企業(yè)包裝自動(dòng)化生產(chǎn)線的研究

解軍艷+屈科科

摘 要：包裝工業(yè)是我國輕工業(yè)中扮演著非常重要的角色，包裝工藝的質(zhì)量好壞直接影響生產(chǎn)效率和商業(yè)價(jià)值，尤其是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，包裝工業(yè)已經(jīng)走向自動(dòng)化的道路，逐漸替代手工包裝活動(dòng)，大大提高了工作效率。本文以食品包裝的自動(dòng)化生產(chǎn)線為例，設(shè)計(jì)了一套基于CAN總線技術(shù)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，通過硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)相結(jié)合，為食品包裝生產(chǎn)線提供了可靠的控制系統(tǒng)，有利于提高生產(chǎn)線的工作效率和自動(dòng)化程度，減少人工參與度，并為設(shè)備維修提供了便利，有非常重要的現(xiàn)實(shí)價(jià)值。

關(guān)鍵詞：企業(yè)包裝；自動(dòng)化生產(chǎn)線；控制系統(tǒng)；CAN總線

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.13.231

現(xiàn)場總線的出現(xiàn)為自動(dòng)控制領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了巨大突破，引來國內(nèi)外廣泛關(guān)注，尤其是它的出現(xiàn)推動(dòng)了自動(dòng)化控制發(fā)展，加速了自動(dòng)化領(lǐng)域進(jìn)入一個(gè)全新的時(shí)代。CAN總線是現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中不可獲取的關(guān)鍵技術(shù)，它能夠通過分布式控制降低控制成本，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制，廣泛應(yīng)用與工業(yè)生產(chǎn)、機(jī)械制造、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等多個(gè)領(lǐng)域。本文將CAN總線技術(shù)應(yīng)用于食品包裝企業(yè)的自動(dòng)化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)，能夠大大提高控制系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，提高工作效率。

1 模塊硬件電路設(shè)計(jì)

模塊節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)由一個(gè)單片機(jī)AT89 CS 1、獨(dú)立CAN總線控制器SJA1000、CAN總線收發(fā)器820250和高速光電災(zāi)難6 6N137合成器組成。本次設(shè)計(jì)選取AT89C51型單片機(jī)作為控制器件，主要是因?yàn)樵撔吞?hào)單片機(jī)可以滿足本次CAN總線應(yīng)用層的各項(xiàng)功能，能夠使控制系統(tǒng)更加靈活。另外，選取82C250作為總線收發(fā)器、SJA1000作為總線控制器，它們負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，并且提供差分發(fā)送、差分接收功能函數(shù)。

本次自動(dòng)化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)研究中，以CAN總線作為智能控制系統(tǒng)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，控制模塊中選取AT89C51進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析和處理。每個(gè)模塊功能既相互獨(dú)立，又緊密聯(lián)系，各自完成自己的功能，同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳遞和處理。

硬件電路主要包括四大模塊，它們分別是CAN總線收發(fā)器、光電耦合器、微處理器和通信控制器。其中，CAN總線收發(fā)器負(fù)責(zé)接收發(fā)送A/D轉(zhuǎn)換模塊傳輸?shù)臄?shù)據(jù)；光電耦合器用于調(diào)節(jié)工作電壓，起到一定的光電隔離作用；微處理器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理；通信控制器負(fù)責(zé)控制數(shù)據(jù)流的傳輸。

在控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)中，還考慮到外界干擾的問題，為了保證數(shù)據(jù)不失真，在電路中加入了高速光電隔離電路，該電路可以起到非常好的隔離效果，能夠大大降低外界干擾，主要是在SJA1000總線控制器以及82C250總線收發(fā)器兩個(gè)模塊中，使它們的TXD和RXD之間無法直接連通，采取這種方法提高了控制系統(tǒng)的抗干擾能力，確保數(shù)據(jù)更接近真實(shí)值。另外，還應(yīng)該注意該硬件電路的電源正負(fù)極之間要進(jìn)行隔離，即VCC和VDD之間，采取的措施是使用隔離電源，盡量選取小電源隔離模塊，不僅不會(huì)使電路變得復(fù)雜，還可以減少大電源帶來的電磁干擾，增強(qiáng)了系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

