前言

 

　　工程机械工作所需的功能，使得在工作时，具有实时监测和预警，实时实行自我保护，使得紧急情况下的损失降到最低。为了满足上述要求，就必须实现智能控制和监控，因此要求电子控制统具有较高的信号传输的实时性和准确性。现场总线是自动化领域自动化技术的发展方向，也是计算机局域网的热点领域之一。CAN就是控制器局域网络，它显示为节点间的实时分布式控制系统，并为可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。随着智能化工程机械的出现，CAN总线技术在工程机械已越来越普遍，再通过选择适当的主机和传感器用于控制和监视机器本身。本文根据CAN总线的工作原理和优势，对CAN总线在工程机械中的应用作系统的阐述。

 

　　1CAN总线运用在工程机械中的优点

 

　　1.1CAN总线相比于其他总线的具有以下几个优点

 

　　1.1.1多主控制；

 

　　1.1.2发送消息；

 

　　1.1.3系统的柔软性；

 

　　1.1.4通信速度；

 

　　1.1.5错误检测、通知和恢复功能；

 

　　1.1.6故障封闭；

 

　　1.1.7连接。

 

　　1.2信息交换

 

　　是指机械在运行时候，安装的传感器，逻辑控制器单元，以及执行器之间继续的信息交换。智能传感器现在已逐步取代了传统的传感器，该传感器用传送数字信号取代了传送的模拟信号，从而提高数据传输的可靠性；另一方面，控制元件的执行器也正在朝智能化一侧发展。因为在高温、高压、大流量、快速的调整、控制精度高等的高需求参数高精密控制系统中，精度低、速度慢、提升力小等的普通型驱动器已经很难做到。故而需要研发提升力大、可调整行程速度、故障防护模式、定位精度高、死区小、快速切断、快速调节能力的智能执行器。随着电气控制越来越多的应用，电子设备之间的数据通信变得越来越重要。工程机械的各个部件的信息要在不同的控制单元中交换，那就要求系统网络必须完成大量数据的快速、高可靠性的通信。每个处理机都可以独立运行，当需要时可以给其他处理机再提供数据服务。基于CAN总线的分布式控制网络可实现如此的数据通信的要求。CAN可通过报文滤波实现点对点，点对多点及全局广播等几个发送和接收数据方式，没有特殊的数据传输来实现“调度”。当有两个或多个节点发送数据包，CAN控制器使用ID进行仲裁。ID控制节点对总线的访问。节点发送具有最高优先级的消息来获得使用总线，其他节点自动停止发送。总线处于空闲状态时，节点会自动重新发送信息。

 

　　1.3工程机械在使用CAN总线的优势主要体现在两个方面

 

　　机械运行时候的信息交换和电器信号通讯。

 

　　1.4电器信号连接

 

　　通过电器信号连接的工程机械中电子控制单元增加，传统的连接方法是使用接线连接器。电子部件的线束连接，由电路电线组成，不仅确保传输的电信工程机械自动控制与CAN总线的融合号，同时也保证了电路的可靠性，给连接的电气和电子部件提供预定的电流值，以防止周边电路电磁干扰，并排除电线短路。从线束功能分，有两种类型的传感器，分别是输入指令信号线和运载驱动执行元件电力的电力线。信号线是送载波信号的细线（光纤通信），粗导线为电力线，并传输大电流。为了满足车辆的多样化和高功能的要求，线束在车内空间逐渐扩大，这样便降低了系统的可靠性和可维修性。传统的控制方案不能满足需要实现一体化工程机械操作和智能控制的要求，繁琐的现场连接则被个单一的简单的现场网络所取代。CAN总线技术，为提高车辆性能和降低车辆的线束，提供一种有效的解决方案。因此，在工程机械中使用CAN总线不仅解决了庞大的整车线束的问题，而且还具有可靠性高等优点。

 

　　2自动控制系统总体结构及工作原理

 

