基于CAN总线的纸浆浓度智能测控系统的设计

机械设计制造及其自动化论文，论文编号:JX1470  论文字数:34400.页数:78  附开题报告，文献综述，外文翻译

摘     要
    在传统的DCS控制系统中，模拟信号的传输均采用一对一的连接方式，因而整个系统的结构十分庞杂，成本高。而且抗干扰能力低，故障率高。近几年，随着计算机及网络技术的发展，现场总线控制系统FCS（Fieldbus Control System）在工业各领域中得到广泛的应用。
 本文以目前国际上广受关注的CAN总线为基础，设计了基于CAN总线的纸浆浓度智能测控系统的设计。以改进传统DCS控制系统的不足，改善纸浆浓度测控中测控的性能。本系统具有结构简单，控制精度高，抗干扰能力强，性价比高，有突出的可靠性，实时性和灵活性等优点。
 论文首先对现场总线做了初步简介，简单介绍了目前国际上主流的现场总线，并详细介绍了CAN总线的性能特点。然后简单阐述了造纸的基本工艺，浓度控制机理以及目前浓度测控系统技术发展的现状。接着对控制方案进行了分析，并与传统的DCS控制系统进行了比较。然后讨论了下位智能测控节点和上位机的设计，并对各模块电路以及软件进行设计，列出了部分系统软件程序框图以及SJA1000初始化程序、发送程序和接收程序。之后论文对控制算法进行了设计，并对PID参数进行了整定。
 
关键词：CAN总线 纸浆浓度测控 测控节点 AT89C55

Abstract
    In the traditional DCS controlling system, the transmission of analog signals always adopts an one to one connecting manner, therefore, the structure of the whole system is quite huge and complicated, with high cost. Moreover, its capacity of resisting disturbance is quite low and the fault rate is quite high. In recent years, as the development of computer and Network technology, Field bus Control System is being widely used in the various industrious fields. This paper bases on the CAN Bus which draws wide attention internationally recently, studying the design of the paper pulp measuring and controlling system, in order to improve the weak points of traditional DCS controlling system and controlling capability in paper pulp measuring and controlling. This system has many advantages, such as simple structure, high controlling precision, strong capability of resisting disturbance, high cost performance, outstanding reliability, instantaneity, flexibility and so on.
 This paper firstly offers an brief introduction of Profibus, stating the mainstream Profibus in the world and introducing the capability and characters of CAN Bus in detail. Then it expatiates the basic paper making craft, the mechanism of thickness controlling and the technological developing status of recent thickness controlling system. After that, it analyzes the controlling schemes and compares them with the traditional DCS controlling system. Finally it discusses the design of spot Intelligent Measurement and Control nodes and designs all kinds of modular circuit and software,Listing the framework of part system software procedure and initializing, senging, reciving  procedure of the SJA1000.Then this paper sets the parameters of PID algorithm.

Key word:CAN field bus；Paper Pulp Thickness Measuring and Controlling；Measuring and Controlling node；AT89C55

目    录

中文摘要 i
英文摘要 ii
目录 iV
第1章  绪论 1
1.1 现场总线简介  1
1.1.1  现场总线的特点 1
1.1.2  主流现场总线简介 2
1.1.3  CAN总线的技术特点 4
1.2 纸浆浓度测控意义及技术 5
1.2.1  造纸的基本工艺流程及浓度控制的意义 5
1.2.2  传统的纸浆浓度测控系统 6
1.2.3  现有的纸浆浓度测控系统及发展现状 7
1.3  本课题研究的主要内容和意义 8
1.4  本章小结 9
 第二章  系统的总体方案与分析 10
2.1  系统控制方案的确定 10
2.2  系统组成模块及功能 10
2.3  CAN总线系统与DCS系统的比较 11
2.4  本章小结 12
第3章  测控系统的硬件电路和软件的设计 13
3.1  下位智能测控节点电路设计 13
3.1.1  单片机微控制电路 13
3.1.2  数据采集电路 15
3.1.3  驱动执行电路 17
3.1.4  CAN总线接口电路 18
3.2  上位机CAN总线适配卡的设计 20
3.2.1  上位机的选型 20
3.2.2  通信适配卡电路设计 21
3.2.3  适配卡工作原理 22
3.2.4  CAN适配卡设备驱动程序设计 23
3.3  软件设计 23
3.3.1  下位节点软件设计 23
3.3.2  上位机软件设计 26
3.3  本章小结 27
第4章  控制算法研究 28
4.1  传统PID控制 28
4.2  模糊自适应整定PID控制 30
4.2.1  模糊自适应整定PID控制原理 30
4.2.2  模糊自适应整定PID参数整定 32
4.3  本章小结 32
第5章  总结与展望 34
5.1  工作总结 34
5.2  工作展望 34
参考文献 36
致谢 38
附录1  下位智能测控节点电路 39
附录2  AT89C55内部结构图 40
附录3  SJA1000内部结构图 41
附录4  SJA1000初始化程序、发送子程序、接收子程序 42