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前言

本文主要介绍CAN-bus 总线技术在工程机械中的应用。重点以工程起重机为例，介绍如何将 iCAN系列功能模块 、ZLG系列、CAN-bus接口卡、组建成一个可靠控制、易于开发的CAN-bus应用网络，以及在工程机车控制网络中快速应用的方法。

CAN-bus总线简介

CAN-bus 总线是国际上应用广泛的现场总线之一，初被设计用作汽车电子控制单元（ECU：Electric Control Unit）的串行数据传输网络，现已被广泛应用于欧洲的中汽车中。近几年来，由于CAN-bus 总线极高的可靠性、实时性，CAN-bus 总线开始进入中国各个行业的数据通讯应用，并于2002 年被确定为电力通讯产品领域的国家标准。

CAN-bus 网络使用普通双绞线作为传输介质，采用直线拓朴结构，单条网络线路至少可连接110 个节点，当通讯距离不超过40米时，数据传输速率可达1Mbps，远通讯距离可达10公里(使用标准CAN 收发器PCA82C250/251 芯片)。

CAN-bus 网络为多主结构网络，根据信息帧优先级进行总线访问，大大提高了系统的性能；CAN总线采用短帧报文结构，实时性好，并具有完善的数据校验、错误处理以及检错机制，此外CAN总线节点在严重错误下会自动脱离总线，对总线通讯没有影响。CAN-bus 网络中，数据收发、硬件检错均由CAN 控制器硬件完成，大大增强了CAN-bus 网络的抗电磁干扰能力。

CAN-bus 总线的适用范围：可适用于节点数目很多，传输距离在10 公里以内，安全性要求高的场合；也可适用于对实时性、安全性要求十分严格的机械控制网络。

目前，国内的汽车、电梯行业已是CAN-bus 应用的典型领域，工业控制、智能楼宇、煤矿设备等行业也得到了广泛的应用。

工程机械行业的发展

由于嵌入式电脑、网络通讯、微处理器、自动控制等先进技术的日渐广泛应用，工程机械控制系统的性能和集成度已经有了很大的提高，工程机械的操作便利性、安全性都得到了大幅度提高。

在基于集中控制方式的工程机械中，一方面由于多个ECU单元的使用，各ECU之间的通讯越来越复杂，必然导致了更多的信号连接线，使控制系统安装、维护手续繁琐，运行的可靠性、应用的灵活性有所降低，维修难度增大；另一方面，为提高系统中信号的利用率，要求有大量的数据信息可以在不同的控制单元中共享，大量的控制信号也需要实时交换。传统的集中式控制系统已落后于工程机械中现代通讯功能的需求。

因此，如何提高系统的性能，开发通讯应用的灵活性和方便性，降低使用和维护的成本是必须解决的问题，而CAN-bus总线在工程机械控制系统中的应用也能够有效解决这些问题。

CAN-bus总线在工程机械中的应用

无论是在欧洲、美洲，还是在亚洲，CAN-bus总线技术在工程机械领域都已经存在着广泛的产品实例，也有着良好的发展前景

CAN-bus总线在工程机械中应用现状

CAN-bus由于良好性能，特别适合于工程机械中各电子单元之间的互连通讯。随着CAN-bus总线技术的引入，工程机械中基于CAN-bus总线的分布式控制系统取代原有的集中式控制系统，传统的复杂的线束被CAN-bus总线所代替：系统中各种控制器、执行器以及传感器之间通过CAN-bus总线连接，线缆少、易敷设，实现成本低，而且系统设计更加灵活，信号传输可靠性高，抗干扰能力强。

目前CAN-bus总线技术在工程机械上的应用越来越普遍。国际上一些的工程机械大公司如CAT、VOLVO、利勃海尔等都在自己的产品上广泛采用CAN-bus总线技术，大大提高了整机的可靠性、可检测和可维修性，同时提高了智能化水平。而在国内，CAN-bus总线控制系统也开始在工程汽车的控制系统中广泛应用，在工程机械行业中也正在逐步推广应用。

工程机械控制系统中CAN-bus网络

工程机械的控制系统需要完成对系统中各种传感器、执行器、发动机、变速器等的控制及监测。不同的工程机械产品，其控制系统的组成并不完全一致，但其控制系统的构成方式基本上类似。

以汽车起重机为例，其基于CAN-bus总线的典型控制系统基本结构如下图所示, 系统组成为：

图 1.2 基于CAN-bus总线的汽车起重机控制系统结构示意图

该系统运用SIEMENS的S7—300 PLC通过PROFIBUS—DP总线实现变频器网络控制．从而实现了中厚板精整系统的a动化生产。系统调试，维护方便，运行可靠。

