專利名稱：基于can總線的分布式io智能控制系統及控制方法
技術領域：
本發明涉及一種基于CAN總線的分布式IO智能控制系統及控制方法。
背景技術：
在大型儲煤場燃料露天堆放和運輸過程中，會產生大量的粉塵飄散在空中，造成環境污染，嚴重影響周邊人們的身心健康，甚至影響周邊設備的正常運轉。同時，大量的煤揚塵、自燃也造成大量的能源損耗。為加強煤場區域內的管理工作，需要對煤場建立自動的防塵防火控制系統。以往針對煤場防塵防火控制采用的人工操作或集中統一操作都帶來很多缺陷，采用人工操作方式，煤場操作工作人員需要繞著儲煤場轉一圈，耗時較長；采用集中統一操作方式，需要將每個閥門的線纜單獨接入主控制站，存在現場施工布線復雜、線纜鋪設費用 高，控制模式單一，通訊故障斷開后不能繼續工作等一系列問題。因此，有必要設計一種新型的智能控制系統及控制方法。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種基于CAN總線的分布式IO智能控制系統及控制方法，該基于CAN總線的分布式IO智能控制系統及控制方法采用基于CAN總線的分布式IO控制，控制過程靈活方便，可靠性高。發明的技術解決方案如下一種基于CAN總線的分布式IO智能控制系統，包括上位機、智能IO主控裝置、智能IO分控裝置和防火防塵裝置；智能IO分控裝置和防火防塵裝置均為多個；上位機與智能IO主控裝置通過串口連接；多個智能IO分控裝置均通過CAN總線與智能IO主控裝置通信連接；多個智能IO分控裝置與多個防火防塵裝置一一對應連接；防火防塵裝置中設有電磁閥和用于對煤場噴水的防塵噴槍；電磁閥受控于智能IO分控裝置，電磁閥驅動防塵噴槍動作。智能IO主控裝置與各智能IO分控裝置均采用環形供電模式供電。一種基于CAN總線的分布式IO智能控制方法，采用前述的基于CAN總線的分布式IO智能控制系統實施定時噴水控制；智能IO主控裝置實現上位機與智能IO分控裝置之間的信息交互一方面接收從上位機發出的用于啟動噴水或停止噴水的噴水指令，通過CAN通信將噴水指令轉發給智能IO分控裝置，控制位于現場的防火防塵裝置中噴槍的啟停；另一方面通過CAN通信接收并返回每個智能IO分控裝置發出的自檢和狀態信息給上位機；對于每一個智能IO分控裝置，與智能IO主控裝置通信正常時，按照上位機的指令控制防火防塵裝置執行噴水操作；與智能IO主控裝置通信中斷后，智能IO分控裝置作為一個獨立的控制器執行定時噴水操作；此時，智能IO分控裝置為一個獨立的控制系統，如通過響應定時中斷執行噴水操作各防火防塵裝置兩兩一組成對控制，每一組的2個防火防塵裝置分設在煤場的兩側；多組防火防塵裝置沿著煤場的延伸方向依次順序放置；智能IO主控裝置控制各智能IO分控裝置的過程如下當上位機設定的啟動時間到達時，智能IO主控裝置通過CAN總線控制第一組防火防塵裝置的防火閥開啟以實施噴水；τ (噴淋時間T可以任意設定I分鐘至24小時)時間后關閉第一組防火防塵裝置的防火閥；再啟動下一組防火防塵裝置噴水T時間，最后一組防火防塵裝置完成T時間噴水動作后，再從第一組防火防塵裝置開始進入下一輪噴水循環；直到實際的循環次數達到上位機設定的停機次數時，智能IO主控裝置控制所有防火防塵裝置停止噴水。