一種基于can總線的山藥粉工業(yè)生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)及模糊控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于CAN總線的山藥粉工業(yè)生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)，包括CAN總線通信電路，包括至少一個CAN控制器和CAN收發(fā)器，具有接收、發(fā)送功能并能夠完成報文濾波；主控制模塊，其連接所述CAN總線通信電路，能夠監(jiān)測系統(tǒng)的工作狀態(tài)并且有效地控制系統(tǒng)的運(yùn)行；若干現(xiàn)場設(shè)備節(jié)點，其連接所述CAN控制器，所述各節(jié)點能夠獨(dú)立完成相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理和實現(xiàn)與所述CAN總線通信電路之間的通信功能，同時提供一種基于CAN總線的山藥粉工業(yè)生產(chǎn)線模糊控制方法，通水溫信號、重量信號、渾濁度信號輸入模糊控制器計算得到清洗機(jī)的清洗時間，實現(xiàn)超精度清洗。
【專利說明】
一種基于CAN總線的山藥粉工業(yè)生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)及模糊控制 方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種工業(yè)生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)，尤其涉及一種基于CAN總線的山藥粉工業(yè) 生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)和一種基于CAN總線的山藥粉工業(yè)生產(chǎn)線模糊控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備，以其部署容易，擴(kuò)展方便、維護(hù)成本低等優(yōu)勢，在 工業(yè)自動化生產(chǎn)中被逐漸應(yīng)用，在自動化生產(chǎn)線中，由于工藝流程往往比較狹長，橫向區(qū)域 往往沒有大量通信節(jié)點，難以形成網(wǎng)絡(luò)。
[0003] 另一方面，山藥粉生工業(yè)生產(chǎn)過程中，在加工的不同階段所加入的佐料不同，粉碎 要求不同，所需要控制的參數(shù)復(fù)雜，且整個生產(chǎn)線每個工作設(shè)備不出現(xiàn)空閑又不能出現(xiàn)"堵 死"現(xiàn)象，以保證整個生產(chǎn)線連續(xù)有序地工作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明設(shè)計開發(fā)了一種基于CAN總線的山藥粉工業(yè)生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)，能夠直接啟 動控制器節(jié)點對生產(chǎn)設(shè)備和環(huán)境參數(shù)檢測，控制開啟或關(guān)閉生產(chǎn)設(shè)備，且基于CAN總線的分 布式架構(gòu)，可以隨時添加、刪除節(jié)點設(shè)備，邏輯關(guān)系簡單，降低了故障率。
[0005] 本發(fā)明還有一個目的是提供一種基于CAN總線的山藥粉工業(yè)生產(chǎn)線模糊控制方 法，通水溫信號、重量信號、渾濁度信號輸入模糊控制器計算得到清洗機(jī)的清洗時間，實現(xiàn) 超精度清洗。
[0006] 本發(fā)明的另一個目的是通過設(shè)定第二傳送帶、第二傳送帶的傳送速率和研磨機(jī)的 功率，以保證產(chǎn)線設(shè)備工作的連續(xù)性，提高生產(chǎn)效率。
[0007] 本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：
[0008] -種基于CAN總線的山藥粉工業(yè)生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)，包括：
[0009] CAN總線通信電路，包括至少一個CAN控制器和CAN收發(fā)器，具有接收、發(fā)送功能并 能夠完成報文濾波；
[0010] 主控制模塊，其連接所述CAN總線通信電路，能夠監(jiān)測系統(tǒng)的工作狀態(tài)并且有效地 控制系統(tǒng)的運(yùn)行；
[0011] 若干現(xiàn)場設(shè)備節(jié)點，其連接所述CAN控制器，所述各節(jié)點能夠獨(dú)立完成相應(yīng)的數(shù)據(jù) 處理和實現(xiàn)與所述CAN總線通信電路之間的通信功能；
