基于CANopen木料加工网络控制系统的设计与实现

摘要

随着工业的迅速发展，工业生产过程不断的复杂化也使得企业对生产过程的自动化程度和生产信息集成度要求不断提高。在此背景下具有高可靠性的分布式控制系统广受推崇，因此总线控制在工业控制领域迅速发展。
　　 CAN总线是一种具有高性价比，可靠，稳定的现场总线技术；首先CAN总线的纠错能力是其得到广泛应用的重要原因之一，其利用多种方法进行错误检测如：位填充错误检测等。其次CAN总线的分布式控制可以使某些现场设备有一定的自主性，不需要考虑设备信号的类型，它们之间就可以相互通信。另外其应用层协议CANopen解决了不同功能的CAN设备之间的通信问题，大大提高了系统的兼容性和可扩展性。在本课题中CAN总线为木料加工网络控制系统的机床之间以及上位机监控软件之间提供数据交换的链路，使得木料加工网络控制系统更加灵活。本文对木料加工生产系统的通信网络进行仔细研究，提出了基于CAN总线和CANopen协议的木料加工生产网络控制系统的整体设计方案。
　　 首先，深入学习研究CAN总线通信原理；在此基础之上对CAN总线应用层协议CANopen协议深入研究；详细研究了CANopen协议的基础协议DS301协议，主要研究CANopen的通讯对象：过程数据对象(PDO)，服务数据对象(SDO)等。在此之后，CANopen协议从节点的软硬平台的构建，主要涉及控制主芯片的选取，CAN接口电路设计；SPI接口设计，操作系统的选择，底层驱动的设计，为系统软件部分的实现提供硬件平台。其次，木料加工网络控制系统的设计与实现。其中CANopen主站是基于Windows XP的一台PC机作为监控节点，两个CANopen从节点主控制部分是基于ARM7 LPC2478和μC/OS-Ⅱ实时操作系统，逻辑控制由FPGA芯片完成。主/从站环境搭好以后，完成了移植性强的CANopen协议的设计与实现，并将其嵌入到主/从站软件系统中。然后，根据木料加工控制系统的要求，对从站进行了应用任务设计及数据的处理，对主站编写了监控软件。并且进行了CANopen控制网络节点间通信测试，对系统的性能进行了分析和评估。测试结果表明，本文所构建的CANopen网络控制系统的网络延时约为2～3ms，能满足大多数工业控制的要求。