智能IO主控裝置還執行以下通信檢測過程 智能IO主控裝置每次收到一條完整通信報文時通信標志位狀態發生變化，從‘0’變為‘1’，或者從‘I’為‘0’，每次通信標志位的變化都會使通信狀態計數存儲器計數加I ;并使得狀態清零標志位置‘I’ ；通信狀態檢測定時器的定時時間為5秒，5秒循環計時，在定時器溢出時判斷通信是否正常；當通信狀態檢測定時器計時到5秒時，且檢測到通信狀態計數存儲器計數大于O時，表明此時通信正常，并清除狀態清零標志位，即使狀態清零標志位為‘0’，同時通信狀態計數存儲器計數清零；當通信狀態計數存儲器從O開始計數時，通信故障檢測定時器開始計時，時間為5秒；在5秒鐘內當通信狀態計數存儲器計數大于0，則對通信故障檢測定時器進行復位；在5秒鐘內當通信狀態計數存儲器計數一直為0，表明存在通信故障，同時智能IO主控裝置通過RS232串口總線向上位機報警；在通信故障解除恢復正常后，又重新開始通信檢測過程。有益效果本發明提出了一種基于CAN總線的分布式IO智能控制系統及控制方法，所述的系統由上位機、智能IO主控裝置、智能IO分控裝置、防火防塵裝置等組成。上位機主要完成對設備的命令發送以及系統運行參數的顯示、報警；智能IO主控裝置接收上位機的操作指令，通過CANBUS總線傳輸智能IO主控裝置的邏輯命令，各智能IO分控裝置運行控制子程序完成對電磁閥的控制和聯動保護。另外，各智能IO分控裝置在網絡故障的情況下，可以獨立對所控制的電磁閥進行自動控制，具有極高的運行可靠性。與現有技術相比，本發明的優點就在于I、在通信故障中斷的情況下，分布在各處的智能IO分控裝置能夠自行啟動定時程序，自動運行中斷控制程序，定時進行防塵噴槍的控制。或者可以采取現場手動操作。2、CAN與分布IO智能控制系統僅通過兩根CAN通信線將數據和控制信息傳輸給多臺分控裝置，能使系統電纜敷設便捷簡單，大大降低系統線纜成本和維護成本。3、智能IO分控制裝置通過CAN通信返回就地控制信息，當閥門或噴槍不能正常工作時，智能IO分控裝置的數字量輸入點就會處于常開狀態，通過CAN通信傳送到智能IO主控裝置，然后主控再將該故障防塵噴槍的信息發送到上位機顯示其編號和位置。


圖I為基于CAN總線的分布式IO智能控制系統的總體結構框圖；圖2為智能IO分控裝置煤場電氣控制圖；圖2中‘DI’表示噴淋閥動作狀態，‘0’表示關，‘I’表示開，‘D0+’表示噴淋閥驅動電源正輸入端，‘D0-，表示噴淋閥驅動電源負輸入端’。圖3為智能IO分控裝置與智能IO主控裝置環形供電示意圖。
具體實施例方式以下將結合附圖和具體實施例對本發明做進一步詳細說明實施例I :
如圖I所示，上位機系統和智能IO主控裝置之間采用RS485 (M0DBUS規約)方式通信，智能IO主控裝置與智能IO分控裝置之間采用CANBUS總線方式通信。所有的數據顯示和操作都可以在上位機上完成，并且還有報警，歷史趨勢和報表功能，給操作人員提供最完備的使用環境。I、控制系統該控制系統由智能IO主控裝置、智能IO分控裝置兩大部分組成。智能IO主控裝置每個煤場設置一個，主要任務在于完成上位機與智能IO分控裝置之間的信息交換和銜接功能。其一方面接收從上位機發出的啟動噴水指令，通過CAN通信轉發給智能IO分控裝置，控制現電磁閥的啟停；另一方面通過CAN通信接收并返回每個智能IO分控裝置報來的自檢和狀態信息，以在上位機上進行顯示。智能IO分控裝置該裝置直接安裝于現場電磁閥旁，其一方面通過CAN通信接收智能IO主控裝置發出的電磁閥啟停指令，另一方面把自身的工作狀態反饋給主控裝置。當通信失效中斷后，智能IO分控裝置還可以作為一個獨立的控制器來定時自動控制防塵電磁。系統電源采用AC220V環形供電，如圖3所示，當切斷任何一個點的電源故障不影響整個供電系統。