一．CAN-bus 總線簡介：
    CAN-bus 總線是國際上應用最廣泛的現場總線之一，最初被設計用作汽車電子控製單元（ECU：Electric Control Unit）的串行數據傳(chuan) 輸網絡，現已被廣泛應用於(yu) 歐洲的中高檔汽車中。近幾年來，由於(yu) CAN-bus 總線極高的可靠性、實時性，CAN-bus 總線開始進入中國各個(ge) 行業(ye) 的數據通訊應用，並在2002 年被確定為(wei) 電力通訊產(chan) 品領域的國家標準。
    CAN-bus 網絡使用普通雙絞線作為(wei) 傳(chuan) 輸介質，采用直線拓撲結構，單條網絡線路可以連接到110 個(ge) 節點。當通訊距離不大於(yu) 40 米時，傳(chuan) 輸速率可達到1Mbps；當使用5Kbps 傳(chuan) 輸速率（收發器PCA82C250/251 支持），同一物理網絡可達10 公裏的通訊距離。
    CAN-bus 總線的適用範圍：可適用於(yu) 節點數目比較多，傳(chuan) 輸距離在10 公裏以內(nei) ，安全性、可靠性要求高的場合；也可適用於(yu) 對實時性、安全性要求十分嚴(yan) 格的機械控製網絡。
    目前，國內(nei) 的汽車、電梯行業(ye) 已是CAN-bus 應用的典型領域，工業(ye) 控製、智能樓宇、煤礦設備等行業(ye) 也得到了廣泛的應用。

二．CAN-bus 總線在工程機械中的應用
    由於(yu) 嵌入式電腦、網絡通訊、微處理器、自動控製等先進技術的日漸廣泛應用，工程機械控製係統的性能和集成度已經有了很大的提高。而CAN- bus 總線由於(yu) 良好性能，特別適合於(yu) 工程機械中各電子單元之間的互連通訊。隨著CAN-bus 總線技術的引入，工程機械中基於(yu) CAN-bus 總線的分布式控製係統取代原有的集中式控製係統，傳(chuan) 統的複雜的線束被CAN-bus 總線所代替：係統中各種控製器、執行器以及傳(chuan) 感器之間通過CAN- bus 總線連接，線纜少、易敷設，實現成本低，而且係統設計更加靈活，信號傳(chuan) 輸可靠性高，抗幹擾能力強。
    目前CAN-bus 總線技術在工程機械上的應用越來越普遍。國際上一些著名的工程機械大公司如CAT、VOLVO、利勃海爾等都在自己的產(chan) 品上廣泛采用CAN-bus 總線技術，大大提高了整機的可靠性、可檢測和可維修性，同時提高了智能化水平。而在國內(nei) ，CAN-bus總線控製係統也開始在工程汽車的控製係統中廣泛應用，在工程機械行業(ye) 中也正在逐步推廣應用。

三． iCAN 網絡在工程機械中的應用
    1．iCAN 網絡的介紹
    iCAN 協議即“Industry CAN-bus Application Protocol”，是現場總線CAN-bus 的應用層協議之一，具有理解簡單、易於(yu) 實現、實時可靠的特點。iCAN 網絡是麵向於(yu) 自動控製領域、基於(yu) CAN-bus 總線和iCAN 協議的控製係統。該係統的目標就是解決(jue) 用戶在CAN-bus 應用領域中的通訊控製或者數據采集問題。
    將CAN-bus 網絡的數據鏈路層、物理層與(yu) 一個(ge) 高效的用戶層結合在一起，既可以保障底層使用CAN-bus 總線的高效、實時、可靠的特點，又能夠建立一個(ge) 易於(yu) 實現、成本較低、效率良好的數據通訊網絡方案。這就形成了一個(ge) 基於(yu) 現場總線CAN-bus 的完整通訊網絡以及數據采集方案，也就是 iCAN 網絡的誕生。
    iCAN 網絡構建非常靈活，結構簡單，成本較低；並且iCAN 網絡具有易於(yu) 組態，安裝、運行、維護簡便的特點。iCAN 網絡組成結構如下圖所示，包括了iCAN 模塊、CAN-bus 接口卡以及CAN-bus 網關(guan) /網橋設備。

