責。將這些設備控制信號引入到DCS，由DCS監視控制（如圖1所示）。
智能儀表共2塊，外殼均采用通用盤裝儀表結構，卡入式安裝。面板上有數據顯示區和鍵盤區，數據顯示區由八位高亮度數碼管組成，顯示當前過程值和參數值。鍵盤區由4個微動開關組成，分別是菜單鍵、向上、向下選擇鍵和確認鍵。一塊完成計量控制和標定功能（以下簡稱控制儀表），安裝在電力室。另一塊完成設定流量、查詢累積量和報警等信息功能（以下簡稱上位儀表），安裝在中控室。兩地相距200m，它們之間的通訊采用CAN總線。
3 CAN總線概述
CAN是控制網絡ControlAreaNetwork的簡稱，是開放式、 數字化、多點通信的控制系統局域網絡。其總線規范現已被ISO國際標準組織制訂為國際標準。CAN總線協議描述設備之間的信息傳遞方式，它有以下特點：它是一種多主總線，各節點可隨時向其它節點發送消息。傳輸介質為雙絞線、同軸電纜等，通信速率可達到1Mb/s。由于CAN總線控制簡單、擴展能力強、系統成本低，軟硬件設計已非常成熟，被廣泛的應用于工業控制。
4智能儀表的內部結構和控制過程
4．1 儀表結構
控制儀表的CPU采用AT89C52芯片，它是一種低功耗、高性能的8位單片機。主要完成數據采集、處理和通信功能。內部具有8KB的程序存儲器(ROM),用于存儲控制程序。256字節的RAM用于存儲中間數據和結果。AD轉換器采用16位芯片，直接與稱重傳感器連接。DA轉換器采用電流輸出型芯片。控制儀表擴展了一個數字量子模塊，包含4路隔離DI電路，可用于開關信號輸入，接受DCS系統的啟停命令。有3路繼電器輸出，發出報警信號。另外內部還有鍵盤、顯示電路和CAN總線電路接口電路。
上位儀表主要由單片機和鍵盤、顯示電路和CAN總線電路接口電路組成。
4．2計量控制過程
控制儀表獲得啟動命令后，稱重傳感器測量出計量秤當前的負荷，通過A/D轉換器，讀入到單片機。因螺旋秤的旋轉速度恒定，在單片機內計算出物料的瞬時流量。經過CAN總線從上位儀表處獲取設定流量，調用PID算法程序，計算出設定值后，再通過D/A轉換芯片產生4~20mA信號，控制變頻器的頻率，從而控制葉輪給料機電動機的轉速。在完成控制的同時，處理瞬時流量，計算出累計量。并按要求計算出各班的產量。
4．3標定過程；
4．3．1．皮重標定過程
首先標定螺旋秤的皮重，一般要連續標定3次，每次的值應該相等，這樣才能保證計量準確。這個過程就是調用標定子程序，將10s（此數可調）的皮重值讀入單片機，平均后的皮重值存儲于單片機作為最新標定值。
4．3．2．實物標定過程
按照固定設定轉速下料一段時間，將控制儀表上獲得的累計值與實際下料值相比較，修正稱量系數。此過程調用實物標定子程序，將螺旋秤的毛重值讀入單片機，去除皮重值后，計算出實物累計量。再稱量出實際下料量，通過鍵盤輸入到單片機中。單片機就會計算出稱量系數。一般標定3次，就能標準確。
5 智能儀表間通信的設計
5．1 CAN節點的硬件設計
一個CAN節點由單片機、CAN控制器、CAN收發器等組成，
CAN控制器選用Philips 公司的SJA1000。其內部分別為控制器寄存器組、發送緩沖區和接收緩沖區，它們組成32個字節的尋址空間。為了連接到單片機，SJA1000提供一個復用的地址/數據總線和附加的讀/寫控制信號， SJA1000能被看作單片機AT89C52的外圍存儲器。為了保證系統的同步，使用了一個24 MHz的晶振作為SJA1000的振蕩器，用它的7號引腳（CLKOUT）作為AT89C52的時鐘脈沖。系統中SJA1000的片選由單片機的P2.7口控制。如圖2所示
CAN總線收發器選用82c250,主要負責物理接口部分的處理，包括邏輯電平的控制和接口電氣特性的處理，它是SJA1000與物理總線的接口。在CAN總線的網絡終端，需加一個120Ω的匹配電阻Rt。可以防止在阻抗不連續的情況下出現反射現象，而使信號扭曲。
5.2 CAN總線通信軟件的設計
本系統CAN節點通信功能主要是將本節點的數據信息傳送給CAN通信網絡的另一個節點，以及接收網絡上另一個節點傳來的信息。CAN總線單個節點的軟件設計主要包括CAN節點初始化，信息的接收和信息的發送3個子模塊。選用德國Keil公司推出的Keil C軟件進行目標代碼編譯。
軟件設計包括3個子模塊：
1) 初始化子模塊：首先AT89C52關閉SJA1000所有中斷源,然后進行初始化設置,主要有:設置工作方式，配置時鐘分頻寄存器,設置驗收碼寄存器,設定波特率等等工作。在初始化內部寄存器時，注意各節點位速率一致，收發同步。初始化結束后，進入工作狀態。
2) 接收子模塊：負責節點信息的接受，報文的接收有兩種方式，中斷和查詢接受方式，為提高實時性，采用中斷方式接收。當CAN控制器接受到信息后向微控制器發出中斷信號，微控制器執行中斷程序將信息讀入。
3)發送子模塊：負責節點信息的發送,將要發送的信息組合成一幀,放入發送緩沖器中,然后啟動SJA1000發送即可。
6 結束語
螺旋計量秤采用了以單片機為核心的智能儀表，其內部包括高精度的A/D、D/A轉換器，使得控制系統穩定、計量準確。用CAN總線通信，提高了系統的反應速度和實時性。CAN節點的連接只要兩根線，也節省了部分電纜。該系統調試后已運行數月，運轉情況良好，達到設計要求。
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