挖掘機(jī)電氣控制系統(tǒng)中CAN總線的應(yīng)用

張朋朋

徐州徐工挖掘機(jī)械有限公司 江蘇徐州 221000

1 CAN總線的概述

CAN（Contoll Area Network）總線，簡(jiǎn)稱為“控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)”，是德國(guó)博世公司于1980年代初開(kāi)發(fā)的系列，用于解決現(xiàn)代汽車中許多控制單元和測(cè)試儀之間的數(shù)據(jù)交換問(wèn)題。線路通信協(xié)議。它是支持實(shí)時(shí)控制或分布式控制的通信串行網(wǎng)絡(luò)，具有高速的傳輸速度，強(qiáng)大的抗干擾功能，可以檢測(cè)到發(fā)生的任何錯(cuò)誤，并且廣泛用于車輛控制領(lǐng)域。因此，挖掘機(jī)的核心系統(tǒng)之一電氣控制系統(tǒng)可以使用當(dāng)前的CAN總線來(lái)開(kāi)發(fā)挖掘機(jī)，從而提高電氣系統(tǒng)的運(yùn)行效率并促進(jìn)挖掘機(jī)的智能化發(fā)展和進(jìn)步。

2 挖掘機(jī)電氣控制系統(tǒng)的組成分析

2.1 控制發(fā)動(dòng)機(jī)的模塊

發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊主要實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)停止、啟動(dòng)、調(diào)速、預(yù)熱、節(jié)能和保護(hù)的操作功能，以及工作時(shí)間，水溫和液壓等數(shù)據(jù)收集功能。

過(guò)去，為了控制起動(dòng)轉(zhuǎn)速表，使用步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)直接拉動(dòng)油門。需要設(shè)計(jì)要求高安裝精度的節(jié)氣門馬達(dá)安裝支架和電纜。安裝不當(dāng)容易造成卡塞。使用電位計(jì)進(jìn)行節(jié)氣門位置反饋容易受到電壓波動(dòng)等因素的干擾，并且控制速度的精準(zhǔn)度不高。因此，系統(tǒng)利用CAN總線傳輸信息來(lái)控制發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，從而簡(jiǎn)化了機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高了控制速度的準(zhǔn)確與可靠性。

通過(guò)CAN總線，主控制器可以輕松讀取發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、工作時(shí)間、油壓、水溫、工作狀況、預(yù)熱狀態(tài)，超速警報(bào)和其他信息，而無(wú)需對(duì)傳感器進(jìn)行額外安裝，使得電氣線路得到了簡(jiǎn)化。

2.2 液壓控制模塊

液壓挖掘機(jī)采用全液壓驅(qū)動(dòng)方式，通過(guò)液壓系統(tǒng)控制實(shí)現(xiàn)整車行走和轉(zhuǎn)向，主要包括以下控制部分：

（1）主泵功率的電比例控制∶控制器根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)和液壓系統(tǒng)的參數(shù)，以當(dāng)前轉(zhuǎn)速，降速和負(fù)載條件為控制標(biāo)準(zhǔn)，并調(diào)整主泵的極限值以使比例電磁閥實(shí)時(shí)化。控制以達(dá)到峰值功率，實(shí)現(xiàn)功率最佳匹配。

（2）CAN總線的操作手柄和主閥的電氣比例控制：CAN總線用于收集駕駛員的操作意圖，并且根據(jù)檔位，動(dòng)力模式和發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)確定主閥的開(kāi)度，更好的可控性。它大大簡(jiǎn)化了液壓控制管道。

（3）電磁閥控制：包括步行自動(dòng)增壓閥，高速和低速轉(zhuǎn)換閥等的控制。

（4）液壓信號(hào)收集：包括液壓油溫度，液壓油液位和其他用于報(bào)警控制的信號(hào)的收集。

2.3 顯示模塊

使用具有CAN總線功能的顯示器和虛擬機(jī)進(jìn)行集中顯示，不僅可以在挖掘機(jī)運(yùn)行過(guò)程中實(shí)時(shí)顯示速度、水溫、液壓等工作狀態(tài)參數(shù)，而且還可以顯示參數(shù)設(shè)置、報(bào)警的故障和記錄、保養(yǎng)提示等功能，簡(jiǎn)化了顯示結(jié)構(gòu)和安裝空間。

