基于CAN总线的车身点焊监控系统设计

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图２ 智能节点电路图
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第７ 期
２ １－ （ ） ０ １ ７下
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的相 关 器 件 中 已经 实 现 ，而 应 用 层 协 议 至 今 没 有
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胡德安 ，张 伟 ， 陈益平
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（ 南昌航空大学 航空制造工程学院 。 昌 ３ ０ ６ ） 南 ３ ０ ３ 摘 要 ： 介绍 了一种具有Ｃ Ｎ Ａ 总线通 信功能的汽车 车身点焊控制 器。系统采用Ｃ Ｎ 场总 线作为通信 Ａ现 传输方 式组建了监控 网络 ，设计 以Ａ ８Ｃ １ Ｔ ９ ５单片机和Ｃ Ｎ 线控制器为核心 的通信模块 ，使 Ａ总 点焊控 制器具有通信 功能。设计 了底层 电阻焊 网络控制器 的通信控制程序 ，通信 软件 和上层
线相 连 ，电阻 的限 流 作 用可 保护 ８ Ｃ ５ ２ ２０免受 过 流
的 冲 击 ，Ｃ ＿ 和 Ｃ Ｎ＿ Ｎ Ａ Ｈ Ａ Ｌ与 地 之 间并 联 了 两 个
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基于Ｃ 总线 的车身点焊 监控 系统 设计 ＡＮ
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以把该 焊机 的工 作状 态情 况及 时显示 给上位 机 ，使
在 现 场 总 线控 制 系统 中 ，各 现 场 设 备 是 通 过 节 点挂 接 在 总线 上 的 ，在 系 统 的组 网 中这 些节 点 大 多数 由相 应 的 控 制 器 与 单 片 机 接 口而 形 成 ，称 为 智能 节点 。单 片机 是采 集 系统 的核 心 ，直接 影 响
的基 础 和 关 键 ，针 对 汽 车 车 身 点 焊 过 程 中 的数 据
监控 系 统 ，制 定 的 Ｃ Ｎ 应 用 层协 议 主要 包 括标 识 Ａ
符的 分配 和各 程序 流程 等 。
过 判 断状 态 寄存 器 的 某些 位 的状 态 ，对 总 线脱 离 、
错误 报警 、接 收 溢 出等情 况做 出位机之 间数据 的实时传输 。该控制器通信 速度快 ，工作 稳定 ， 可应用于汽车车身点焊车间的网络化管理。 关键词 ： 车身点 焊 ； Ａ 总线 ；网络监控 Ｃ Ｎ 中图分类号 ：Ｔ ７ Ｐ２ ７ 文献标 识码 ：Ｂ 文章编号 ：１ ０ —０ ３ （ ０ １ ７下 ） ０ ７—０ ９ １４２１）（ 一 ０７ ４ ０
工人在远离现场的情况下了解焊接状况，达到远程
监控 的 目的。并 开发 一种具 有该 网络 化通信 功能 的
点焊控制器以满足现代化点焊生产要求。
收稿 日舅：２ １－ １２ ０ １ ０－ ４ 作者简介：胡德安 （９６ １６ －），男，湖北南漳人 ，教授 ，研究方 向为焊接过程 自动化 与智能化 。
为 焊 接 生 产 的 智 能 集 成 提 供技 术基 础 。 因此 基 于 Ｃ Ｎ Ａ 总 线 的焊 接数 据 传 输 系统 使 得 车 身焊 接 过 程 的实 时性 和 可靠性 得 到 了保 证 口。 】
多缺点，主要表现在 ： ） １ 监控 系统均为主从 式结
构 ，网 络 上 只 能 有 一 个 主 节 点 ，无 法 构 成 多主 冗
器 争 主 、 多报 文 的处 理 以及 报 文 数 据 处 理 。 接 收
子 程 序 负 责 把 中 心站 下 达 的配 置 信 息 或 控 制 命 令
个统 一 的 标准 ，所 以制 定 Ｃ Ｎ 总线 的 应用 层协 Ａ
议成 为 Ｃ Ｎ 网络 应 用 中的核 心 问题 。 Ａ 上 位 机 与 下 位 机 之 间 的通 信 是 实 现 监 控 功 能
传 输 可 靠性 高 ； Ａ 总 线 当 中 一个 节 点 由于 某 些 Ｃ Ｎ 原 因 不 能正 常工 作 时 ，能 自动 关 闭 输 出 功 能 ， 而 不 影 响其 它节 点的操 作 。采 用 Ｃ Ｎ 总 线构 建 点焊 Ａ
网络 控 制 系统 ，不 仅 可 以 实现 焊 接 参 数 的在 线 控
第３ 卷 ３ 第７ 期 ２ １ — （ ） 【７ ０ １ ７下 ７Ｊ
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３Ｐ ０ Ｆ的小电容 ，用于滤除总线上的高频干扰。
