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CAN總線對挖掘機電氣控制系統(tǒng)的應用論文
摘要：在我國的經(jīng)濟發(fā)展中，工業(yè)經(jīng)濟得到迅速發(fā)展，與此同時，城市的進步和發(fā)展，使得城市建設和規(guī)劃也在逐漸的完善中。城市建設和工業(yè)的發(fā)展使我國的機械行業(yè)需求不斷增加，尤其是挖掘機行業(yè)。挖掘機行業(yè)的進步和發(fā)展對于提高我國的工業(yè)進步有著重要的作用，故此，對挖掘機電氣控制系統(tǒng)進行研究，進而促進挖掘機的進步。本文對電氣控制系統(tǒng)、挖掘機電氣控制系統(tǒng)的組成以及CAN總線進行分析和研究，并分析CAN總線在挖掘機電氣控制系統(tǒng)中的應用，為挖掘機電氣控制系統(tǒng)的開發(fā)提供有價值的參考意見和建議，進而提高挖掘機電氣控制系統(tǒng)的技術(shù)水平，為我國的工業(yè)進步提供技術(shù)支持。
關(guān)鍵詞：挖掘機電氣控制系統(tǒng)；CAN總線；應用
近年來，我國的挖掘機行業(yè)得到快速的發(fā)展，對挖掘機的技術(shù)研究也在不斷的增加，如何提高挖掘機的工作效能和工作水平成為其中的重點和關(guān)鍵，尤其是在挖掘機的電氣控制系統(tǒng)中，運用CAN總線，對電氣控制系統(tǒng)進行改善，并使得挖掘機的性能、高效以及節(jié)能等能夠發(fā)揮，已廣泛用于工程機械，可有效解決數(shù)據(jù)間共享和縮減線柬，增減節(jié)點不影響原系統(tǒng)，從而提高挖掘機的電力控制系統(tǒng)運行。
1電氣控制系統(tǒng)概述
隨著我國城市化的發(fā)展和進步，城市建設增加，在城市的建設中土木工程是其中較多的施工項目，我國工程機械保有量巨大，未來將進入存量時代，下面是我國機械的保有量：在土木工程的施工中，挖掘機就是一個重要的施工機械設備，挖掘機主要是由電氣控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、發(fā)動機以及行走系統(tǒng)等組成，在挖掘機中，電氣控制系統(tǒng)是其中的重要部分，它的高效運行直接關(guān)系到挖掘機的性能和維護的效率，因此，電氣控制系統(tǒng)作為挖掘機的核心系統(tǒng)之一，借助現(xiàn)今的CAN總線對挖掘機進行研發(fā)，并反映挖掘機的智能化程度，因此，借助CAN總線可以提高電氣系統(tǒng)的運行效率，推動挖掘機的智能化發(fā)展和進步。
2挖掘機電氣控制系統(tǒng)的組成
2.1控制系統(tǒng)
在挖掘機的電氣控制系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)的組成是其中的一個重要內(nèi)容，在整個挖掘機的電氣控制系統(tǒng)中，其中包括較多內(nèi)容，但是其中重要的功能系統(tǒng)就是控制系統(tǒng)。在控制系統(tǒng)中，需要對挖掘機中的信息進行反饋和處理，其中包括傳感器信息采集、按鍵功能處理、液壓系統(tǒng)控制、發(fā)動機功率調(diào)節(jié)、監(jiān)控系統(tǒng)管理、GPS通訊管理的輸入輸出功能處理等程序，這些系統(tǒng)在挖掘機的電氣控制系統(tǒng)中占有重要地位，它能夠保障挖掘機電氣系統(tǒng)的正常運行，故此，在挖掘機的電氣控制系統(tǒng)中，加強對控制系統(tǒng)的開發(fā)和研究極為重要。
2.2系統(tǒng)功能