　　系统由上位管理机、CAN接口适配卡和多个现场智能控制单元（智能模块）组成。采用CAN总线将各控制单元连成一个分布式智能控制系统。网络结构采用CAN总线驱动方式，上位管理机采用微电脑构成。以AT89C52单片机为模块的智能控制器，传输介质为双绞线，通信位速率为125Kbit/s。上位机通过带PCI插槽的CAN接口适配卡PCI-7841与CAN总线相连，进行数据设定、修改，从而进行信息交换，负责对整个系统进行监视管理。智能节点控制单元通过CAN总线接收上位机的各种控制命令和设定参数；根据控制系统需要实时采集各模拟量输入通道信号，进行预先处理和实时报警，并把结果及运行状态通过CAN总线上传到上位机中备用。工作结过程中上位机根据主控程序的需要，对检测单元的信号进行分析，并及时的作出处理，通过CAN总线向执行单元发布指令。从而实现模块的闭环智能控制和监测功能。图1详细给出了系统原理图。

 

　　3CAN通用控制模块原理与设计

 

　　工程机械自动控制系统大致可以分为如下几部分：动力控制系统模块、传动系统自动控制模块、行走控制系统模块、作业装置控制系统模块、状态监测及故障诊断专家系统模块。虽然各个硬件控制模块的功能不完全相同，但基本原理相通，其硬件设计包括四大部分：微控制器单元、信号测量采集单元、控制执行单元、CAN总线接口单元。其中微控制器作为本模块的智能处理中心，从很大程度上减轻了上位机的处理负担，并且大大提高了整个系统的扩充性和可靠性。信号采集单元主要根据主程序的需要为系统形成智能闭环控制提供必要反馈参数。控制执行单元主要根据指令控制执行件进行作业。CAN总线接口单元则实现了模块与CAN总线的信号转换与通信。图2给出了自动控制模块的通用结构图。

 

　　4CAN总线技术的在工程机械上面的典型应用

 

　　4.1在工程机械用点喷射发动机的基础上，发动机ECU的数据监测和收集和反馈都采用了采用CAN进行通信。在工程机械领域，世界领先的大型工程机械公司CAT、VOLVO、利勃海尔等都使用现场总线控制[3]，大大提高了机器的运行效率，维护等方面的成本也都大大降低。近年来，随着新技术不断引进，国内厂商也开始推广CAN总线系统。

 

　　4.2典型的CAN总线应用是应用在工程机械电喷发动机的功率特性上，无论负载怎么变化，柴油机的工作状态一直处于最好的范围之中。工程机械柴油发动机负荷巨变时，也保证发动机运转的稳定性，不发生熄火的现象。CAN也应用在工程机械的半主动变阻尼油气悬架控制。把CAN网络作为悬架之间交换信息的通道，变集中控制为分布式控制，这不仅简化了线束和器件的布置，而且还提高了可靠性。数据帧包含三字节数据，两个字节是非悬架质量加速度，一个字节是可调阻尼器的相对开度值。通讯速率设置300kbit/s。在实际应用中，网络运行良好，悬架的减震达到预期要求。在启动、急刹车、急转弯等几个特殊工况下，通过网络的合理调度，就能加强车辆的抗俯仰、侧倾的能力，而且操纵的稳定性明显改善。

 

　　5结束语

 

　　采用CAN总线控制系统的工程机械，由于CAN的多主机构的特点，使得工程机械的总线通信速率高，实用性好，错误处理能力和抗干扰能力强，控制精度高。这些优点使得工程机械朝着精度更高的方向发展，而且是必然的。未来工程机械必须是朝着智能话发展的，所以总线技术将会得到更加广泛的应用。CAN总线作为一种常见的现场总线技术将大有所为，通过多点网络的CAN总线，就能实现未来工程机械的远程控制，多点控制对于一些在危险空间的工作是非常有必要的。工程机械采用CAN总线后，整机控制系统的可靠性将大大提高，而且适应能力也将大大提高能力。

 

　　参考文献：

 

　　[1]孙家春.CAN总线在工程机械的应用[J].工程机械文摘，2007（04）

 

　　[2]韩军，孙家根，杨小强.基于CAN总线的工程机械自动控制系统设计[J].机电产品开发与创新，2011（05）

 

　　[3]张关峰，李向阳，白宏伟.基于CAN总线的工程机械数据采集系统[J].仪表技术与传感器，2011（03）