基于CAN总线的柔性生产线设计.doc

济南大学毕业设计--1前言1.1国内外研究现状CAN是ControllerAreaNetwork的缩写（以下称为CAN），是ISO国际标准化的串行通信协议。在当前的汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发了出来。由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同，由多条总线构成的情况很多，线束的数量也随之增加。为适应“减少线束的数量”、“通过多个LAN，进行大量数据的高速通信”的需要，1986年德国电气商博世公司开发出面向汽车的CAN通信协议[1]。此后，CAN通过ISO11898及ISO11519进行了标准化，现在在欧洲已是汽车网络的标准协议。在北美和西欧，CAN总线协议已经成为汽车计算机控制系统和嵌入式工业控制局域网的标准总线，并且拥有以CAN为底层协议专为大型货车和重工机械车辆设计的J1939协议。现在，CAN的高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。自从我国实行改革开放以来，科技领域急起直追，我国的机电一体化技术已取得明显的成效，数控产品有了很大的提高，国内的机械产品采用可编程控制器（PC）和微电子技术控制设备也越来越多，覆盖面也日益扩大，从纺织机械、轴承加工设备、机床、注塑机到橡胶轮胎成型机、重型机械、轻工业机械都是如此。1.2课题研究的意义现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一,被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。另外,与其它现场总线比较而言,CAN总线是具有通信速率高、容易实现、且性价比高等诸多特点的一种已形成国际标准的现场总线[2]。并且随着网络技术的不断发展，利用网络能够在远程对现场设备进行监控，从而改善生产环境，优化生产流程；而且使用网络模式，可以充分利用网络资源，实现资源共享，最大限度的提高生产效率。所以基于CAN总线的柔性生产线的设计与研究具有很大的商业价值。2设计方案2.1CAN总线简介2.1.1CAN总线的基本概念CAN是ControllerAreaNetwork的缩写，是ISO国际标准化的串行通信协议。CAN的可靠性和高性能已被当今社会所认同，并被广泛应用于企业的生产中。现场总线的研究与运用已成为当今自动化领域技术研究的热点之一，并被誉为自动化领域的“计算机局域网”。它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。2.1.2CAN总线的特点（1）结构简单：只有2根线与外部相连，并且内部集成了管理模块和错误探测。（2）完成对通信数据的成帧处理：按照OSI基准模型，CAN结构分为2层：数据链路层和物理层，可完成对通信数据的成帧处理，包括循环冗余检验、数据块编码、位填充、优先级判别等项工作。（3）能够保证网络内的节点个数在理论上不受限制：CAN协议的一个最大特点是对通信数据块进行编码。采用这种方法可使网络内的节点个数在理论上不受限制，可以同时定义2个或2个以上不同的数据块，这种数据块编码方式可以保证不同的节点同时接收到相同的数据，这个特点对于分布式控制系统具有非常重要的意义。数据段的长度为8个字节不仅可以满足普通工业领域中工作状态、控制命令及测试数据的一般要求，而且不会占用总线时间过长，从而保证了数据通信的实时性[3]。CAN总线还保证了数据通信的高可靠性。CAN总线卓越的特性、极高的可靠性和独特的设计，越来越受到工业界的重视，特别适合远程对现场设备进行监控，从而改善生产环境，并已公认为最有前途的现场总线之一。（4）能够保证在各节点之间实现自由通信：由于CAN总线采用了多主竞争式总线结构，具有多主站运行和分散仲裁的串行总线以及广播通信的特点，所以CAN总线上任意节点可在任意时刻主动地向网络上其它节点发送信息而不分主次，最终在各个节点之间实现自由通信。2.1.3CAN总线的优点（1）具有实时性强、可靠性高、传输距离较远、抗外界干扰能力强、成本低等优点；（2）多个控制模块通过CAN控制器连接到CAN-bus上，形成多主机局部网络；（3）节点具有独立的自动退出总线的功能；（4）采用双线串行通信方式，检错能力强，可在恶劣环境中工作；（5）具有自动重发信息的功能；（6）具有可靠的检错机制和错误处理应急措施；2.2柔性生产线简介2.2.1基本概念柔性生产线是把多台可以调整的机床(能同时实现多种功能)联结起来，配以自动运送装置组成的生产线。它依靠计算机远程管理控制，并将多种生产模式结合，最大限度的达到柔性化，从而能够减少生产成本做到物尽其用，缩短生产时间，提高生产效率。2.2.2柔性生产线的构成（1）自动加工系统自动加工系统，是指以成组技术为基础，把材料相同，外形尺寸(