電氣控制系統(tǒng)功能主要是針對挖掘機的各種功能進行設計，通過對挖掘機的功能需求進行分析和設計，為挖掘機提供更加豐富的功能選擇。在挖掘機的電氣控制系統(tǒng)中，要加強對系統(tǒng)功能要求的介紹，其中，目前大多企業(yè)所用的挖掘機為中型的挖掘機，一般使用技術(shù)成熟的負流量液壓系統(tǒng)，這種系統(tǒng)功能能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)動機和泵的功率控制和整車控制功能，在電氣控制系統(tǒng)中，主要包括發(fā)動機控制、液壓系統(tǒng)控制、按鍵功能處理以及增壓開關(guān)等，通過在挖掘機的電氣控制系統(tǒng)中，對GPS技術(shù)的運用也較多，加強對GPS系統(tǒng)功能的研究，提高系統(tǒng)功能的運行效率也是挖掘機電氣控制系統(tǒng)中的重要部分。
3CAN總線簡述
在挖掘機的電氣控制系統(tǒng)中運用CAN總線技術(shù)，對于提高挖掘機的性能有著重要的作用，所謂的CAN就是ControllAreaNetwork，簡稱控制器局域網(wǎng)絡，它是一種新的技術(shù)，在運用的過程中能夠使挖掘機的電氣控制系統(tǒng)適用于惡劣的環(huán)境，CAN總線技術(shù)有以下幾個特點：首先，在挖掘機電氣控制系統(tǒng)中，CAN總線技術(shù)在整個數(shù)據(jù)系統(tǒng)中進行數(shù)據(jù)通信時，它沒有主從之分，可以將挖掘機電氣控制系統(tǒng)額數(shù)據(jù)進行輸送，之后CAN總線的控制中心的各個設備之間就可以收發(fā)信息；其次，CAN總線技術(shù)在進行通信的過程中，可以多個節(jié)點同時進行，尤其是是在特殊情況下，優(yōu)先級高的能夠高效的通過，進而保障通信線路的順暢，避免造成通信線路的擁塞；再者，在挖掘機的電氣控制系統(tǒng)中運行CAN總線技術(shù)，它能夠改變以往通信的距離，延長通信的距離，加快信息和數(shù)據(jù)的傳輸速度，例如在挖掘機的電氣控制系統(tǒng)中運行CAN總線技術(shù)，其通信距離可達十千米，傳輸速度達到100Mb/s；最后，CAN總線技術(shù)主用運用了雙絞線的傳輸介質(zhì)，這種傳輸介質(zhì)相比較傳統(tǒng)的傳輸介質(zhì)來說，其電氣控制系統(tǒng)的效率和性能會更高。故此，在挖掘機的電氣控制系統(tǒng)中運用CAN總線技術(shù)，采用其技術(shù)的特點，尤其是我國的土木工程和城市建設的環(huán)境復雜多樣，運用CAN技術(shù)能夠在復雜環(huán)境中的高效運行，可以提高挖掘機的操作水平，使得挖掘機的操作更加舒適，工作效率更高，油耗更低，同時一個電控單元出現(xiàn)故障不會使整個大型挖掘機電氣控制系統(tǒng)崩潰，進而保障挖掘機的安全運行。
4CAN總線在挖掘機電氣控制系統(tǒng)中的應用
4.1電氣功能設計
在挖掘機的電氣控制系統(tǒng)中，電氣功能的設計是CAN總線運用的重要表現(xiàn)之一。電氣控制系統(tǒng)的功能設計為提高電氣控制系統(tǒng)的高效運行有著重要的意義，其電氣功能設計主要包括以下幾個方面：第一，開關(guān)量輸入（DI）和開關(guān)量輸出（DO）的處理，在電氣功能的設計中，要科學的設計開關(guān)量輸入和開關(guān)量輸出的設計，其中在設計的過程中要根據(jù)挖掘機的運行情況和電氣控制系統(tǒng)的要求進行設計，連接示意圖如圖1所示。第二，在電氣功能設計中，傳感器調(diào)理電路是一個重要功能設計，在進行設計中，傳感器的類型多樣，但是都是將被測量的物理量的變化轉(zhuǎn)化為電阻的變化，因此，在傳感器調(diào)理電路的設計中，要根據(jù)電阻的變化以及溫度進行傳感器電路的調(diào)整，使得傳感器能夠在電氣控制系統(tǒng)中高效運行。