采用CoDeSys和CAN技術(shù)實現(xiàn)自動包裝機控制系統(tǒng)的的應(yīng)用方案

作者：張思祥;楊建武;陳衛(wèi)福

1 前言

自動定量包裝機廣泛應(yīng)用于化肥、飼料和輕工等行業(yè)。稱量包裝技術(shù)的發(fā)展大約經(jīng)歷了手工稱量、繼電器控制和硬PLC控制等幾個階段。眾所周知，硬 PLC具有可靠性高、使用方便和耐惡劣環(huán)境能力強等特點。但是，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，硬PLC的通用性及兼容性差等弊端愈來愈明顯。而計算機的標準化的通信協(xié)議和成熟的局域網(wǎng)技術(shù)使得組網(wǎng)十分簡便，還可以通過Internet與外界相連。一個具有開放性的系統(tǒng)可以和任何遵守相同標準的其它設(shè)備或系統(tǒng)相連。那么能不能將PC開放性和PLC的可靠性等優(yōu)點結(jié)合在一起呢？IEC（國際電工委員會）于1993年發(fā)布了IEC1131-3有關(guān)可編程序控制器編程的標準。根據(jù)該標準，充分利用工業(yè)控制計算機（IPC）或嵌入式計算機（EPC）的硬件和軟件資源，全部用軟件來實現(xiàn)硬PLC的功能。這就是國際上出現(xiàn)的高新技術(shù)——軟PLC（SoftPLC）技術(shù)。

目前，自動定量包裝機的控制系統(tǒng)大都采用硬PLC，當企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模擴大后，需提高包裝能力時，只能采用更大容量的硬PLC控制系統(tǒng)，這樣原有的硬PLC相應(yīng)報廢，勢必造成浪費。本文所介紹的控制系統(tǒng)只需修改CoDeSys的控制程序即可提高包裝能力，具有較高的推廣價值。

2自動定量包裝機的組成部分和工作原理

2.1 組成部分

自動定量包裝機主要由控制顯示部分、傳感器系統(tǒng)、加料系統(tǒng)、放料系統(tǒng)、夾帶系統(tǒng)、秤斗、氣動系統(tǒng)以及框架結(jié)構(gòu)部分等組成。

2.2 工作原理

尿素、糧食等顆粒物料通過傳送帶、加料系統(tǒng)進入秤斗，在重力作用下，秤斗將重力傳遞到傳感器，使稱重傳感器彈性體產(chǎn)生形變，貼附于彈性應(yīng)變梁上的應(yīng)變計橋路失去平衡，輸出與重量數(shù)值成比例的電壓信號，經(jīng)線性放大器將信號放大，通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，由單片機處理后顯示當前的物料重量、各種設(shè)置參數(shù)和工作過程狀態(tài)，并且發(fā)出粗加料、細加料、稱料完成以及上下限報警等信號。這些信號通過CAN總線與工控機進行通訊，工控機中的軟 PLC（CoDeSys）按照程序輸出開關(guān)信號。此開關(guān)信號經(jīng)過I/O接口控制電器執(zhí)行部件，再轉(zhuǎn)變?yōu)?a href="http://wenjunhu.com/v/tag/1472/" target="_blank">機械動作，從而實現(xiàn)從進料到縫口的一系列過程控制，如清零、粗加料、細加料、夾袋、放料等。

3 控制部分

該方案的控制部分主要由工控機、智能稱量顯示部分、I/O接口等部分組成。如圖1所示，下面重點介紹工控機和智能稱量顯示部分。

圖1 系統(tǒng)硬件框圖

3.1 工控機

本系統(tǒng)采用北京工業(yè)大學(xué)自主開發(fā)的工控機作為上位機，可使用windows或Linux操作系統(tǒng)，采用觸摸屏技術(shù)。

