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CAN总线技术在造纸工业中的应用

机械设计制造及其自动化论文，论文编号:JX1045 论文字数:23750.页数:44

摘    要
现场总线技术自70年代诞生至今，由于它在减少系统连线，简化系统安装、维护和管理，降低系统运行成本，增强系统稳定性等方面的优越性，引起人们的广泛注意，得到大范围的应用，引导了自动控制领域的一场革命。
现场总线控制系统（FCS）具有分散化、网络化、智能化的特点，在越来越多的工业控制领域中得到了广泛的应用。
本设计以现场总线CAN为基础，研究它在造纸过程中纸浆浓度测控中的应用原理和实现方法，目的是改进工业现场中测控的性能。该系统采用数字化的网络通信模型，可以提高数据通信的可靠性和实时性。CAN总线测控系统由现场控制器（下位机），监控计算机（上位机）和CAN总线三部分构成，上位机的主要功能是对下位机的参数进行设置;通过总线实时获取下位机的参数，各个数据的记录;监测数据的实时显示、异常警报及报表输出等功能。总线适配器将总线与上位机联系起来，完成数据传输命令。下位机完成各自对象的参数监测和监控，及向上位机发送必要的数据。
设计首先对CAN总线的性能特点，协议模型等进行了分析，并与传统的DCS控制系统进行了比较，介绍了基于现场总线的测控系统在造纸生产过程中应用的重要意义，然后讨论了现场测控系统的总体设计方案和功能特点，详细论述了系统各主要组成部分的硬件结构以及硬件设计中有关抗干扰的问题，阐述了系统软件部分的程序框图。
本次设计采用AT89C51单片机和SJA1000控制器，具体设计了CAN总线中的节点硬件和基础软件，涉及到了关键器件的连接及电路中信号处理等问题，其中以纸浆浓度的检测调节为例，对造纸业及其他工业都有重要意义。

关键词：纸浆浓度控制 CAN现场总线 AT89C51   SJA1000
Abstract
From the 70s’to now, because of the advantages in reducing the bus line, simplifying the system setting, maintenance, and management, reducing the operating expense, and the improvement in stability, the field bus is widely concerned. The widely application of it leads a revolution in automation.
Field Bus control system (FCS) has the advantages of decentralized, networked, intelligent features. More and more field of industrial control has been widely used it.
This thesis is based on CAN Field Bus, studying the concentration principle and method of it in the paper pulp process measurement and control . Improving the performance of industrial measurement and control scene. The system is made of network communication model, can improve the reliability of data communication and real-time. CAN bus control system is made of three parts ,the site controller (the slave), monitoring computer (PC) and the CAN bus. The PC's main function is to lower machine parameters set, accessing and recording the data of the lower machine parameters by field bus, monitoring the real-time data, outporting the alarm and exception report output and so on. The bus adapter links the Bus and the PC completing the data’s transferring. Lower computer completes the monitoring and control parameters of an object, and send up bit machine necessary data.
Firstly the performance characteristics of the CAN Field Bus, protocol models are analyzed, It was compared to the traditional DCS control systems based on field bus introduced in the paper production process control system the importance of the application; then discussed the on-site monitoring and control system design and performance characteristics, detail describing the major components of the system hardware architecture and hardware design issues related to interference, and described pieces of part of the program diagram.
The design uses the AT89C51 microcontroller and SJA1000 controller.Specific design of the CAN bus node hardware and basic software. The key components involved in the connection and issues such as signal processing circuit. Detection of which regulation as an example of pulp concentration. It is import to the paper industry and other industries.

Key words: pulp concentration control CAN field bus AT89C51 SJA1000

目录
中文摘要 I
Abstract Ⅱ
目录 Ⅳ
第1章绪论 1
    1.1 造纸工业发展现状 1
    1.2 现场总线简介 1
    1.2.1 几种典型现场总线技术 2
    1.2.2 CAN总线特点 3
    1.2.3 国内现场总线技术应用现状 4
    1.3 本课题设计的背景及意义 5
    1.3.1 造纸工业自动化控制简介 5
    1.3.2 本课题的主要设计内容及意义 6
    1.4 本章小结 6
第2章系统应用CAN总线技术的总体方案 8
    2.1 控制方案的确定 8
    2.1.1 现场总线的网络拓扑结构 8
       2.1.2 本次设计的CAN总线控制系统的网络构建原理图 8
    2.2 系统组成模块及功能 9
    2.3 本系统采用CAN总线的原因 11
    2.4 本章小结 12
第3章基于CAN总线测控系统的硬件设计 13
    3.1 CAN智能测控节点的硬件设计 13
    3.1.1 主控制单元 14
    3.1.2 数据采集 15
    3.1.3 驱动执行机构 19
    3.1.4 硬件抗干扰措施 20
    3.2 CAN总线通信适配卡设计 22
    3.2.1 CAN适配卡功能 22
    3.2.2 硬件结构和工作原理 22
3.3 本章小结 25
第4章 CAN智能节点的软件设计 27
   4.1 CAN智能测控节点的软件模型 27
   4.2 CAN智能测控节点的软件实现 27
   4.2.1 CAN基本通信软件 27
   4.2.2 CAN应用层协议 29
   4.2.3 数据字典 30
   4.2.4 具体应用 30
   4.2.5 智能节点的初始化程序 30
   4.2.6 监控程序 31
   4.2.7 中断服务程序 32
4.3 系统总体流程 33
   4.4 本章小结 33
第5章结论与展望 35
   5.1 结论 35
   5.2 工作展望 35
致谢 36
参考文献 37
附录一 AT89C51功能结构图 38
附录二下位机总图 39
附录三 CAN总线与PC机连接图 40

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