３ 控制器软件设计
点 焊 控 制 过 程 比较 复 杂 ，对 于 本 控 制 器 的软 件 部 分 采 用 功 能 模 块 式 结 构 设 计 ，这 样 可使 系统 的软 件 结 构 清 晰 ， 易 于 理 解 ，便 于 调 试 、连 接 、 修 改 和 移 植 。 系 统 主 程 序 主 要 由 中 断程 序 设 计 、
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检 测程 序 设 计 及子 程 序 设 计 三 个 方 面 组 成 。控 制 系统 的编 程 语 言 是 Ｃ 语 言 。控 制 器软 件 结构 框 图
如 图 ３所 示 。
图１ 基于Ｃ 总线 的系统拓扑 结构 ＡＮ
到 系统 的性 能 。从 系统 的 实际 要求 和成 本考 虑 ，本 控 制 系统 的 中 心器 件 选 用 性 价 比较 高 的 Ａ ８ Ｃ １ Ｔ ９ ５ 单 片 机 。 各 电 阻焊 微 机 控 制器 均 由 Ａ ８Ｃ５ 单 片 Ｔ９ １ 机 ，独 立 Ｃ Ｎ 通信 控 制器 ＳＡ１０ 、Ｃ Ｎ 总 线收 Ａ Ｊ ００ Ａ 发器 Ｐ Ａ８Ｃ ５ 、高 速 光 电耦 合 器 ６ ３ Ｃ ２ ２０ Ｎ１７以及外 部 电路 构 成 ，８Ｃ １ 责 ＳＡ１０ ９５ 负 Ｊ ００的 初 始 化 并 通 过 控 制 ＳＡ１０ Ｊ ０ ０实现 数 据 的 接 收 和 发送 等通 信 任 务 。 图 ２为 Ｃ ＡＮ 总线 系统 智 能 节 点硬 件 电路 原理 图 ，Ｊ ０ ０的 ＡＤ ＳＡ１０ Ｏ～ ＡＤ ７连接 到 ８Ｃ １ Ｐ ９ ５ 的 ０口，
余 系统 ，当主 节点 出现 故 障 ，系统 就无 法运 行 ； ） ２
２ 控制器硬件设计
本 系 统 分 为 监 控 管理 计 算 机 和 电 阻焊 控 制 器
缺 乏统 一 的 规 范 和 通 信 协 议 ， 系统 是 封 闭的 ； ） ３ 波特 率较 低 ，传输 距离短 ，满 足不 了实 时性要 求 。
下 优 点 ： Ａ 最 多 可 带 １０个 节 点 ，为 多处 安 置 Ｃ Ｎ １ 传 感 器设 备 提供 了可能 ； ＡＮ 总线 采 用短 帧通 信 ， Ｃ
白车 身 焊 接 质 量 保 证 的 关 键 。现 在 的点 焊 控 制 器 普 遍 采 用 单 片 机 智 能 控 制 焊 接 过 程 ，现 场 得 到 的
Ｄ ｉ１ ．９ ９Ｊ １ ｎ １ ０－０ ３ ．０ １ ７ 下 ） ２ ｏ： ３ ６｝ ． ｓ ．０ ９ １ ４ ２１ ．（ ． ２ ０ ／ ｓ
０ 引言
汽 车 白车 身 ，多 数 为 承 载 式 全 焊 接 结 构 ，一 般 是 由数 百个 薄 板 冲压 件 经 焊 接 而 成 的 复 杂 结 构 件 。汽 车 白车 身 的 焊 接 方 法 主 要 采 用 电 阻 点 焊 工 艺 ，一 台 轿 车 车 身 的 焊 点 约 在 ３０ ５ ０～ ５０ ００点之 间。 汽 车 车 身 焊 装 用 的 点焊 设 备 占全部 电 阻 焊 产
数据通过 Ｒ Ｓ一２ ２ Ｒ ３ 或 Ｓ一４５总线传输给上位 ８
机 实 现 对 生 产 的 集 散 控 制 。但 电阻 点 焊 是 一 个 多 变 量 耦 合 和 大 量 随 机 不 确 定 因 素 的过 程 ，焊 点 形
核 时 间 短 ，影 响 因 素 多 ，质 量 监 测 难 度 大 ，随 着 生 产 自动 化程 度 日益提 高 ，要 求 采 用 更 精 确 的 方
信 息传 送 到 指 定 的分 站 。接 收 子程 序 首 先进 行 接 收 滤 波 ，确 认 该 帧 数 据 是 否接 收 ，若 接 收 ，先 按
照 数 据 链 路 层 协 议 拆 解 数 据 包 ，将 数 据 场 的数 据 提 取 出来 ，进 行 相 应 的 处 理 。 在处 理 过 程 中 ，通
的焊 接参数 控制 电 阻点焊机 完 成焊接 过程 ，并 将测 得 的焊 接过 程信 号发送 给上 位机储 存和 打 印。 Ｃ Ｎ Ａ 总 线的 物理 层 和数 据链 路层 协 议在 Ｃ Ｎ Ａ
各 Ｃ Ｎ 节 点 间 电 气 隔 离 。８Ｃ ５ Ａ ２ ２０的 Ｃ ＿ 和 ＡＮ Ｈ
Ｃ ＡＮ＿ Ｌ引 脚 各 自通 过 一 个 ５ 的 电 阻 与 Ｃ Ｑ Ｎ Ａ 总
扰 能 力 ，ＳＡ１０ Ｊ ００的 Ｔ Ｘ０和 Ｒ Ｘ０通 过 高 速 光 电
耦合 器 ６ ３ Ｎｌ ７后 与 ８ Ｃ ５ ２ ２ ０相 连 ，实 现 总 线 上 的
图３ 控制器软件结构 图
３１ 网络通信流程 ． 操 作人 员根 据所焊 工件 的工艺 要 求 ，查 询焊 接 数据库 ，可以得到推荐的焊接参数 ，通过 Ｃ 适 Ｎ Ａ 配 卡 发送到 指定 的下 位机 系统 ，下位 机根 据接 收到