電磁閥控制電源也是AC220V，智能IO分控裝置內部有一個開關控制電源控制裝置供電和控制現場電磁閥供電，這樣可以做到當智能IO分控裝置失電時外部電磁閥也失電,而且方便調試。2、控制方式該控制系統的控制方式分為上位機組合控制方式和通信中斷后自動控制方式兩種。2. I上位機組合控制方式系統的控制通過智能IO主控裝置來實現。智能IO主控裝置實現多個點組合控制，順序控制。在具體實施過程中，控制室安裝智能IO主控裝置I個，現場就地安裝智能IO分控裝置56個，分4列每列14個，分別對應每個區域，兩側相對的2個防塵槍為I對，每個煤場共14對，每次開啟I對防塵槍，采用兩側2個防塵槍對噴，每對防塵槍開啟時間為2 3分鐘(開啟時間可現場調整)，第一對防塵槍噴完后，自動關閉并依次開啟下一對，順序進行，直至整個煤場噴灑一遍。如圖所示。第一列和第二列防塵槍之間是一個長條形的儲煤區域，儲煤區域兩側放置防塵防火槍同時對噴，可以最大面積的覆蓋儲煤區域。2. 2智能IO主控裝置程序包括三個部分主控制程序和通信檢測程序。a.主控制程序參數定義M16. I :啟動標志位； M16. 4 :選擇標志位；VB230 :上位機設定啟動時間(時)；VB232 :上位機設定啟動時間(分)；VBO :上位機設定停止時間(時)；VB2 :上位機設定停止時間(分)；SMB68, SMB69 :控制裝置系統時間；MO. 0，M2. 4 :控制位；M10. 3 :運行程序位；M16. 3 :停止位；SSPCU0404_01 :功能塊子程序VB4 :控制循環次數；VB6:設定的停機次數；M10. 4 :循環次數停止運行程序位；當啟動標志位M16. I與選擇標志位M16. 4有效，上位機設定的啟動時間(VB230與VB232)到達時，控制位MO. O與M2. 4置1，即現場的第一對控制裝置開啟閥門，當設定的停止噴射時間(VB0與VB2)達到控制裝置系統時間后，時間停止運行程序位M10. 3此時為I時，停止位M16. 3置1，控制裝置自動停止。當上一對智能IO分控裝置停止噴射動作時會觸發下一對智能IO分控裝置的動作，以此循環下去，直到完成一次循環(整個煤場24對IO智能分控裝置都開啟一次為一次循環)。當實際的控制循環次數(VB4)達到上位機設定的停機次數(VB6)時，循環次數停止運行程序位M10. 4此時為I，所有智能IO分控裝置停止控制。當第一對智能IO分控裝置中的一個開始動作時，控制位MO. O為1，同時TO定時器開始啟動計時功能，當TO計時時間到達用戶設定的動作時間后(動作時間由VD174來設置)，控制位MO. O與M2. 4復位(即控制第一對智能IO分控裝置的控制位復位，第一對智能IO分控裝置停止動作)。同時控制位MO. I與M2. 5置1，即現場的第二對智能IO分控裝置開始動作，此時又觸發定時器Tl開始計時，當Tl計時時間到達用戶設定的動作時間后(動作時間由VD174來設置)，控制位MO. I與M2. 5復位(即控制第二對智能IO分控裝置的控制位復位，第二對智能IO分控裝置停止動作)。同時控制位MO. 2與M2. 6置1，即現場的第三對智能IO分控裝置開始動作，依次循環下去。b.通信檢測程序參數定義Ml2. 8 :通信標志位；