第三，發(fā)動機控制電路也是電氣功能設計中的一項重要內(nèi)容，在電動機控制電路中，通過對發(fā)動機的啟停、防二次啟動功能進行設計，進而保障證啟動馬達的安全，提高挖掘機電氣控制系統(tǒng)的性能。第四，在挖掘機電氣功能設計中，應急電路主要是在控制其出現(xiàn)故障時可以對挖掘機進行控制，進而可以通過應急撥子開關(guān)來切換應急和正�？刂颇Ｊ�，進而保障挖掘機的正常運行，故此，在電氣功能設計中，要科學設計應急電路，電路控制原理如圖2所示。第五，挖掘機電氣控制系統(tǒng)中，對泵比例閥電流控制電路進行科學設計，交流電的頻率是由發(fā)電機的磁極對數(shù)m和轉(zhuǎn)速n決定的，公式：f=mn/60，進而保障挖掘機控制的核心功能能夠正常的發(fā)揮。
4.2電氣控制系統(tǒng)程序設計
電氣控制系統(tǒng)的程序設計也是CAN總線技術(shù)在其中的重要運用。在挖掘機電氣控制系統(tǒng)中，主要包括兩個部分，首先是控制器程序設計，在控制器程序的設計中，主控制器的程序設計運用程序模塊化的設計思維，在設計中先進行主程序和子程序模塊的設計，其中主程序主要是包括硬件輸入輸出初始化、CAN通信初始化以及通信參數(shù)設置等系統(tǒng)初始化和傳感器處理模塊、傳感器標定以及液壓控制模塊等調(diào)用子程序兩種，它們構(gòu)成了主程序。在控制其的程序設計中，要多借用其他先進的挖掘機電氣控制系統(tǒng)的控制器程序設計經(jīng)驗，從而不斷提高控制器的程序設計水平，同時，在顯示器的程序設計中，主要是對各種數(shù)據(jù)和信息的顯示，其主要任務是完成整機工況參數(shù)顯示和管理、界面設計以及界面切換等，從而不斷豐富電氣控制系統(tǒng)。因此，在電氣控制系統(tǒng)中，可以通過對控制器程序和顯示器程序的設計完善電氣控制系統(tǒng)的程序。
4.3監(jiān)控系統(tǒng)設計
在挖掘機電氣控制系統(tǒng)中，監(jiān)控系統(tǒng)的設計是CAN總線運用的重要組成部分，其中的監(jiān)控系統(tǒng)中最主要的包括故障報警界面以及養(yǎng)護信息界面，通過界面的信息顯示能夠加強對挖掘機的檢修，并通過按鍵操作進入發(fā)動機、參數(shù)設置以及系統(tǒng)設定等界面，科學技術(shù)的進步使得其監(jiān)控系統(tǒng)設計水平也在不斷的提高，其中顯示器的監(jiān)控系統(tǒng)也是其中的重要內(nèi)容，它主要是借助整個挖掘機的監(jiān)控系統(tǒng)，使得整個機械的信息管理和監(jiān)督水平得到快速的提高，因此，在挖掘機的電氣系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)中，主要包括開機界面、主界面以及系統(tǒng)菜單等功能界面，通過這些界面可以加強對電氣控制系統(tǒng)的監(jiān)督，一方面，要先設計控制器的程序流程，在流程的設計中，要根據(jù)挖掘機的電氣控制系統(tǒng)的實際運行情況，嚴謹?shù)囊?guī)劃其控制器程序流程，進而提高控制器的運行效率，同時，在監(jiān)控系統(tǒng)的主界面的設計中，要細化的規(guī)劃界面的各個內(nèi)容和顯示的信息，進而方便監(jiān)控系統(tǒng)的使用，另一方面，在主界面的圖標對應中，F(xiàn)1～F5功能按鍵，對應著動力模式切換、自動怠速切換、行駛高低速切換、消音、系統(tǒng)菜單，界面的切換或者功能操作可通過顯示器下的功能按鍵進行操作。因此，在挖掘機的電氣控制系統(tǒng)中，加強對監(jiān)控系統(tǒng)的設計極為重要。
