CANopen总线协议在路面破碎机上的应用

添加人：admin 发布时间：2016/1/26 14:47:39 来源：中国破碎机网

　　CANopen总线协议在路面破碎机上的应用张平均，黄家善（福建工程学院电子信息与电气工程系，福建福州要由EPEC控制器、发动机ECU及显示设备构成；定义作为节点的EPEC控制器在该总线通讯系统中的作用，详细阐述各节点之间的数据通讯的程序设计方法；在路面破碎机上对该总线通讯系统进行了调试，结果表明该系统稳定可靠，取得了较好的通信效果。
　　现代工程机械集多种传感器、执行机构和控制器于一身，朝着系统大型化和作业流程自动化的方向发展，施工质量将得到全过程的控制，从而提高作业精度和工作效率-路面破碎机将原有硬化路面破碎成较小板块，相对于落锤式破碎方式MHB（MultipleHeadBreaker）而言，其产生的颗粒粒径相对于MHB型设备要小，破碎颗粒均匀，能有效分离混凝土路面的异种材质，不会产生二次废弃物而引起越来越多的关注-路面破碎机采用液压驱动结构，系统不同结构间的联动控制关系复杂，对控制系统的性能和通信要求较高。
　　本文采用基于CAN总线的CANopen协议实现控制系统的通信要求，通过CAN总线将遍布路面破碎机车身各处的传感器、控制器和执行设备联接成车载测控网络，使得系统中各模块之间数据通讯准确、快速，保证了系统结构的简单化和高可靠性，符合现代工程机械控制技术的发展方向。
　　协议的第一层和第二层，由不同的制造者扩展第七层，是目前唯一被批准为国际标准的现场总线。CAN基金项目：福建省科技重点项目（2007H0057）现场总线没有规定应用层，需要一个高层协议来定义CAN报文中的11/29位标识符、8字节数据的使用。CANopen总线协议是CAN应用层协议的标准之一，已经应用于多种领域，如过程控制、通信电子设备、工程机械等，依靠CANopen协议的支持，可以使不同厂商的设备通过总线进行配置，解决了设备间的互连问题。
　　CANopen协议结构CANopen协议是CiA（CAN-n-Automation）定的CAN总线的应用层协议标准之一，CANopen是在CAL基础上开发的，使用了CAL通讯和服务协议子集，提供了分布式控制系统的一种实现方案。
　　在OSI模型中，CAN标准CANopen协议之间的关系见。
　　CANcpen协议由一系列称为子协议的文档组成：字典的主要形式和对象字典中的通讯子协议区域中的对象，通讯参数，同时描述CANopen通讯对象。这个子协议适用于所有的CANopen设备。
　　各种设备子协议（deviceprofile）。为各种不同类型设备定义对象字典中的对象。设备子协议为对象字典中的每个对象描述了它的功能名字、索引和子索引、数据类型，以及这个对象是必需的还是可选的，这个对象是只读只写或者可读写等等，必需的CAN/CANopen总线系统结构对象应该保持最少数目以减小实现的工作量。
　　2CANopen协议通讯报文4类通讯报文，分别为管理对象（NMT）服务数据对象（SDO）过程数据对象（PDO）和特殊功能对象，各类报文的都定义了相应的帧格式一个CANopen设备必须支持一定数量的网络管理服务，需要至少一个SDO，每个设备需要至少一个PDO，其它的通讯报文是可选的。
　　在实际的工程应用中用户只要根据需要，按照类的规定把要传输的数据映射到相应的对象中即可。CANopen定义了相应的地址用于发送和接收总线网络上的数据，节点之间的数据发送与接收主要以PDO和SDO报文进行。
　　2路面破碎机CAN总线通讯系统的结构设计1路面破碎机对通讯系统的要求为了实现路面破碎机的路面破碎作业、车体行走、功率调节以及液压系统之间的联动控制，路面破碎机对通讯系统的要求如下：监测和显示数据通信：车体上各传感器阀缸状态、发动机工作参数和系统当前工作模式的监测和显示，要求在控制器与HMI间实现数据实时通信。
　　在线参数调节：为了实现发动机功率参数和传感器的标定参数的在线调节，要求在HMI的设定参数与控制器间实现数据实时通信。
　　系统模块间的数据通信：系统各机构间的控制设计中，要求在控制器间实现数据实时通信。