目前，市場上出現(xiàn)的軟PLC產(chǎn)品主要有3S公司的CoDeSys、SIEMENS公司的SIMATIC WinAC、SOFTPLC公司的 SoftPLC以及CJ Intemationl公司的ISaGRAF等。其中3S公司的CoDeSys以其功能強大、可靠性高、二次開發(fā)方便、集成可視化等優(yōu)點而逐漸被國內(nèi)外用戶所認可。CoDeSys由控制器應(yīng)用代碼開發(fā)編輯器、生成控制器應(yīng)用代碼的集成編譯器以及數(shù)字診斷和試運行功能三部分組成。 CoDeSys編輯器完全符合IEC1131-3標準，它支持該標準的5種編程語言，即順序功能圖（SFC）、功能塊圖（FBD）、梯形圖（LD）、指令表（IL）及結(jié)構(gòu)文本（ST）。另外，它還提供了被稱作連續(xù)功能圖的第六種編輯器語言，該語言是由功能塊圖變化而來。用戶進行編程時，可以使用其中一種語言或者使用幾種語言進行混合編程，這樣可大大提高編程開發(fā)效率。CoDeSys提供大量重要特性表幫助開發(fā)者快速有效的調(diào)試和測試應(yīng)用程序。在程序代碼中可以直接顯示每一個變量的當前值。這些值可以隨時寫入和進行類型的強制轉(zhuǎn)換。通過設(shè)置斷點然后單步運行代碼可以很容易地發(fā)現(xiàn)錯誤。2004年6月該公司在北京工業(yè)大學(xué)設(shè)立了CoDeSys產(chǎn)品推廣和培訓(xùn)中心，能夠提供強大的技術(shù)支持。因此，該系統(tǒng)控制軟件采用3S公司的CoDeSys軟件，它支持 SERCOS總線和CAN總線。

CAN（Controller Area Network）即控制器局域網(wǎng)，主要用于各種設(shè)備監(jiān)測及控制的一種現(xiàn)場總線。它具有結(jié)構(gòu)簡單、通信方式靈活、通信距離長、采用非破壞性總線仲裁技術(shù)等特點。CAN總線為工業(yè)控制系統(tǒng)中高可靠性的數(shù)據(jù)傳送提供了一種新的解決方案，它在國外工業(yè)測控領(lǐng)域已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用，因此本方案采用CAN總線接口，選用凌華公司研制的雙口隔離非智能型CAN適配卡PCI-7841，該卡支持 CANopen， DeviceNet等CAN總線應(yīng)用層協(xié)議；并提供VB，VC下的編程函數(shù)。通過人機界面，把操作人員的控制指令傳給智能稱量顯示控制部分，同時，接受智能稱量顯示控制部分的信號和數(shù)據(jù)，加以分析和處理并顯示。

工控機的顯示界面如圖2所示。

圖2 工控機的顯示界面

3.2 智能稱量顯示控制部分

目前，市場上沒有具有CAN通訊接口的包裝機專用控制儀，因此智能稱量顯示控制部分需要自主開發(fā)。為了縮短開發(fā)周期，通過對現(xiàn)有的控制儀進行技術(shù)改進，增加CAN通訊部分。該部分以Intel公司的微處理器89C51為核心，通過傳感器、A/D轉(zhuǎn)換采集稱重信號，經(jīng)過處理后，根據(jù)需要將這些信息經(jīng)由SJA1000和CAN接口電路（主要由PCA82C250組成）發(fā)送到CAN總線上，與上位工控機進行通訊。SJA1000是PHILIP公司生產(chǎn)的獨立CAN控制器，它符合CAN2.0B協(xié)議，具有完成高性能通訊協(xié)議所要求的全部必要性能，可以完成CAN總線協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的所有功能。 PCA82C250是CAN控制器與物理總線之間的接口，可以提高對總線的差動發(fā)送能力和對CAN控制器的差動接收能力，并能提高總線的抗干擾能力。該部分功能圖如圖3所示。

圖3智能稱量顯示控制部分功能框圖

4 結(jié)束語

本控制系統(tǒng)采用CoDeSys和CAN總線技術(shù)，簡化了硬件結(jié)構(gòu)，完全符合開放式體系結(jié)構(gòu)的要求，可以滿足工業(yè)自動化領(lǐng)域?qū)刂葡到y(tǒng)開放性和柔性的要求，為將來工業(yè)自動化向更高層次的集成提供了可靠的技術(shù)保障。經(jīng)過模擬試驗，本控制方案達到了預(yù)期的效果，具有十分廣闊的應(yīng)用前景，并可產(chǎn)生良好的社會和經(jīng)濟效益。

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