[0012] 其中，所述主控制模塊能夠控制所述節(jié)點中的一個或多個完成控制傳感器的數(shù)據(jù) 采集或監(jiān)聽所述CAN總線通信電路的狀態(tài)。
[0013] 優(yōu)選的是，所述主控制模塊包括CAN節(jié)點控制器和模糊控制器。
[0014] -種基于CAN總線的山藥粉工業(yè)生產(chǎn)線模糊控制方法，包括：
[0015] 溫度傳感器監(jiān)測清洗機(jī)內(nèi)的水溫T，稱重傳感器檢測放入清洗機(jī)內(nèi)的山藥重量Q， 清洗機(jī)內(nèi)渾濁度ω ;
[0016] 將水溫信號、重量信號、渾濁度信號輸入模糊控制器計算得到清洗機(jī)的清洗時間；
[0017] 根據(jù)去皮機(jī)的工作效率和清洗時間，計算第二傳動帶的傳動速率；
[0018] 設(shè)定第三傳動帶的傳動速率，計算研磨機(jī)的功率。
[0019] 優(yōu)選的是，所述水溫信號、重量信號和渾濁度信號的模糊集為：{NB，匪，NS，ZR，PS， PM，PB}，NB表示負(fù)大，NM表示負(fù)中，NS表示負(fù)小，ZR表示零，PS表示正小，PM表示正中，1?表示 正大，它們的論域為：{-6，_5，-4，-3，-2，-1，0，1，2,3,4,5,6}。
[0020] 優(yōu)選的是，所述清洗時間的模糊集為{NB，NM，NS，ZR，PS，PM，PB}，NB表示很短，NM表 不短，NS表不較短，ZR表不中，PS表不較長，PM表不長，PB表不很長，它們的論域為：{-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2,3,4,5,6}〇
[0021 ]優(yōu)選的是，所述模糊控制器的輸入和輸出變量的隸屬度函數(shù)均選擇三角形隸屬度 函數(shù)。
[0022]優(yōu)選的是，所述第二傳動帶的傳動速率計算公式為：
[0024]其中，1為傳送帶長度;κ為去皮機(jī)工作效率;Μ為傳送帶單位面積的山藥重量。
[0025]優(yōu)選的是，所述第三傳動帶的傳動速率計算公式為
[0026] V3=l3QallLwa/K · γ · μθα
[0027] 其中，Qall為去皮機(jī)填滿山藥的總重量;μ為風(fēng)速;Κ為玻爾茲曼常數(shù)；γ為谷物的復(fù) 水比;Lwa為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，蒸發(fā)單位水分所需的熱量;λ為風(fēng)干因數(shù)，α為風(fēng)干因數(shù)，其數(shù)值為 0.36〇
[0028] 優(yōu)選的是，所述研磨機(jī)的功率計算公式為：
[0030] 其中，η為研磨機(jī)筒體體積，g為重力加速度，D為筒體內(nèi)徑，S為功率因數(shù)，f為滑動 摩擦系數(shù)，s為介質(zhì)質(zhì)量中心的位移。
[0031] 本發(fā)明所述的有益效果
[0032] 1、主控制器和控制器節(jié)點設(shè)于控制箱內(nèi)，箱內(nèi)一次元件與控制器之間均設(shè)端接專 口，接線簡單;控制要求變更時，無須變動硬件設(shè)備，只需調(diào)整軟件編程即可，一方面會大大 減少了二次元件的數(shù)量，另一方面邏輯結(jié)構(gòu)簡單，維修簡便。
[0033] 2、對于產(chǎn)線設(shè)備的監(jiān)視信息和控制信息，不論是模擬量還是開關(guān)量，均由負(fù)責(zé)該 設(shè)備的控制器(下位機(jī))通過專用的接口接入?？刂浦鳈C(jī)(上位機(jī))與控制器(下位機(jī))以及控 制器(下位機(jī))之間的通信，則采用CAN總線方式進(jìn)行，是通過內(nèi)部總線直接與本系統(tǒng)的控制 主機(jī)(上位機(jī))共享上述信息。此時，整個生產(chǎn)線系統(tǒng)變成集中管理、分散控制、信息綜合、資 源共享，一個完全的集散控制系統(tǒng)。
[0034] 3、本發(fā)明提供一種基于CAN總線的山藥粉工業(yè)生產(chǎn)線模糊控制方法，通水溫信號、 重量信號、渾濁度信號輸入模糊控制器計算得到清洗機(jī)的清洗時間，實現(xiàn)超精度清洗。
【附圖說明】
[0035] 圖1為本發(fā)明所述的基于CAN總線的山藥粉工業(yè)生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0036] 圖2為本發(fā)明所述的山藥粉工業(yè)生產(chǎn)線設(shè)備簡圖。
【具體實施方式】
[0037] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文 字能夠據(jù)以實施。