M19. 2 :狀態清零標志位；VB260 :通信狀態計數存儲器；T168 :通信狀態檢測定時器；T169 :通信故障檢測定時器；通信檢測程序邏輯，每次收到一條完整的通信報文時通信標志位狀態發生變化，從‘0’變為‘1’，或者從‘I’為‘0’，每次通信標志位的變化都會使通信狀態計數存儲器VB259計數加I。同時通信狀態計數存儲器VB259計數大于O時，運行狀態清零標志位M19. 2置‘I’，通信狀態檢測定時器T168開始計時，時間為5秒。當通信狀態檢測定時器T168計時到5秒時，清除狀態清零標志位M19. 2置‘0’，同時通信狀態計數存儲器VB259計數清零，等待下次通信狀態計數存儲器VB259
重新計數；當通信狀態計數存儲器VB259從O開始計數時，通信故障檢測定時器T169開始計時，時間為5秒。在5秒鐘內當通信狀態計數存儲器VB259計數大于0，則對通信故障檢測定時器T169進行復位；假設直到通信故障檢測定時器5秒溢出通信狀態計數存儲器VB259計數一直為0，狀態清零標志位M19. 2置‘I’表示當前處于通信故障狀態(智能IO復位或者通信恢復正常后置‘0’)，同時通過RS232 (MODBUS協議)向HMI主站報警；在通信故障解除恢復正常后，又重新開始運行通信檢測邏輯程序。2. 3智能IO分控裝置程序包括基本功能控制程序和通信中斷后自動控制程序。a.基本功能控制程序通信正常時控制智能IO主控裝置不斷通過CAN發送數據幀，智能IO分控裝置不斷接收主控發過來的數據幀，當主控程序中控制位MO. O由O變為I時，此時分控制器接收到的數據幀中MO. O位由O變為1，則常開觸點MO. O閉合，線圈0UT00動作，即分控制器的第一個DO輸出，分控制器第一個DO所控制的電磁閥開始動作。b.通信中斷后自動控制程序(I)如果是單個智能IO分控裝置跟主機的CAN通信中斷后，通信中斷后，智能IO分控裝置中CPU內部的定時計數器開始定時計數功能，每隔10分鐘控制開啟一次電磁閥，
直至通信恢復。(2)如果是主機端(即主控IO控制裝置)的CAN通信中斷，則按以下方式進行控制。主機通訊故障中斷后，通訊判斷標志位M20. 2則閉合，M20. 2由O變為I時的上升沿同時置位MO. 0，此時由MO. O對應控制的電磁閥開始動作，MO. O開始動作后，T2計時器開始計時，計時5秒后常開觸點T2閉合，上升沿同時復位MO. O和置位MO. 1，即由MO. O對應控制的電磁閥停止動作，由MO. I對應控制的電磁閥開始動作，MO. I對應控制的電磁閥動作5秒后又停止動作，與此同時啟動下一個電磁閥開始動作，假設某智能IO分控裝置通信中斷后，本循環控制程序自動跳過該智能IO分控裝置通信中斷的10，直接運行下一臺智能IO分控裝置，就這樣依次運行下去，直到所有電磁閥都動作后為一個循環。而通信中斷的IO分控裝置運行本身內部程序自行執行定時噴水控制。智能IO控制裝置采用專用外殼和航空接頭，具有IP67的防護等級、寬溫工作范圍，能適應嚴酷環境。
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權利要求
1.一種基于CAN總線的分布式IO智能控制系統，其特征在于，包括上位機、智能IO主控裝置、智能IO分控裝置和防火防塵裝置；智能IO分控裝置和防火防塵裝置均為多個；上位機與智能IO主控裝置通過串口連接；多個智能IO分控裝置均通過CAN總線與智能IO主控裝置通信連接；多個智能IO分控裝置與多個防火防塵裝置一一對應連接； 防火防塵裝置中設有電磁閥和用于對煤場噴水的防塵噴槍；電磁閥受控于智能IO分控裝置，電磁閥驅動防塵噴槍動作。
2.根據權利要求I所述的基于CAN總線的分布式IO智能控制系統，其特征在于，智能IO主控裝置與各智能IO分控裝置均采用環形供電模式供電。
