图1  智能化总线模块无需针对各种机床方案匹备控制软件

一种控制软件的更改往往容易引起成本的增加和故障频发。但控制系统运用于不同的设备上时，总有一种解决方案可以使机器与软件相匹配。通过采用智能型总线模块，即可构建起一种维护简便的控制系统架构。

为了更好地满足客户的需求，设备制造厂商往往提供不同类型和不同规格的产品。各个类型设备的控制系统匹配则需要投入大量的资金，而且主要需要对应用软件做出必要的更改。而且对软件进行相应的维护也需要耗费很多的费用，在很多并存的软件上需要进行修改和对新功能进行编程。上述这些现象都容易导致费用的增加和潜在故障的产生。

智能型CAN总线模块对此可以提供帮助。有了这种总线模块，只需采用一种统一的软件，即可实现舒适和安全的功能匹配，并可使设备控制系统标准化。这种容易开发且维护简便的控制结构的关键是总线特有的通信特性，即每个I/O模块在CAN总线上拥有各自清晰的地址。

图2  嵌入式Eckelmann控制系统拥有同类的效能特征和以PC 为基版的应用软件

在传统的总线系统上，设备的各个操作器/传感器的配置，尤其是控制系统的各个I/O配置都要求在中央SPS上有自己的软件版本。由于每个I/O模块都会通过插接位被自动编址，因此在取消一个模块时，地址就会发生偏移。这就会导致信号的错误诠释或系统中断。如果两种设备只存在一个I/O模块的差异，则这种偏差就必须反映在SPS编程上。由此产生了数量众多的并存版本的应用软件。这种情况均与额外的研发和试运行的费用相联系。这种费用在每次修改软件（更新或改版）时都会反复发生。不同版本的软件同时工作时，故障发生率也会随之上升。

在这种情况下，Eckelmann公司的E-FBM系列CAN总线I/O模块从技术上可以提供可靠的帮助。此产品系列的一个特征是各个模块都具备自己CPU的运算能力，因此各模块可以单独拥有自己的标准协议，具有能与中央控制系统进行通信的CAN客户端。由于其协议一贯以带有全球通用型存储器的控制系统的协议原则保持一致，因此CAN总线可以为此类柔性化系统的转换提供极好的前提条件。

（1） 通过识别符的标识 CAN协议并非通过信息接收方的编址数据交换来实现。所有网络节点根据接受信息的标识来检验其信息是否与自己相关。

（2） 网络数据相容 CAN协议通过协议中所明确的错误信号机制，确保所有参与方可把不正确的信息视为错误信息。

（3） 识别符的优先权 由于信息的识别符同时确定了在总线联系的优先权，因此信息可以依据其重要性发出快速的总线联接。特别重要的信息由此可以不受总线瞬间载荷的影响，在极短暂的恢复时间内即可进入总线。

（4） 多主机系统 总线联系权限的转移并非通过网络上的突出站进行的，只要总线没有被占用，每个总线的参与者都可以发出信息。

（5） 对错误参与者的识别 在确定的平均故障率被超出时，即会采取措施并限制相关的CAN参与者对网络的影响，或使之与网络脱钩。

（6） 失效参与者的定位失效的节点可以通过一种询问工作来得到确认和定位，以便获得相应的反应措施。所有参与者都接受SPS做出的定期询问，以检测其是否在线。

图3  Hegla公司的Optimax平板玻璃切割设备采用智能型总线模块，以对客户端设备进行控制

　　
自行标定尺度的控制系统

CAN总线的这种通信特征可用于E-FBM系统，以实现舒适的自动配置和中央控制系统的标定尺寸工作。应用软件的基础是包含I/O信号最大配置的完整程序版本。应用程序自行检测有多少总线参与者是真正存在的。系统也可以自动确定哪些硬件配置已存在和设备处于何种扩展阶段。这时，软件只需涵盖所需的程序范围即可。即便没有可选的I/O模块，中央控制系统也不会出现任何问题，这是因为CAN参与者的地址并没有改变。智能型总线模块只需通过一个软件，即可实现不同类型设备的正常运行。

