CAN网络使用普通双绞线做为传输介质,采用直线拓扑结构,单条网络线路可以连接到110个节点。当通讯距离不大于40米时,传输速率可达到1Mbps;当使用5Kbps传输速率(收发器PCA82C250/251支持)时,同一物理网络可达10公里的通讯距离。CAN总线的适用范围包括:可适用于节点数目比较多、传输距离在10公里以内、安全性和可靠性要求高的场合;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。
CAN总线在工程机械中的应用
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。而CAN总线由于良好性能,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总线技术的引入,工程机械中基于CAN总线的分布式控制系统取代原有的集中式控制系统,传统的复杂线束被CAN总线所代替,其优点包括:系统中各种控制器、执行器以及传感器之间通过CAN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总线技术在工程机械上的应用越来越普遍。国际上一些著名的工程机械大公司(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。
iCAN网络在工程机械中的应用
1. iCAN网络介绍
iCAN协议即“工业CAN应用协议”,是现场总线CAN的应用层协议之一,具有理解简单、易于实现、实时可靠的特点。iCAN网络是面向自动控制领域,基于CAN总线和iCAN协议的控制系统。该系统的目标就是解决用户在CAN应用领域中的通讯控制或者数据采集问题。
将CAN网络的数据链路层、物理层与一个高效的用户层结合在一起,既可以保障底层使用CAN总线的高效、实时、可靠的特点,又能够建立一个易于实现、成本较低、效率良好的数据通讯网络方案。这就形成了一个基于现场总线CAN的完整通讯网络以及数据采集方案,也就是 iCAN网络的诞生。
iCAN网络构建非常灵活、结构简单、成本较低,并且iCAN网络具有易于组态、安装、运行、维护简便的特点。iCAN网络组成结构如图1所示,包括了iCAN模块、CAN接口卡以及CAN网关/网桥设备。
iCAN网络的基础与核心是iCAN协议。iCAN协议是国内对于CAN系统应用的一种全新尝试。iCAN协议的设计目标是:实现一种简单、可靠、稳定的CAN应用层协议。在iCAN协议的设计过程中,充分参考和借鉴了DeviceNet协议和CANopen协议。毕竟DeviceNet协议和CANopen协议是严谨和完善的,并经过实际工程验证。制定iCAN协议是一个相当严谨的设计过程。这里主要考虑了一些关键因素:CAN报文的分配、数据通讯的实现、网络管理、设备建模。
图1:iCAN网络的组成
通过以上技术问题的解决,一方面可以保证iCAN网络的高通讯效率、高数据可靠性,令基于iCAN协议的各个总线节点能够组成一个有机的整体网络;另一方面,通过在iCAN协议设备建模方面的尝试,可以使产品描述标准化,协议发展具有可延续性,保障后续产品开发过程中在通讯协议方面的一致性。
在iCAN网络中,可以根据需要增加CAN网关/网桥设备,以适应实际系统的网络规模和通讯距离,以及用户终端设备在安装、布线等方面的要求。通过CAN网关/网桥设备,iCAN网络也可以方便地互连其它类型的网络(比如串行通讯网络RS-232/RS-485、以太网等),或者连接DeviceNet/CANopen网络。
2. 工程机械中iCAN网络结构
在工程机械中iCAN网络主要由工控微机、标准PC-CAN接口卡以及iCAN模块组成,系统结构如图2所示。
图2:工程机械中iCAN网络的结构
工控微机通过CAN接口卡接入CAN网络中,与总线进行数据交换,管理系统中各个iCAN模块及其它设备,实现系统中各设备参数监控、显示、人机界面以及各种控制功能。iCAN模块实现传感器的信号采集,并实现控制信号输出功能。
根据工程机械中的传感器、控制器类型的不同,选择合适的iCAN模块。iCAN模块的输入端口采集液压、发动机等系统中传感器的信号,并传送到总线上;输出端口根据来自总线上的控制信息操作执行机构,完成对于液压等系统的控制。
iCAN网络在工程机械中的应用避免了复杂的信号连线,使控制系统的安装简单、运行可靠、应用灵活,并能够保证控制的实时性。
应用实例:起重力矩限制系统
起重力矩限