3.一種基于CAN總線的分布式IO智能控制方法，其特征在于，采用權利要求I或2所述的基于CAN總線的分布式IO智能控制系統實施定時噴水控制； 智能IO主控裝置實現上位機與智能IO分控裝置之間的信息交互一方面接收從上位機發出的用于啟動噴水或停止噴水的噴水指令，通過CAN通信將噴水指令轉發給智能IO分控裝置，控制位于現場的防火防塵裝置中噴槍的啟停；另一方面通過CAN通信接收并返回每個智能IO分控裝置發出的自檢和狀態信息給上位機； 對于每一個智能IO分控裝置，與智能IO主控裝置通信正常時，按照上位機的指令控制防火防塵裝置執行噴水操作； 與智能IO主控裝置通信中斷后，智能IO分控裝置作為一個獨立的控制器執行定時噴水操作； 各防火防塵裝置兩兩一組成對控制，每一組的2個防火防塵裝置分設在煤場的兩側；多組防火防塵裝置沿著煤場的延伸方向依次順序放置； 智能IO主控裝置控制各智能IO分控裝置的過程如下 當上位機設定的啟動時間到達時，智能IO主控裝置通過CAN總線控制第一組防火防塵裝置的防火閥開啟以實施噴水；T時間后關閉第一組防火防塵裝置的防火閥；再啟動下一組防火防塵裝置噴水T時間，最后一組防火防塵裝置完成T時間噴水動作后，再從第一組防火防塵裝置開始進入下一輪噴水循環；直到實際的循環次數達到上位機設定的停機次數時，智能IO主控裝置控制所有防火防塵裝置停止噴水。
4.根據權利要求3所述的基于CAN總線的分布式IO智能控制方法，其特征在于，智能IO主控裝置還執行以下通信檢測過程 智能IO主控裝置每次收到一條完整通信報文時通信標志位狀態發生變化，從‘O，變為‘1’，或者從‘I’為‘0’，每次通信標志位的變化都會使通信狀態計數存儲器計數加I ;并使得狀態清零標志位置‘I’ ； 通信狀態檢測定時器的定時時間為5秒，5秒循環計時，在定時器溢出時判斷通信是否正常； 當通信狀態檢測定時器計時到5秒時，且檢測到通信狀態計數存儲器計數大于O時，表明此時通信正常，并清除狀態清零標志位，即使狀態清零標志位為‘0’，同時通信狀態計數存儲器計數清零； 當通信狀態計數存儲器從O開始計數時，通信故障檢測定時器開始計時，時間為5秒；在5秒鐘內當通信狀態計數存儲器計數大于0，則對通信故障檢測定時器進行復位；在5秒鐘內當通信狀態計數存儲器計數一直為0，表明存在通信故障，同時智能IO主控裝置通過RS232串口總線向上位機報警； 在通信故障解除恢復正常后，又重新開始通信檢測過程。
全文摘要
本發明提出了一種基于CAN總線的分布式IO智能控制系統及控制方法，所述的系統由上位機、智能IO主控裝置、智能IO分控裝置、防火防塵裝置等組成。上位機主要完成對設備的命令發送以及系統運行參數的顯示、報警；智能IO主控裝置接收上位機的操作指令，通過CANBUS總線傳輸智能IO主控裝置的邏輯命令，各智能IO分控裝置運行控制子程序完成對除塵防火閥門的控制和聯動保護。另外，各智能IO分控裝置在網絡故障的情況下，可以獨立對所控制的除塵防火閥門進行自動控制，具有極高的運行可靠性。該基于CAN總線的分布式IO智能控制系統及控制方法采用基于CAN總線的分布式IO控制，控制過程靈活方便，可靠性高。
文檔編號G05B19/418GK102830688SQ201210361368
公開日2012年12月19日 申請日期2012年9月25日 優先權日2012年9月25日
發明者周曉峰, 蘇昊, 戴侃, 陸堅, 李仲 申請人:湖南先步信息股份有限公司