引言
隨著人們對啤酒品質的要求越來越高,傳統的生產操作或控制方式已不再適應當今的生產規模和生產要求,發酵過程作為啤酒生產過程中至關重要的一環,其控制系統則尤其重要。CAN總線具有結構簡單、通信方式靈活、錯誤檢驗處理等特點尤其基于優先權的無破壞性總線仲裁技術,特別適合工業過程監控設備的互聯。因此,針對當前啤酒企業的設備現狀和生產需要,本文將介紹一種采用CAN總線技術進行通信的啤酒發酵分布式控制系統。

圖1 現場智能節點結構框圖

圖2 智能節點CAN總線接口電路

圖3 節點查詢發送(左)和中斷接收(右)流程

　圖4 智能適配器USB―CAN硬件原理電路

控制系統總體結構
基于CAN總線的啤酒發酵分布式控制系統由現場智能節點、監控計算機和CAN控制網絡3部分構成。
現場智能節點是直接面向生產過程的,主要功能是采集現場發酵罐的各處溫度和壓力值,按照一定的控制算法對溫度和壓力控制回路中的執行器進行控制操作,將現場發酵罐的運行狀態信息通過CAN總線通信網絡送至監控機,并實時處理監控機下傳的各種命令等。
監控計算機由一臺PC機構成,另外還有一臺PC機作為熱備份機,一旦某臺發生故障,另一臺能立即啟動,保證控制系統的可靠性。監控計算機的主要功能是：對各現場智能節點的運行參數進行設置;通過現場總線網絡實時獲取現場智能節點的數據;監測系統異常,并根據故障信息立即發出相應的聲光報警信號;以友好的圖形界面直觀指示當前各發酵罐的運行狀況及參數信息;實現數據庫管理,分類管理保存各發酵罐的運行數據,為優化工藝提供數據資料等。
CAN控制網絡部分主要由智能CAN-PC總線適配器、通信介質、接口電路及相應的通信軟件組成。該系統的CAN-PC總線適配器為智能通信適配器USB-CAN,它能方便的實現監控計算機與CAN總線之間的連接,高速地完成用戶復雜的通信任務。通信介質為雙絞線,負載連接在CAN-H和CAN-L之間,為了抑制信號反射,終端接有阻抗值約120的匹配阻抗。

現場智能節點設計
本系統中CAN總線接口電路主要在現場智能節點部分實現,為了深入說明CAN總線在啤酒發酵過程控制中的應用,下面介紹現場智能節點的總體設計,并給出實現CAN通信的硬件電路和軟件流程圖。
現場智能節點總體結構
如前所述,啤酒發酵過程控制系統中現場智能節點完成現場數據采集和處理、罐體上各執行器的控制、智能節點與監控計算機之間的通信等主要工作,監控計算機只是完成狀態監測、報警、智能節點運行參數修改等工作,因此現場智能節點的設計是整個系統的關鍵部分。每個現場智能節點控制一圓柱錐底形發酵罐,其結構框圖如圖1所示。
考慮到可靠性、性價比等因素,現場智能節點CPU采用MCS-51系列單片機AT89C52。智能節點設計采用結構化設計方法,包括三大部分：CAN總線接口部分,CPU、看門狗電路、電源管理及總線地址譯碼部分,I/O接口部分。其中,I/O接口部分主要完成現場數據顯示與鍵盤輸入、現場信號的A/D采集和執行器的控制輸出等工作。