图4  Hegla公司的X-Y玻璃破碎设备所需I/O模块的数量要视加工作业的复杂程度而定

模块化玻璃切割机的控制

设备制造厂Hegla公司主要从事研发、生产、销售制造平板玻璃加工机、设备和装置以及玻璃、门窗的仓储物流系统。20多年以来，该公司与其控制系统专业厂商Eckelmann公司共同合作。

例如Optimax型平板玻璃切割设备，它适用于涂层和无涂层玻璃的加工。作为工具，采用了切割机和砂轮（在切割前对表面进行处理）。使用了Eckelmann公司智能型E-FBM模块。加工两种玻璃的客户可以得到带有内置打磨工具的设备，亦可添加排除打磨粉尘的吸尘装置。如果只加工无涂层的玻璃产品，则使用带有切割刀具的设备即可。对设备进行后续的加装也是可以的。带有打磨工具和吸尘装置的设备需要较多的智能I/O模块，而控制软件仍保持不变。

设备逐步加装的另一个例子是Hegla公司的自动化X-Y玻璃破碎机。在这种设备上，玻璃被置于破碎站上方，并在X向上被检测和破碎。玻璃表面须在Y向上被破碎，同时通过转载输送机（三角皮带在X向上输送，辊式输送机在Y向上输送）继续向前传送，并在那里垂直于第一个破碎方向被破碎。根据加工复杂程度的不同，后续还可以连接更多的输送机和破碎机。这里所需的智能I/O模块数量也要视设备的规格而定。

Eckelmann公司不仅提供I/O模块，同时也提供Hegla公司的整体控制系统。作为中央硬件装备，可以采用不同形式的标准控制系统。在使用Optimax Galactic高速平板玻璃切割设备时，可以考虑基于PC的CNC设备方案：带有Power-PC家族32字节处理器的PCI短卡。快速线性驱动可以通过Sercos接口得到控制。I/O模块通过CAN总线与控制系统通信。在设备达到全部装备时，共有6个数字式输入模块（各有8个输入端）和7个数字式输出模块（各有8个输出端）投入使用。

Adva-Lam 46型复合玻璃切割线最多可以使用11个8通道数字式输出模块、1个16通道数字式输出模块、10个8通道数字式输入模块和2个16通道数字式输入模块。随时可以对CAN的参与方进行添加。目前所设定的是有127个模块同时工作。

在其他型号的设备上，主要采用一种嵌入式控制系统。这种支承轨道型的系统拥有与PC型系统相同的性能特征。两种形式的设备也使用相同的应用软件和Co-De-Sys编程工具。因此，即使型号发生变动，应用软件也无需修改。

图5 通过CAN总线可以实现横向通信。一个模块可以无需通过SPS而直接接收其他模块的信息并对信息进行内部处理

　　
在I/O模块上的信号处理

带有单独处理器的现场总线模块的运用具有很多优点，特别是模块的信号处理能力和模块间的直接通信原理可为建立在E-FBM系统基础之上的SPS技术方案带来如下明显的优势。

（1）I/O模块上的信号处理  模块本身的处理器的效能在与现场总线的通信中只在特殊情况下才会被完全利用，因此可以在作业现场进行基本信号处理或执行简单的调节任务。例如数字输入信号的防颤动、输出信号的脉冲宽幅调制和模拟信号的极限值报告等功能即可在模块上得到处理。特殊模块还可以对驱动进行定位，而无需上一级智能系统的参与。模块的这些能力是内置软件的特定组成部分，并可通过CAN总线编写参数。

（2）横向通信  必须做出快速反应的模块可以直接接收和处理发自其他模块的信息，而无需通过SPS的转载。所谓横向通信的这些功能也可通过CAN总线实现参数编写。