4.4控制器軟件和控制策略
控制器軟件和控制策略是CAN總線在挖掘機電氣控制系統(tǒng)的重要應用。在挖掘機的電氣控制器軟件中，主要包括了CAN總線通訊模塊、傳感器采集模塊、邏輯采集控制模塊等，在挖掘機電氣控制系統(tǒng)的傳感器采集模塊是其中的重點，它主要是通過各種采集軟件進行信息和數(shù)據(jù)的集中和整理，之后借助CAN總線傳輸給顯示器，之后將參數(shù)進行顯示，并接收到顯示器發(fā)送的控制指令，進行數(shù)據(jù)處理�？刂撇呗灾饕翘岣咄诰驒C的運行效率和性能。因此，在挖掘機的電氣控制系統(tǒng)中，運用控制策略，提高挖掘機的工作效率和燃油的經(jīng)濟性。例如，在挖掘機的電氣控制系統(tǒng)中，不能依靠傳統(tǒng)的發(fā)動機的轉(zhuǎn)速進行控制，而是依靠檢測挖掘機液壓泵壓力和發(fā)動機轉(zhuǎn)速兩個參數(shù)結(jié)合來控制挖掘機，進而使得挖掘機發(fā)動機一泵一負載之間功率更好地匹配，提高挖掘機的性能。
4.5GPS遠程管理模塊設計
CAN總線技術(shù)在GPS遠程管理模塊的設計也是挖掘機的電氣控制系統(tǒng)的重要組成部分。隨著科學技術(shù)的發(fā)展和進步，在現(xiàn)今的機械設備以及社會的運用中，智能化和數(shù)字化的建設越來越多，經(jīng)濟的發(fā)展也推動科學的發(fā)展，其中GPS的運用就是其中的一項，GPS終端技術(shù)主要是借助CAN總線和控制器進行數(shù)據(jù)交換，進而實現(xiàn)定位、遠程數(shù)據(jù)傳輸和防拆報警等功能，以下主要對這幾個功能進行介紹：其一，在GPS遠程管理模塊中，定位功能尤為重要，主要是借助GPS技術(shù)的定位功能和客戶端的軟件，使得挖掘機的位置能夠清晰的顯示，通過GPS的行為技術(shù)可以促進挖掘機的高效運行；其二，遠程數(shù)據(jù)傳輸也是GPS遠程管理模塊設計中的重點，在挖掘機的電氣控制系統(tǒng)中，運用CAN總線技術(shù)，對其中的數(shù)據(jù)進行實時傳輸，進而使得電力控制系統(tǒng)能夠盡快的掌握挖掘機的機油壓力、水溫以及發(fā)動機轉(zhuǎn)速等各項信息；其三，在挖掘機的電氣系統(tǒng)中遠程故障報警功能在電氣控制系統(tǒng)中具有重要的作用，采用CAN總線技術(shù)和GPS技術(shù)，對挖掘機運行中出現(xiàn)的故障進行報警，使得控制中心能夠及時的掌握挖掘機的運行狀況，并對有故障的挖掘機進行檢修，在檢修的過程中，技術(shù)人員通過GPS客戶端掌握的信息和數(shù)據(jù)，對挖掘機的電氣控制系統(tǒng)進行養(yǎng)護，進而保障挖掘機的正常運行。
5結(jié)語
總而言之，在挖掘機的電氣控制系統(tǒng)中，運用CAN總線進行設計和分析，進而提高其電氣控制系統(tǒng)的運行水平和效率，故此，在挖掘機電氣控制系統(tǒng)中運用CAN總線進行電氣功能設計、系統(tǒng)程序設計、監(jiān)控系統(tǒng)設計、控制器軟件和控制策略以及GPS遠程管理模塊設計等，并根據(jù)系統(tǒng)要求，設計了挖掘機的應急電路，保證了挖掘機的應急狀態(tài)下能工作，同時該控制系統(tǒng)實現(xiàn)了挖掘機實際挖掘作業(yè)過程中發(fā)動機一泵功率匹配控制、自動怠速控制等功能，提高挖掘機的作業(yè)效率，降低燃油消耗率，實現(xiàn)挖掘機整機運行狀態(tài)實時監(jiān)控。
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