圖 1 iCAN 網絡的組成

    iCAN 網絡的基礎與(yu) 核心是iCAN 協議。iCAN 協議是國內(nei) 對於(yu) CAN-bus 係統應用的一種全新嚐試。iCAN 協議的設計目標是：實現一種簡單/可靠/穩定的CAN-bus 應用層協議。在iCAN 協議的設計過程中，充分參考和借鑒了DeviceNet 協議和CANopen 協議。畢竟DeviceNet 協議和CANopen 協議是嚴(yan) 謹和完善的，並經過實際工程驗證。
    製定iCAN 協議是一個(ge) 相當嚴(yan) 謹的設計過程。這裏主要考慮了一些關(guan) 鍵因素：
    ●CAN 報文的分配
    ●數據通訊的實現
    ●網絡管理
    ●設備建模
    通過以上技術問題的解決(jue) ，一方麵可以保證iCAN 網絡的高通訊效率、高數據可靠性，令基於(yu) iCAN 協議的各個(ge) 總線節點能夠組成一個(ge) 有機的整體(ti) 網絡；另一方麵，通過在iCAN協議設備建模方麵的嚐試，可以使產(chan) 品描述標準化，協議發展具有可延續性，保障後續產(chan) 品開發過程中在通訊協議方麵的的一致性。
    在iCAN 網絡中，可以根據需要增加CAN-bus 網關(guan) /網橋設備，以適應實際係統的網絡規模和通訊距離，以及用戶終端設備在安裝、布線等方麵的要求。通過CAN-bus 網關(guan) /網橋設備，iCAN 網絡也可以方便地互連其它類型的網絡，比如串行通訊網絡RS-232/RS-485、以太網 EtherNet 等，或者連接DeviceNet/CANopen 網絡。

    2．工程機械中iCAN 網絡結構
    在工程機械中iCAN網絡主要由工控微機、標準PC-CAN接口卡以及iCAN模塊組成，係統結構如圖 2 所示。

圖 2 工程機械中iCAN 網絡的結構

    工控微機通過CAN-bus 接口卡接入CAN-bus 網絡中，與(yu) 總線進行數據交換，管理係統中各個(ge) iCAN 模塊及其它設備；實現係統中各設備參數監控、顯示、人機界麵以及各種控製功能。iCAN 模塊實現傳(chuan) 感器的信號采集，並實現控製信號輸出功能。
    根據工程機械中的傳(chuan) 感器、控製器類型的不同，選擇合適的iCAN 模塊。iCAN 模塊的輸入端口采集液壓、發動機等係統中傳(chuan) 感器的信號，並傳(chuan) 送到總線上；輸出端口根據來自總線上的控製信息操作執行機構，完成對於(yu) 液壓等係統的控製。
    iCAN 網絡在工程機械中的應用，避免了複雜的信號連線，使控製係統的安裝為(wei) 何簡單，運行可靠，應用靈活，並能夠保證控製的實時性。

四．應用實例：起重力矩限製係統
    1．簡介
    起重力矩限製係統為(wei) 汽車起重機控製係統中一個(ge) 重要組成部分。該係統通過對起重機械中長度傳(chuan) 感器、角度傳(chuan) 感器以及壓力傳(chuan) 感器等輸出數據進行分析處理，實現對係統工作時起重力矩的實時監控，以保證起重機工作在安全狀態下。而且該係統能夠實時記錄起重機作業(ye) 中的危險工況，為(wei) 事故的分析處理提供可靠的依據。
    該係統要求能夠實時采集長度傳(chuan) 感器、角度傳(chuan) 感器以及壓力傳(chuan) 感器的輸出數據，其中長度傳(chuan) 感器、角度傳(chuan) 感器以及壓力傳(chuan) 感器的信號輸出類型主要為(wei) 電壓或者電流信號，傳(chuan) 感器信號的通道共有4 路。此外係統要求提供4 路數字量輸出通道。#p#分頁標題#e#