除了以上兩個(gè)模塊采取抗干擾措施之外，82C250收發(fā)器和CAN總線接口部分也進(jìn)行了相應(yīng)的抗干擾處理，具體做法如下所述：收發(fā)器的CANH和CANL兩個(gè)引腳都不是直接與CAN總線相連接，而是通過定值電阻進(jìn)行連接，電阻的作用是限流，對(duì)收發(fā)器起到非常好的過流保護(hù)。在82C250收發(fā)器的CANH和CANL之間，用大小為30 PF的電容接地，主要是為了減少和消除高頻干擾，提高系統(tǒng)的抗電磁干擾能力。CAN總線的兩端通過二極管與主電路相連接，能夠?qū)κ瞻l(fā)器起到很好的過壓保護(hù)，因?yàn)殡娐饭ぷ鲿r(shí)，CAN總線兩端電壓非常高，通過二極管可以將高電壓分壓，避免出現(xiàn)收發(fā)器兩端因電壓過高而損壞的現(xiàn)象。整個(gè)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)比較合理，充分考慮到抗干擾的各種情況，并設(shè)計(jì)相關(guān)電路降低干擾，提高數(shù)據(jù)的可靠性。

在硬件設(shè)計(jì)過程中，還為本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了監(jiān)控模塊，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控該系統(tǒng)各部分的運(yùn)行情況，通過CAN總線，將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)程，用戶可以通過監(jiān)控系統(tǒng)顯示的數(shù)據(jù)對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常，避免重大事故的發(fā)生。

2 軟件設(shè)計(jì)

CAN總線作為數(shù)據(jù)交換的主要節(jié)點(diǎn)，對(duì)于自動(dòng)化系統(tǒng)的重要性就不言而喻了，軟件設(shè)計(jì)也應(yīng)該以它為中心，分清數(shù)據(jù)交換的優(yōu)先級(jí)，將數(shù)據(jù)幀按順序進(jìn)行交換，避免數(shù)據(jù)紊亂帶來的錯(cuò)誤信息，提高系統(tǒng)的可靠性，所以，采用實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)是非常有利的。考慮到企業(yè)包裝自動(dòng)化生產(chǎn)線采用CAN總線局域網(wǎng)的特點(diǎn)，這給程序設(shè)計(jì)帶來了更廣闊的空間，提高了設(shè)計(jì)的靈活性。

軟件設(shè)計(jì)共三大模塊：CAN初始化模塊、中斷處理模塊和數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，這三個(gè)部門的程序設(shè)計(jì)都以CAN總線為中心，抓住CAN通信的特點(diǎn)，設(shè)置好邏輯順序，對(duì)信息進(jìn)行收發(fā)處理。下面簡要介紹一下CAN初始化模塊的軟件設(shè)計(jì)：初始化模塊的主要功能是完成各項(xiàng)參數(shù)的設(shè)定，為系統(tǒng)搭建工作環(huán)境。進(jìn)行初始化操作時(shí)，設(shè)定了兩種方式，主要有硬件復(fù)位和軟初始化功能，硬件初始化發(fā)生在上電時(shí)，軟件初始化需要向CAN總線發(fā)送復(fù)位信號(hào)“1”，當(dāng)系統(tǒng)接收到該信號(hào)時(shí)進(jìn)行初始化操作。需要注意的是，這些寄存器只能寫訪問在重置，因此，在登記的初始化，進(jìn)入一個(gè)國家必須確保系統(tǒng)復(fù)位。

3 結(jié)語

采用CAN總線技術(shù)設(shè)計(jì)自動(dòng)化生產(chǎn)線具有以下優(yōu)點(diǎn)：第一，有較好的抗干擾能力，而且響應(yīng)速度較快；第二，結(jié)構(gòu)簡單，便于維護(hù)和擴(kuò)展，實(shí)用性更好；第三，采用雙絞線網(wǎng)絡(luò)，大大增加了數(shù)據(jù)傳輸量，提高傳輸效率。因此，該控制系統(tǒng)具有非常廣闊的應(yīng)用前景，本次研究工作所設(shè)計(jì)的企業(yè)包裝自動(dòng)化生產(chǎn)線能夠很好的完成包裝工作，從而有效的提升了企業(yè)的生產(chǎn)效率，降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本。

參考文獻(xiàn)：

[1]饒運(yùn)濤，鄒繼軍，鄭勇蕓.現(xiàn)場總線CAN原理與應(yīng)用技術(shù)[M].北京航天航空人學(xué)出版社，2002.

[2]鄔寬明.CAN總線原理和應(yīng)用技術(shù)及原理[M].北京航天航空人學(xué)出版社，1996.

[3]劉靜，張西良.包裝生產(chǎn)線分布式測控系統(tǒng)中串行通信設(shè)計(jì)[J].包裝工程，2002，23（03）：33-36.

[4]郭繼坤，蔣家正.礦井下CAN總線節(jié)點(diǎn)地址的研究[J].黑龍江科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，14（02）：20-23.

作者簡介：解軍艷（1986-），女，河南濟(jì)源人，碩士，助教，研究方向：控制理論與控制工程、機(jī)電一體化技術(shù)。