[0038] 如圖1所示，本發(fā)明提供發(fā)明提供的基于CAN總線的山藥粉工業(yè)生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)， 包括:CAN總線通信電路、主控制模塊和控制器節(jié)點。
[0039] 其中CAN總線通信電路，包括至少一個CAN控制器和CAN收發(fā)器，具有接收、發(fā)送功 能并能夠完成報文濾波；
[0040] 主控制模塊，其連接所述CAN總線通信電路，能夠監(jiān)測系統(tǒng)的工作狀態(tài)并且有效地 控制系統(tǒng)的運(yùn)行；
[0041 ]若干控制器節(jié)點，其連接所述CAN控制器，各節(jié)點能夠獨(dú)立完成相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理和 實現(xiàn)與所述CAN總線通信電路之間的通信功能，作為一種優(yōu)選，控制器節(jié)點采用STC15W204S 芯片。
[0042]其中，主控制模塊能夠控制所述節(jié)點中的一個或多個完成功能調(diào)試、功能控制和 傳感器的數(shù)據(jù)采集，并能夠監(jiān)聽所述CAN總線通信電路的狀態(tài)；
[0043]在上位機(jī)控制系統(tǒng)中，各節(jié)點獨(dú)立完成相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集、處理、存儲以及顯示等任 務(wù)，數(shù)據(jù)通信時各節(jié)點是"平等主體"，采用點對點方式通信，同時每個節(jié)點均可作為上位機(jī) 與CAN總線的連接點，其中，主控制模塊能夠控制控制器節(jié)點中的一個或多個工作，CAN總線 的軟件實現(xiàn)主要由SJA1000的初始化、數(shù)據(jù)的接收以及發(fā)送三個部分構(gòu)成
[0044] 下位機(jī)軟件利用微處理器對山藥粉生產(chǎn)設(shè)備等數(shù)據(jù)的采集功能，并且根據(jù)上位機(jī) 的控制指令，控制清洗機(jī)和研磨機(jī)燈控制系統(tǒng)。通過對CAN總線協(xié)議進(jìn)行軟件化實現(xiàn)，完成 上、下位機(jī)之間的數(shù)據(jù)顯示和控制功能。、
[0045] 下位機(jī)控制系統(tǒng)主要實現(xiàn)兩個功能:其一是通過數(shù)據(jù)采集模塊即開度和模擬量的 采集，并對檢測值分析處理，及時將處理結(jié)果輸出給CAN總線，交由上位機(jī)分析處理;其二是 可以實現(xiàn)與CAN總線的通信功能，既可以滿足下位機(jī)數(shù)據(jù)實時傳送至上位機(jī)，也可以滿足實 時接收上位機(jī)下達(dá)的控制信號，實現(xiàn)對下位機(jī)控制。
[0046] 作為一種優(yōu)選，主控制模塊包括CAN節(jié)點控制器和模糊控制器，其中，CAN節(jié)點控制 器包括主節(jié)點工作模式和從節(jié)點工作模式；
[0047] 當(dāng)處于主節(jié)點工作模式時，通過CAN總線實現(xiàn)主控制模塊與控制器節(jié)點之間的數(shù) 據(jù)通信；
[0048] 當(dāng)處于從節(jié)點工作模式時，通過CAN總線實現(xiàn)各控制器節(jié)點之間的數(shù)據(jù)通信。
[0049] 其中，主節(jié)點工作模式包括:主動模式和從動模式；
[0050] 當(dāng)處于主動模式時，主控制模塊發(fā)送數(shù)據(jù)請求指令，并接收針對數(shù)據(jù)請求指令返 回的數(shù)據(jù)，對返回的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后進(jìn)行指令應(yīng)答；
[0051] 當(dāng)處于從動模式時，主控制模塊被動接收數(shù)據(jù)，并對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后進(jìn)行 指令應(yīng)答。
[0052]如圖2所示，山藥粉工業(yè)生產(chǎn)線包括:第一傳送機(jī)100、清洗機(jī)200、第二傳送機(jī)300、 去皮機(jī)400、第三傳送機(jī)500和研磨機(jī)600。
[0053] 山藥粉研磨過程如下:首先，山藥經(jīng)第一傳送機(jī)100進(jìn)入清洗機(jī)200進(jìn)行清洗，完成 后經(jīng)第二傳送機(jī)300進(jìn)入去皮機(jī)去皮，經(jīng)第三傳送機(jī)500傳送瀝干后，進(jìn)入研磨機(jī)600進(jìn)行研 磨，獲得山藥粉，為保證生產(chǎn)線工作效率，保證產(chǎn)線設(shè)備的工作的連續(xù)性，設(shè)計一種基于CAN 總線的山藥粉工業(yè)生產(chǎn)線模糊控制方法，包括：