　　2.2路面破碎机CAN总线通讯系统的结构设计根据系统的结构和控制要求，采用EPEC2023构建的基于CANopen协议的路面破碎机控制系统的总线结构模型如所示。
　　路面破碎机控制系统网络由4个CAN节点通过总线连接而成网络。控制器采用芬兰EPEC公司的2023pi用于系统发动机及整机附件的控制，设置为主节点0工乍机构的控制器，d为从节点epEPEffig37作为系统的fe和驵设置器件另外为net的通讯，满足直接无线等各种通讯要求。具有CANopen和CAN2. 0B协议接口，用于组建大型系统，可靠性、灵活性和可扩展性大大加强，其CAN接口定义见表1.表1EPEC2023的CAN接口定义作用针号CAN1接口，CANopen，下载连接、通讯用CAN2接口，CAN2.OB，用户自编程用3路面破碎机CANopen总线通讯的程序设计基于2023控制器的总线通讯程序设计包括CANopen的初始化、PDO/SDO数据的封装和PDO/ SDO数据的收发，程序流程如。
　　了实现整机的节能和发动机的联动控制，将发动机的ECU作为系统的CAN节点，与2023pi联接，将发动机的相关参数送入系统进行显示和参与控制。
　　EPEC控制器是专为工程机械而设计，它以PLC为基础，通过功能扩展、提高防护等级以及进行整体封装而形成的，硬件可靠性高，适用于各种恶劣环境，如高振动冲击、高低温、温度变化剧烈和高湿度等。在采用多模块控制时，各不同模块之间遵循CANopen总线协议，完成信息的及时传输，通过CAN接口、CAN适配卡和CAN智能转换模块等，可与其它外设程序设计必须对网络节点ID进行配置，选择一个节点作为主节点，其它配置为从节点，CANopen系统所有节点由ID号标识，ID号范围1-127，EPEC系统的主从关系通过CANmoon设置。CANopen主节点的作用为：激活网络，停止网络，隔离错误节点。主节点的应用程序流程为：在系统上电后首先判断各个从节点是否发出Boot~up消息，如果有Boot~up消息则让各个从节点进入CANopen-init状态并接着判断是否有心跳报文（Heartbeat）产生，以判断各节点是否正常工作，否则报错，各个从节点被配置成节点监测状态。对每个节点编写CANOPEN的初始化程序，对所有数据必须用输入输出映象区进行分配，使每个接点都能从其他接点接收数据信息。
　　3.2发送PDO报文到CANopen总线在EPEC控制器中，发送PDO信息到CANopen总线就是把数据写入EPEC的输出映像区即可，模块的硬件会按照一定的周期或当数据发生变化时（cyclic/acyclic），把正确的PDO发送到CANopen总线。
　　在EPEC控制器中，从CANopen总线接收PDO信息就是从EPEC输入映象区读取数据，映像地址根据CANopen初始化代码进行分配，接收信息时，按优先级排列依次分配输入映像地址。
　　宋同强。耗散介观电容耦合电路的量子化。物理学报，2004，崔元顺。介观多环耦合系统中的量子电流增强效应。物理学报，2005，54（4）：1799-1803.阮文，雷敏生，嵇英华，等。热克尔态下介观LC电路的量子涨落。物理学报，2005，54（5）：2291-2295.邱深玉，蔡绍洪。耗散介观电容耦合电路的量子效应。物理学报，2006，刘清，邹丹，嵇英华。交流源作用下介观RLC电路系统量子态随时间的演化。物理学报，2006，陈斌，李有泉，沙健，等。介观电路中电荷的量子效应。物理学报，199嵇英华，雷敏生，谢芳森，等。脉冲信号作用下介观LC电路的量子效应。物理学报，2001，嵇英华。脉冲信号对介观RLC电路量子态的影响。物理学报，2003，周小方。介观LC电路零状态响应的完全解。物理学报，2007，56（10）：6019-6022.左维，王顺金。量子辐射场与经典流的相互作用。物理学报，1995，周小方。时变源作用下介观LC电路系统量子态的演化。量子电子学报，2007，（责任编辑：黄家瑜）（上接第40页）4结束语1软件环境下完成，整车调试中签于单个PDO的数据有限，通过节点号虚拟的方法使每个控制器的PDO数达到了12个，从而使通信数据量大为提高，通信速率达到250Kb/s，通过使用Canmoon监测CAN总线上数据的传输，确认了数据收发的可靠性，通信系统设计可以满足路面破碎机控制系统的通信要求。