    2．解決(jue) 方案
    起重力矩限製係統的CAN-bus解決(jue) 方案為(wei) ：係統采用一塊PC104-CAN2I雙路CAN接口卡、一個(ge) iCAN-4017 模擬量輸入模塊以及一個(ge) iCAN-4050 數字量輸入輸出模塊。起重力矩限製係統結構示意圖如下圖 3 所示：

圖 3 起重力矩限製係統原理圖

    1）PC104-CAN2I 雙路CAN 接口卡作為(wei) CAN 網絡主控設備，實現對於(yu) 數據采集模塊的管理。PC104-CAN2I 接口卡配備 2 個(ge) 通道CAN 接口， CAN 通道采用光電隔離措施，增強了係統在惡劣環境中使用的可靠性。電路板采用4 層板技術，SMT 工藝，抗幹擾能力強，保障長期運行的穩定可靠。
    2）iCAN-4017 模擬量輸入模塊主要技術參數如下：
 

    采用iCAN-4017 模擬量輸入模塊的四路輸入通道用於(yu) 采集係統中長度傳(chuan) 感器、角度傳(chuan) 感器以及壓力傳(chuan) 感器的輸出數據。
    3）iCAN-4050 數字量輸入輸出模塊主要技術參數如下：
 

    采用iCAN-4050 數字量輸入輸出模塊四路輸出通道用於(yu) 提供數字量輸出信號。

    3．係統說明
    起重力矩限製係統通過iCAN 模塊檢測各傳(chuan) 感器的信號，各模塊通過CAN 總線將傳(chuan) 感器數據傳(chuan) 送到控製主機進行處理，係統工作狀態實時顯示在人機界麵上。該係統能夠警示危險工況，診斷並排除故障。在危險工況下，通過實時地控製輸出模塊，使係統處於(yu) 安全狀態，防止事故的發生。
    起重力矩限製係統軟件采用VC++開發。係統軟件對傳(chuan) 感器數據進行處理，實時獲取係統工作狀態，並以圖形化的界麵顯示，在危險狀態下及時發出報警信息，並可以根據鍵盤指令進行相應的控製。
    在起重力矩限製係統中采用了iCAN-4017 模塊以及iCAN-4050 模塊各一個(ge) 。在滿足係統需求的基礎之上，模擬量輸入、數字量輸入以及開關(guan) 量輸出均有剩餘(yu) 通道，可以方便未來產(chan) 品功能的擴展。
    該起重力矩限製係統的特點是：通過CAN-bus 總線實現對各傳(chuan) 感器信號的采集以及輸出裝置的控製，使得係統十分容易構建，布線安裝十分方便；同時係統抗幹擾能力強、可靠性高、實時響應性好。而且通過CAN-bus 總線的應用，使該起重力矩限製係統的很容易作為(wei) 一個(ge) 子係統嵌入到起重機的控製係統中。
    通過實際的運行測試表明，該係統運行穩定、可靠，維護接口方便，性能價(jia) 格比較高。

五．結論
    CAN-bus 總線的應用使工程機械控製係統功能具有良好的可擴展性，易於(yu) 實現對各分係統得集中監測和管理。此外CAN-bus 總線的應用使用戶的使用、維護、故障診斷更加靈活和方便，例如起重機在出廠調試時，工廠計算機係統可以通過CAN-bus 總線訪問其控製係統，記錄保存調試數據，以作為(wei) 在故障時維修的原始參考數據。
    隨著CAN-bus 總線在工程機械中的不斷應用，必將大大提高工程機械的可靠性、可檢測、可維修性以及智能化水平。
    依靠強大的專(zhuan) 業(ye) 開發團隊、NXP 半導體(ti) 的領先技術，我們(men) 始終執著於(yu) 工程機械行業(ye) 中CAN-bus 總線的應用推廣，為(wei) 客戶提供更多的優(you) 質的解決(jue) 方案。