近几年，随着生产自动化和过程自动化中分散化结构的迅速增长，现场总线系统的应用日益普遍。其原因之一是现场总线系统实现了数字和模拟输入／输出模块、智能信号装置、过程调节装置、可编程序控制器（PLC）和 PC之间的数据传输，把I／O通道分散到实际需要的现场设备附近，使安装和布线的费用开销减少到小，从而使成本费用大大节省。原因之二是标准化的现场总线具有“开放”的通信接I：1，允许用户选用不同制造商生产的分散I／O装置和现场设备，同时也可以方便地实现二级及三级网络的连接。济钢中厚板三期工程精整区域由于设备数量较多，同时又分散在较大的范围内，因此特别适合采用现场总线方式实现生产过程的自动化控制。

系统简介

中厚板精整区域的主要设备有：冷床输入辊道、输入提升链、滚盘、输出提升链及输出辊道、润滑站及冷床冷却风机，另外还有火焰切割系统、运输辊道、翻板机、电磁起重机等。中厚板厂的原有自动化设备，绝大多数采用SIEMENS公司的产品。为了便于维护和网络连接，精整区域的自动化控制设备也以SIEMENS的产品为主，PLC选用s7—300，其中CPU型号为315—2DP。传动系统全部为SIMOVERT MASTERDRIVERS矢量控制型变频器。

其中，l#冷床及精整区域PROFIBUS—DP系统中，2#站s7—300为主站，本站的模块均为冷床系统输入输出点。

3样站，17样站为远程ET一200，其中3样站ET一200是精整系统的远程I／O，17样站ET一200则作为冷床操作台远程I／O。4～8#站是输入输出系统传动变频器，9～16#站是1#冷床系统传动变频器，18～2l样站则是2样冷床系统传动变频器。

总线连接

PROFIBUS—DP系统是一个两端有源终端器的线性总线结构，亦称为RS485总线段，在一个总线段上多可连接32个站。使用9针D型连接器用于总线站与总线的相互连接。

D型连接器的插座与总线站相连接，而D型连接器的插头与总线电缆相连接。

与总线连接的每一个站，无论是主站还是从站，都表现为一个RS485电流负载。有源总线终端接有终端电阻，在数据传输时防止反射，并且当总线上无站活动时，它确保在数据线上有一个确定的空闲状态电位。本系统中，在一个总线段上共有20个站，2样站和l样站作为总线的2个终端接有终端电阻，终端电阻可以由位于中线插头的开关来实现连接和断开之间的转换。

PROHBUS—DP协议是为自动化制造工厂中分散I／O和现场设备所需的高速数据通信而设计的。典型的DP配置是单主站结构，DP主站与DP从站间的通信基于主一从原理，也就是说，只有当主站请求时，总线上的DP从站才可能活动。

DP从站被DP主站按轮询表依次访问。DP主站与DP从站间的用户数据连续地交换，而并不考虑用户数据的内容。中厚板1#冷床及精整区域就是采用这种典型结构

（4）由于翻板机、辊道等设备需要比较准确的定位，并且生产节奏较快，因此每台传动变频器都有外置的制动单元和制动电阻

制动单元通过中间回路连接到变频器上，当中间回路电压达到预定值时，制动单元自动接通，阻止中间电压继续升高。与制动有关的参数：P462为从静止加速到参考频率的时间；P463为加速时间的单位；P464为从参考频率减速到静置的时间；P465为减速时间的单位。根据工艺要求的不同，每台变频器设置不同的加减速时间。

PROFIBUS—DP的电磁干扰问题

安装PROFIBUS—DP的标准方法是：有接地基准电位，即必须把所有模块机架和负载电流回路与公共的基准电位（地）相连接，从而确保由于不合理的PROFIBUS—DP电缆敷设或设备安装不当而产生的干扰电流能被尽快分流掉。采用这种安装方法时，将各个部件的接地（S7—300、ET200、SIMOVERT MASTERDRIVERS）连接到控制柜的公共接地点。在这种方式下，总线插头连接器将PR0F1BUS—DP电缆的屏蔽与网络中所有的总线站相连接，干扰电流通过连接的地线分流掉，从而防止了由干扰引起的故障。

由于传动系统需要较大的电功率，因此动力电缆常常输送高电压和电流。如果这种电缆长距离与PROFIBUS—DP电缆并行敷设，则会在PROFIBUS—DP电缆上产生电容性和电感性干扰，从而扰动网络中的数据通信。为避免这种干扰，在敷设PROFIBUS—DP电缆时，要确保PROFIBUS—DP电缆与其他电线电缆之间的距离。在施工中，尽可能地把电力电缆和PROFIBUS电缆分别敷设在相互隔离的电缆桥架上。

该系统投入使用后，取得了较好的效果：

1）系统运行稳定可靠，维护检修工作量较少。

2）变频传动系统响应速度快，定位准确可靠。

3）可方便地与二级系统联网，为全线自动化奠定基础。

4）保证了产品质量，取得了较好的经济效益。