3 挖掘機(jī)電氣控制系統(tǒng)中CAN 總線的應(yīng)用

3.1 在電氣功能設(shè)計(jì)的應(yīng)用

挖掘機(jī)電氣控制系統(tǒng)中的電氣功能設(shè)計(jì)，是CAN總線使用的一個(gè)重要方式。對(duì)電氣系統(tǒng)的功能進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)與提升控制系統(tǒng)的有效運(yùn)行具有重要意義。電氣功能的設(shè)計(jì)包含如下幾個(gè)方面：

處理開(kāi)關(guān)輸入（DI）和開(kāi)關(guān)輸出（do）。在電氣功能設(shè)計(jì)中，數(shù)字輸入和數(shù)字輸出的設(shè)計(jì)必須科學(xué)設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，挖掘機(jī)必須根據(jù)工作條件和要求，對(duì)電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

在電氣功能的設(shè)計(jì)之中，傳感器的控制電路，是一個(gè)重要的設(shè)計(jì)功能。盡管設(shè)計(jì)中有不同種類的傳感器，但它們將測(cè)量物理量的每一個(gè)變化都轉(zhuǎn)換為電阻的變化。在傳感器調(diào)節(jié)的設(shè)計(jì)電路中，必須根據(jù)電阻和溫度的變化對(duì)傳感器電路進(jìn)行調(diào)整，使傳感器在電控系統(tǒng)中有效工作。

發(fā)動(dòng)機(jī)控制電路對(duì)于電氣功能設(shè)計(jì)非常重要。在電動(dòng)機(jī)控制電路中，設(shè)計(jì)了發(fā)動(dòng)機(jī)的啟停和二次起動(dòng)保護(hù)功能，以確保啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)的安全性并改善其性能。挖掘機(jī)電氣控制系統(tǒng)的性能。

在挖掘機(jī)的電氣功能設(shè)計(jì)中，當(dāng)控制器發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)急電路可以控制挖掘機(jī)，然后通過(guò)應(yīng)急撥動(dòng)開(kāi)關(guān)切換應(yīng)急和正?？刂颇Ｊ?，以確保挖掘機(jī)的正常運(yùn)行。因此，在電氣功能設(shè)計(jì)中，應(yīng)科學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)急電路。

3.2 電氣控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

電氣控制系統(tǒng)的編程與程序設(shè)計(jì)，是CAN總線技術(shù)的關(guān)鍵應(yīng)用領(lǐng)域。在挖掘機(jī)電氣控制系統(tǒng)中，它使由兩部分組成：主程序模塊與子程序模塊。

主要程序功能是系統(tǒng)初始化。系統(tǒng)初始化主要包括硬件輸入和輸出端口初始化，CAN通信初始化和通信參數(shù)設(shè)置等功能。子例程主要是傳感器處理模塊，傳感器校準(zhǔn)，節(jié)氣門校準(zhǔn)，發(fā)動(dòng)機(jī)控制（啟動(dòng)，停止，預(yù)熱和速度控制等），液壓控制模塊（泵控制，氣門控制等），速度檢測(cè)控制，PID控制模塊，參數(shù)包括。設(shè)置模塊，錯(cuò)誤和維護(hù)信息處理，CAN總線收發(fā)器和輸出控制。

在控制器的編程中，為了持續(xù)提升控制器的編程水準(zhǔn)，有必要從其他高級(jí)挖掘機(jī)，控制器編程經(jīng)驗(yàn)中學(xué)習(xí)其寶貴之處。同時(shí)，在顯示程序中，需要顯示各種數(shù)據(jù)和信息，主要任務(wù)是完成整機(jī)運(yùn)行數(shù)值的顯示、管理，界面上的設(shè)計(jì)和切換，使電氣控制系統(tǒng)的功能加強(qiáng)。所以，在電氣控制系統(tǒng)中，通過(guò)設(shè)計(jì)控制器程序、顯示程序來(lái)完善電氣控制系統(tǒng)的程序。

4 結(jié)語(yǔ)

總之，電氣控制系統(tǒng)是挖掘機(jī)最主要系統(tǒng)，它反映了機(jī)器的智能程度，并且會(huì)對(duì)挖掘機(jī)的工作性能和維護(hù)性能產(chǎn)生影響。在挖掘機(jī)電控系統(tǒng)中，CAN總線的應(yīng)用可以提高電控系統(tǒng)的工作水平和效率，提升挖掘機(jī)的作業(yè)效率、節(jié)約燃油消耗，并實(shí)時(shí)監(jiān)控挖掘機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。