can总线网络及其在工程机械控制系统上的应用

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1、CAN总线网络及其在工程机械控制系统上的应用　　1CAN总线与CANopen简介　　CAN(ControllerAreaNetwork)即控制器局域网络最初是由德国的BOSCH公司为汽车监测、控制系统而设计的。现代汽车越来越多地采用电子装置控制，如发动机的定时、注油控制，刹车控制(ASC)及复杂的抗锁定刹车系统(ABS)等，这些控制需要检测及交换大量数据，CAN总线就是用来实现汽车内部控制系统与各检测和执行机构间的数据通信。由于CAN总线本身的特点，其应用范围已不再局限于汽车行业，而向纺织机械、机器人、数控机床、医疗机械、工程机械及传感器等领域发展，CAN已被公认为最有前途的现场总线之一。　

2、　CAN属于总线式串行通信网络，其技术规范包括2.0A和2.0B,国际标准组织1993年正式颁布了CAN的国际标准ISO11898。CAN协议也是建立在国际标准组织的开放系统互连模型OSI(OpenSystemInterconnection)基础上的，OSI把开放系统的通信功能划分为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层等共7个层次，CAN只使用OSI底层的物理层和数据链路层。CAN信号传输介质为双绞线，通信速率最高可达1Mbps/40m，直接传输距离最远可达10km/5kbps,可挂接设备数最多可达110个。CAN的信号传输采用短帧结构，每一帧的有效字节数为8个，因而传

3、输时间短，受干扰概率低，当节点有严重错误时，具有自动关闭功能，使总线上其他节点通信不受影响。CAN的媒体访问机制是带有优先级的CSMA/CD(载波监听多路访问/冲突检测)方式，而且其占线侦测是非破坏性的，因此CAN是一种优先级抢占方式的实时网络。　　CAN的基本协议只有物理层和数据链路层，没有应用层，为了便于面向用户层面的应用开发，不同的行业组织相继在CAN的基础上制定了一系列具有应用层的通信协议，包括J1939、SDS、CAL和CANopen等等。CANopen是用于自动控制工程的开放的CAN通信协议，由CiA(CANinAutomation)协会制定，该协议使用CAN总线作为传输媒体并定

4、义了应用层。CANopen应用层定义的内容有：网络管理、对象目录、标识符分配的缺省值、配置数据及过程数据的传输、网络监控和错误处理等等，这样在同一总线上所有不同种类的CANopen设备只需要经过正确的通信配置，其变量和参数便可以通过对象目录进行传输，而用户无需再开发专门的通信程序。正因为CANopen通过其应用层封装了CAN复杂的底层协议和操作，使用户的开发精力直接面向应用项目本身，可以大大缩短开发周期，所以在工程领域CANopen已经得到越来越广泛的应用。　　2CAN在工程机械控制系统上的应用　　工程机械控制系统的发展大体经历了机械控制、液压控制、模拟电路控制、数字电路控制，到当今的数字网

5、络控制。随着超大规模集成电路技术和网络技术的飞跃发展，以及新型传感器和电控发动机的广泛应用，数字网络控制系统已经成为工程机械，尤其是大型和复杂工程机械的必需配置。CAN以其高性能、高可靠性及其在汽车行业的成功应用，必然也成为工程机械控制系统的首选网络。　　当今国际著名的工程机械制造商都在其最新的产品上应用了CAN总线网络，其主要应用目的有：1、与电控发动机的CAN接口交换数据，实现节能控制与环保排放，并且可以监控发动机的运行参数和故障信息，实现发动机仪表数字化。2、通过具有CAN接口的新型传感器采集数据，不仅可以减少接线，更可以避免模拟信号传感器的干扰问题，提高数据采集的准确性和速度。3、多

6、个控制器及显示单元之间相互交换数据，使得控制系统的配置和安装都更加灵活。4、与具有CAN接口的GSM/GPS通讯装置连接，实现工程车辆的远程机群控制、故障诊断和管理功能。5、与具有CAN接口的遥控系统联网，实现工程机械的遥控操作或无人驾驶。　　CAN总线网络在工程机械上的应用关键是要选择合适的控制器，工程机械工作环境恶劣，而对控制器的可靠性要求又很高，用普通工业PLC是肯定不能胜任的，而必须使用针对工程机械开发的专用控制器。自行设计制造控制器不仅开发周期长，开发成本高，而且也不符合现代工业专业化分工的规律，因此国际上大的工程机械制造商在应用CAN作为控制系统时都采用外购电子公司生产的控制器硬

7、件，而自己开发应用程序进行集成的模式。在生产控制器硬件的公司中，德国InterControl公司是最为著名的一家，该公司长期和Wirtgen集团等世界著名的工程机械制造商合作，是专业为工程机械设计、制造各类集成电子控制系统的高科技公司。其产品种类齐全、集成度高，在系统组成时具有非常大的灵活性，既可以组成小规模的集中控制网络，也可以实现大规模的分布式控制网络。可以对常规的I/O实施控制，更擅长对各种电液伺服元件