[0054] 溫度傳感器監(jiān)測清洗機(jī)內(nèi)的水溫T，稱重傳感器檢測放入清洗機(jī)內(nèi)的山藥重量Q， 清洗機(jī)內(nèi)渾濁度ω ;
[0055] 其中，T、Q、co 的實際變化范圍分別為[-30,30]，[-0.5,0.5]，[-1，1] ;T、Q、co 的離 散論域均為{-6，_5，-4，-3，-2，-1，0，1，2,3,4,5,6}
[0056] 則比例因子h = 6/30，k2 = 6/0 · 5，k3 = 6/1
[0057] 定義模糊子集及隸屬函數(shù)
[0058] 把水溫T分為3個模糊狀態(tài):PB(正大），PM(正中），PS(正?。Y(jié)合經(jīng)驗得出水溫T的 隸屬度函數(shù)表，如表1所示。
[0059] 表1水溫T的隸屬度函數(shù)表
[00611把山藥重量Q分為七個模糊狀態(tài)：PB(正大），PM(正中），PS(正?。?，0(零），NS(負(fù) ?。琋M(負(fù)中），NB(負(fù)大），結(jié)合經(jīng)驗得出山藥重量Q的隸屬度函數(shù)表，如表2所示。
[0062] 表2山藥重量Q的隸屬度函數(shù)表
[0064]把清洗機(jī)內(nèi)渾濁度ω分為七個模糊狀態(tài):PB(正大），PM(正中），PS(正?。?，0 (零）， NS(負(fù)?。?負(fù)中），ΝΒ(負(fù)大），結(jié)合經(jīng)驗得出清洗機(jī)內(nèi)渾濁度ω的隸屬度函數(shù)表，如表3所 不。
[0065]表3清洗機(jī)內(nèi)渾濁度ω的隸屬度函數(shù)表
[0067] 模糊推理過程必須執(zhí)行復(fù)雜的矩陣運(yùn)算，計算量非常大，在線實施推理很難滿足 控制系統(tǒng)實時性的要求，本發(fā)明采用查表法進(jìn)行模糊推理運(yùn)算，模糊推理決策采用三輸入 雙輸出的方式。
[0068] 通過經(jīng)驗可以總結(jié)出模糊控制器的初步控制規(guī)則，其中參數(shù)q控制規(guī)則見表4。 [0069]表4為模糊控制規(guī)則表

[0072] 模糊控制器根據(jù)得出的模糊值對輸出信號進(jìn)行解模糊化，得到清洗機(jī)的清洗時 間，求模糊控制查詢表，由于論域是離散的，模糊控制規(guī)則及可以表示為一個模糊矩陣，采 用單點模糊化，求出模糊控制查詢表。
[0073] 主控制器和控制器節(jié)點設(shè)于控制箱內(nèi)，箱內(nèi)一次元件與控制器之間均設(shè)端接專 口，接線簡單;控制要求變更時，無須變動硬件設(shè)備，只需調(diào)整軟件編程即可，一方面會大大 減少了二次元件的數(shù)量，另一方面邏輯結(jié)構(gòu)簡單，維修簡便。
[0074] 根據(jù)去皮機(jī)的工作效率和清洗時間，計算第二傳動帶的傳動速率
[0076]其中，12為傳送帶長度;κ為去皮機(jī)工作效率，其單位為Kg/h ;M為傳送帶單位面積 的山藥重量。
[0077] 設(shè)定第三傳動帶的傳動速率，V3=l3QaiiL wa/K · γ · μθα
[0078] 其中，Qall為去皮機(jī)填滿山藥的總重量;μ為風(fēng)速;Κ為玻爾茲曼常數(shù)；γ為谷物的復(fù) 水比；Lwa為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，蒸發(fā)單位水分所需的熱量;λ為風(fēng)干因數(shù)，單位為 m/K，a為風(fēng)干因 數(shù)，其數(shù)值為0.36。
[0080]其中，η為研磨機(jī)筒體體積，g為重力加速度，D為筒體內(nèi)徑，s為功率因數(shù)，f為滑動 摩擦系數(shù)，s為介質(zhì)質(zhì)量中心的位移。
[0081 ]有益效果
[0082]盡管本發(fā)明的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列 運(yùn)用，它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域，對于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地 實現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限 于特定的細(xì)節(jié)和這里示出與描述的圖例。
【主權(quán)項】
