基于canopen協(xié)議的分布式控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、1基于CANopen協(xié)議的分布式控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)孫樹文楊建武（北京工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程與應(yīng)用電子學(xué)院，北京100022）摘要：摘要：針對(duì)印刷機(jī)外圍設(shè)備多分散、數(shù)據(jù)傳輸信息量大、實(shí)時(shí)性和可靠性要求高等問題，設(shè)計(jì)了一種基于CAN現(xiàn)場(chǎng)總線的分布式控制系統(tǒng)。監(jiān)控主機(jī)運(yùn)行軟PLC程序，通過PCCAN卡與現(xiàn)場(chǎng)IO從站進(jìn)行通信，形成分布式網(wǎng)絡(luò)，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了可靠性。本文介紹了分布式監(jiān)控系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)、工作原理及特點(diǎn)；分析了CANopen協(xié)議、詳細(xì)說明

2、了采用P87C591單片機(jī)開發(fā)IO從站的硬件電路、軟件設(shè)計(jì)流程以及從站節(jié)點(diǎn)的調(diào)試方法。經(jīng)系統(tǒng)測(cè)試和模擬運(yùn)行表明，IO從站與監(jiān)控主機(jī)通訊可靠、準(zhǔn)確，實(shí)時(shí)性滿足了印刷機(jī)控制系統(tǒng)的要求，具有一定的參考價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：CANopen；CAN總線；軟PLC；分布式控制系統(tǒng)；P87C591中國分類號(hào)：中國分類號(hào)：TP247文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ATheDesignofDistributedControlSystemIOSla

3、veBasedonCANopenProtocolSunShuwenYangJianwuZhangHuihuiZhaoJianguang(CollegeofMechanicalEngineering&AppliedElectronicsTechnologyBeijingUniversityofTechnologyBeijing100022China)Abstract:Counteringtheproblemsexistinginthepr

4、intingmachinesuchastheexcessivedistributedperipheralequipmentmanyinfmationexchangethereliabilityveracityrealtimefeatureofdatacommunicationadistributedcontrolsystembasedonCAN(ControlAreawks)Busisdesigned.TheSoftPLCisstudi

5、edrealizedontheplatfmofmonithostcomputer.ViaPCCANcardthemastercomputerIOslavenodescancommunicatewitheachotherdirectlylikeadistributedwk.Thesystemstructureismeconcise.Thefunctionofdistributedsettingconcentratedcontrolisre

6、alizedinthissystem.Thewholestructureprincipleofsystemthehardwarecircuitthesoftwareprogrammingthetestingexperimentwerediscussedindetail.Practicalusingshowsthatthisdistributedcontrolsystemhasthebettercontroleffectindicates

7、it’sbrilliantvaliditybeyondtraditionalcontrolmethodsissuitablefsimilarpracticalengineering.Keywds:CANopenCANbusSoftPLCDistributedControlSystemP87C5910引言引言印刷機(jī)有大量的外圍設(shè)備，存在大量的IO信號(hào)，如何保證外圍設(shè)備與控制主機(jī)之間的實(shí)時(shí)通訊，使得印刷機(jī)可靠運(yùn)行，目前采用的方式主要有２種：

8、１）采用傳統(tǒng)的PLC構(gòu)成集散型控制系統(tǒng)（DCS）；２）采用基于現(xiàn)場(chǎng)總線的分布式IO系統(tǒng)。采用前一種方式存在系統(tǒng)不開放、硬件投資大、布線復(fù)雜、維修不便的缺點(diǎn)，具有明顯的3性[2]。IO從站節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)上采用了模塊化結(jié)構(gòu)，由微控制器、CAN通信模塊、輸入／輸出接口模塊、擴(kuò)展接口模塊、參數(shù)設(shè)置模塊組成，其整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。隔離電路信號(hào)輸出模塊輸出接口CAN收發(fā)器82C250CPUPhilipsP87C591光電隔離隔離電路信號(hào)輸入模塊波特

9、率參數(shù)存儲(chǔ)CAN通信模塊參數(shù)設(shè)置模塊總線節(jié)點(diǎn)地址輸入接口擴(kuò)展接口模塊P87C591是一款8位高性能微控制器，具有片內(nèi)CAN控制器，從80C51微控制器家族派生而來，采用了強(qiáng)大的80C51指令集并成功的包括了Philips半導(dǎo)體SJA1000CAN控制器的PeliCAN功能。CAN收發(fā)器采用的是PhilipsPCA82C250芯片，它具有高速穩(wěn)定的差動(dòng)發(fā)送和接收能力；為了提高抗干擾能力，系統(tǒng)中采用雙路電源模塊供電，在控制器和傳輸介質(zhì)之間加

10、接光電隔離器件ADuM1201高速數(shù)字隔離器替代傳統(tǒng)的光電耦合器（如6N137），簡化了電路，極大的降低了功耗。從站節(jié)點(diǎn)IO接口模塊采用了光電隔離電路，提高了抗干擾能力；為了使本系統(tǒng)具有更好的適用性和擴(kuò)展性，預(yù)留了基于I2C總線擴(kuò)展接口模塊。此外，從站節(jié)點(diǎn)還外擴(kuò)了RS232接口；以及電源信號(hào)、通訊狀態(tài)、IO端口、故障信號(hào)等狀態(tài)的LED顯示。3IO從站的軟件設(shè)計(jì)從站的軟件設(shè)計(jì)在IO從站的軟件設(shè)計(jì)中，使用C51Windows編程語言實(shí)現(xiàn)各種

11、功能，與從站節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)相一致，軟件設(shè)計(jì)也遵循模塊化的設(shè)計(jì)原則，使控制軟件具有易讀、易擴(kuò)展和易維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)。各功能模塊之間通過入口和出口參數(shù)相互聯(lián)系，組合靈活且方便[3]。從站節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)流程如圖3所示。節(jié)點(diǎn)初始化開始調(diào)用CAN通信初始化子程序節(jié)點(diǎn)程序調(diào)用參數(shù)設(shè)置子程序IO刷新子程序協(xié)議處理子程序故障處理子程序數(shù)據(jù)發(fā)送子程序數(shù)據(jù)接收子程序結(jié)束3.1CANopen通訊協(xié)議通訊協(xié)議[4][5]CANopen協(xié)議是CiA協(xié)會(huì)基于CAN總線定