挖掘机电气控制系统中 CAN总线的应用

挖掘机电气控制系统中 CAN总线的应用

代刚强

徐州徐工挖掘机械有限公司 江苏徐州 221100

摘要：在我国社会经济快速发展中，工业经济得到迅速发展，与此同时，城市的进步和发展，使得城市建设和规划也在逐渐的完善中。城市建设和工业的发展使我国的机械行业需求不断增加，尤其是挖掘机行业。挖掘机行业的进步和发展对于提高我国的工业进步有着重要的作用，故此，对挖掘机电气控制系统进行研究，进而促进挖掘机的进步。本文对电气控制系统、挖掘机电气控制系统的组成以及CAN总线进行分析和研究，并分析CAN总线在挖掘机电气控制系统中的应用，为挖掘机电气控制系统的开发提供有价值的参考意见和建议，进而提高挖掘机电气控制系统的技术水平，为我国的工业进步提供技术支持。

关键词：挖掘机电气控制系统；CAN总线；应用

引言

近年来，中国挖掘机行业持续保持快速增长，挖掘机的产能大幅提升，各挖掘机生产厂家都想方设法提升挖掘机的性能，高效、节能的智能控制系统成为提升挖掘机性能的最主要手段。

电气控制系统是挖掘机的核心系统之一，反映了机器的智能化程度，直接关系到挖掘机整车的性能和可维护性。随着用户对挖掘机高可靠性、高性能、智能化和信息化的要求，车用传感器增多，采用传统控制方式必会增加线束数量，增大维护难度，且不利于数据共享。现场总线技术的应用可有效实现数据共享和缩减线束数量，减少节点而不影响原系统。CAN（ControllAreaNetwork）总线非常适合在条件恶劣的环境中使用，现已广泛应用于移动车辆、军事设备以及工程机械等领域。

1 挖掘机电气控制系统的组成

1.1发动机控制模块

发动机控制模块主要实现发动机的启动、停止、预热、转速调节、节能和保护等控制功能，以及工作时间、水温和油压等数据的采集功能。对发动机转速的控制，以前通常采用步进电机或伺服电机直接拉动油门，需要设计油门电机安装支架和拉索，对安装精度要求较高，如果安装不好，易发生卡死现象。而依靠电位计进行油门位置反馈，易受电压波动等因素的干扰，转速控制精度不高。因此，本系统采用CAN总线发送报文的方式来控制发动机的转速，简化了机构设计，同时提高了转速控制的精度和可靠性。

通过CAN总线，主控制器可以很方便地读取发动机的转速、工作时间、水温、油压、运行状态、预热状态以及超速报警等信息，无需再安装相应的传感器，简化了电气线路。

1.2液压控制模块

液压挖掘机采用全液压驱动方式，整车行走、回转等动作的实现都是通过液压系统控制实现的，主要包括以下几个控制部分：

（1）主泵功率的电比例控制：依据发动机、液压系统的参数，控制器以当前转速、转速降及负载情况为控制依据，实时调节主泵极限控制比例电磁阀，实现功率最佳匹配。

（2）CAN总线操作手柄和主阀的电比例控制：采用CAN总线采集司机的操作意图，根据挡位、功率模式和发动机状况等确定主阀的开度，提高了系统的可操控性，大大简化了液压控制管路。

（3）液压信号采集：包括液压油液位、液压油温度等信号的采集，用于报警控制。

挖掘机的监控器安装在司机室，如果将燃油液位、液压油液位、液压油温度、泵和阀等信号的采集接入监控器，会增加线路的复杂性。因此，为了简化电气线路，仪表采用CAN总线式仪表，主控制器采集信号后通过总线传输给仪表显示，大大减少了导线的使用量。。

2 CAN总线简述

在挖掘机的电气控制系统中运用CAN总线技术，对于提高挖掘机的性能有着重要的作用，所谓的CAN就是ControllAreaNetwork，简称控制器局域网络，它是一种新的技术，在运用的过程中能够使挖掘机的电气控制系统适用于恶劣的环境，CAN总线技术有以下几个特点：

首先，在挖掘机电气控制系统中，CAN总线技术在整个数据系统中进行数据通信时，它没有主从之分，可以将挖掘机电气控制系统额数据进行输送，之后CAN总线的控制中心的各个设备之间就可以收发信息；其次，CAN总线技术在进行通信的过程中，可以多个节点同时进行，尤其是是在特殊情况下，优先级高的能够高效的通过，进而保障通信线路的顺畅，避免造成通信线路的拥塞；

再者，在挖掘机的电气控制系统中运行CAN总线技术，它能够改变以往通信的距离，延长通信的距离，加快信息和数据的传输速度，例如在挖掘机的电气控制系统中运行CAN总线技术，其可在40米的双绞线上以1Mb/s的速率传输数据；

最后，CAN总线技术主用运用了双绞线的传输介质，这种传输介质相比较传统的传输介质来说，其电气控制系统的效率和性能会更高。

故此，在挖掘机的电气控制系统中运用CAN总线技术，采用其技术的特点，尤其是我国的土木工程和城市建设的环境复杂多样，运用CAN技术能够在复杂环境中的高效运行，可以提高挖掘机的操作水平，使得挖掘机的操作更加舒适，工作效率更高，油耗更低，同时一个电控单元出现故障不会使整个大型挖掘机电气控制系统崩溃，进而保障挖掘机的安全运行。

3 CAN总线在挖掘机电气控制系统中的应用

3.1控制器程序设计

某型挖机主控制器使用的软件开发平台是codesys，程序设计时运用了程序模块化设计思想，包括主程序和子程序模块。主程序功能是系统初始化和调用子程序。系统初始化主要包括硬件输入输出口初始化、CAN通信初始化以及通信参数设置等功能。子程序主要包括传感器处理模块、传感器标定、油门标定、发动机控制（启动、停止、预热和转速控制等）、液压控制模块（泵控制、阀控制等），转速感应控制、PID控制模块、参数设置模块、故障和保养信息处理、CAN总线收发和输出控制。

3.2显示器程序设计

某型挖掘机显示器使用的软件开发平台是C。显示器的主要任务是完成整机工况参数显示和管理、界面设计、界面切换和CAN总线上数据的读写，所设计的监控系统主要包括开机界面、主界面、状态监测界面、故障报警界面、故障记录界面、养护信息界面、用户设置界面和系统设置界面等。

主界面中主要显示了转速、油位、水温、油温、工作时间、系统时间、工作模式及系统电压等信息，若有报警或养护信息发生，则会在右下角显示报警或养护的图标并打开蜂鸣器进行提醒，并将最重要的报警信息在显示屏下部显示；显示器下端有6个功能按键，通过按键操作可进入系统设定、参数设置、发动机、故障信息、输入状态、输出状态、系统信息和保养提示等界面。

结语

基于CAN总线的电气控制系统运行稳定可靠，同时简化了电气线路，降低产品的成本，远程数据管理功能极大地方便了客户的维修和保养，实际使用中得到用户的好评。

参考文献

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