1. 一種基于CAN總線的山藥粉工業(yè)生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，包括： CAN總線通信電路，包括至少一個CAN控制器和CAN收發(fā)器，具有接收、發(fā)送功能并能夠 完成報文濾波； 主控制模塊，其連接所述CAN總線通信電路，能夠監(jiān)測系統(tǒng)的工作狀態(tài)并且有效地控制 系統(tǒng)的運(yùn)行； 若干現(xiàn)場設(shè)備節(jié)點，其連接所述CAN控制器，所述各節(jié)點能夠獨(dú)立完成相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理 和實現(xiàn)與所述CAN總線通信電路之間的通信功能； 其中，所述主控制模塊能夠控制所述節(jié)點中的一個或多個完成控制傳感器的數(shù)據(jù)采集 或監(jiān)聽所述CAN總線通信電路的狀態(tài)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CAN總線的山藥粉工業(yè)生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所 述主控制模塊包括CAN節(jié)點控制器和模糊控制器。3. -種基于CAN總線的山藥粉工業(yè)生產(chǎn)線模糊控制方法，其特征在于，包括： 溫度傳感器監(jiān)測清洗機(jī)內(nèi)的水溫T，稱重傳感器檢測放入清洗機(jī)內(nèi)的山藥重量Q，清洗 機(jī)內(nèi)渾濁度ω ; 將水溫信號、重量信號、渾濁度信號輸入模糊控制器計算得到清洗機(jī)的清洗時間； 根據(jù)去皮機(jī)的工作效率和清洗時間，計算第二傳動帶的傳動速率； 設(shè)定第Ξ傳動帶的傳動速率，計算研磨機(jī)的功率。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于CAN總線的山藥粉工業(yè)生產(chǎn)線模糊控制方法，其特征在 于，所述水溫信號、重量信號和渾濁度信號的模糊集為：{NB，醒，NS，ZR，PS，PM，PB}，NB表示 負(fù)大，NM表不負(fù)中，NS表不負(fù)小，ZR表不零，PS表不正小，PM表不正中，PB表不正大，它們的論 域為：{-6，-5，-4，-3，-2，_1，0，1，2，3，4，5，6}。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于CAN總線的山藥粉工業(yè)生產(chǎn)線模糊控制方法，其特征在 于，所述清洗時間的模糊集為陽B，醒，NS，ZR，PS，PM，PB}，NB表示很短，醒表示短，NS表示較 短，ZR表不中，PS表不較長，PM表不長，PB表不很長，它們的論域為：{-6，-5，-4，-3，-2，-1，0， 1，2,3,4,5,6}。6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的基于CAN總線的山藥粉工業(yè)生產(chǎn)線模糊控制方法，其特征 在于，所述模糊控制器的輸入和輸出變量的隸屬度函數(shù)均選擇Ξ角形隸屬度函數(shù)。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于CAN總線的山藥粉工業(yè)生產(chǎn)線模糊控制方法，其特征在 于，所述第二傳動帶的傳動速率計算公式為：其中，1為傳送帶長度;K為去皮機(jī)工作效率;Μ為傳送帶單位面積的山藥重量。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于CAN總線的山藥粉工業(yè)生產(chǎn)線模糊控制方法，其特征在 于，所述第Ξ傳動帶的傳動速率計算公式為 V3 = l3QallLwa/K · J · μθ"" 其中，Qall為去皮機(jī)填滿山藥的總重量;μ為風(fēng)速;Κ為玻爾茲曼常數(shù)；丫為谷物的復(fù)水 比；Lwa為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，蒸發(fā)單位水分所需的熱量;λ為風(fēng)干因數(shù)，α為風(fēng)干因數(shù)，其數(shù)值為 0.36。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于CAN總線的山藥粉工業(yè)生產(chǎn)線模糊控制方法，其特征在 于，所述研磨機(jī)的功率計算公式為：其中，η為研磨機(jī)筒體體積，g為重力加速度，D為筒體內(nèi)徑，S為功率因數(shù)，f為滑動摩擦 系數(shù)，S為介質(zhì)質(zhì)量中屯、的位移。
【文檔編號】G05B19/418GK106094756SQ201610552420
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月14日
【發(fā)明人】王亞君
【申請人】遼寧工業(yè)大學(xué)