0、引言
    路面碎石化處理是將原有混凝土路面破碎成較小板塊，即將整個(gè)舊路面變成更加穩(wěn)定的路面底基層，同時(shí)徹底消除衍射影紋的方法。相對(duì)于落錘式破碎方式，這種碎石化工藝破碎能量大部分被水泥混凝板塊所吸收，產(chǎn)生的顆粒粒徑相對(duì)較小，破碎時(shí)的影響范圍也較小，破碎顆粒均勻，能有效分離混凝土路面的異種材質(zhì)，不會(huì)產(chǎn)生二次廢棄物。
    路面破碎機(jī)采用液壓驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，對(duì)不同系統(tǒng)結(jié)構(gòu)間的聯(lián)動(dòng)較多，對(duì)控制系統(tǒng)的控制精度和通信要求較高。本文采用基于CAN總線結(jié)構(gòu)的CANopen總線協(xié)議滿足控制系統(tǒng)的通信要求．使得系統(tǒng)中各模塊之間數(shù)據(jù)通訊準(zhǔn)確、快速、穩(wěn)定，從而保證了控制系統(tǒng)的精確性和可靠性，用CAN總線將遍布車身各處的所有傳感器、控制器和執(zhí)行器聯(lián)接起來(lái)，既保證了系統(tǒng)具有強(qiáng)大功能，也使得結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高，這是現(xiàn)代工程機(jī)械技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。
    現(xiàn)代化的工程機(jī)械已經(jīng)發(fā)展成為集機(jī)電液為一體的高科技產(chǎn)品，電氣系統(tǒng)是其中的一個(gè)重要組成部分．幾乎所有的操作都采用電控方式實(shí)現(xiàn)。電液比例控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的用電氣控制技術(shù)將液壓系統(tǒng)和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的各個(gè)執(zhí)行元件的動(dòng)作有機(jī)地聯(lián)系起來(lái)，從而使路面破碎機(jī)能夠準(zhǔn)確地完成破碎作業(yè)，精確地實(shí)現(xiàn)行走和發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)的控制。同時(shí)還對(duì)整車系統(tǒng)的故障進(jìn)行檢測(cè)、報(bào)警、診斷、再現(xiàn)和智能監(jiān)控等。
1、CANopan總線協(xié)議及其應(yīng)用
1.1 CANopen總線協(xié)議
    CA Nopen總線協(xié)議是基于CAN (Controller Area Net-work)總線技術(shù)的應(yīng)用層協(xié)議，是一種公共、開放、通用的協(xié)議，已經(jīng)被接受為CAN高層協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)之一，應(yīng)用于過(guò)程控制、通信電子設(shè)備、工程機(jī)械等領(lǐng)域。相對(duì)于其他的總線通信標(biāo)準(zhǔn)，此協(xié)議不僅可以解決設(shè)備間的互聯(lián)問(wèn)題，同時(shí)也提高了信息傳輸?shù)目煽啃浴⑼ㄐ潘俾始霸O(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化、開放化程度。
    CAN及CANopen標(biāo)準(zhǔn)在OSI網(wǎng)絡(luò)模型中對(duì)應(yīng)包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層，傳輸速度可達(dá)250 kB/s，使用標(biāo)準(zhǔn)的CAN幀．有11位標(biāo)識(shí)符，包含一個(gè)4位的功能碼部分和一個(gè)7位的節(jié)點(diǎn)ID部分。
    在CANopen總線協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸中共定義了4類通訊報(bào)文，分別為管理對(duì)象(NMT)、服務(wù)數(shù)據(jù)對(duì)象(SDO)、過(guò)程數(shù)據(jù)對(duì)象(PDO)和特殊功能對(duì)象。其中SDO用來(lái)傳遞網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的配置信息，如IW、QW、MW的讀取和MW、MW的修改，PDO用來(lái)傳遞過(guò)程數(shù)據(jù)信息。
1.2CANopen總線協(xié)議編程
    在實(shí)際的工程應(yīng)用中．用戶可以按照類的規(guī)定把要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)映射到相應(yīng)的對(duì)象中．CANopen規(guī)定了相應(yīng)的地址區(qū)間用于發(fā)送和接收總線上的數(shù)據(jù)．節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)發(fā)送與接收主要以PDO和SDO報(bào)文進(jìn)行。程序設(shè)計(jì)中的CANopen總線協(xié)議編程流程和內(nèi)容如下。
    (1) CANopen的初始化。對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)編寫CANopen的初始化程序，定義每個(gè)節(jié)點(diǎn)與總線上其他節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)收發(fā)對(duì)應(yīng)關(guān)系，建立節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)收發(fā)表。
    (2)發(fā)送PDO報(bào)文到CANopen總線。發(fā)送PDO信息到CANopen總線就是把數(shù)據(jù)寫入輸出映象區(qū)，模塊的硬件會(huì)按照一定的周期，或當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí)，把PDO發(fā)送到CANopen總線上。
    (3)從CANopen總線接收PDO。從CANopen總線接收PDO信息就是從輸入映象區(qū)讀取數(shù)據(jù)，映象地址根據(jù)CANopen初始化代碼進(jìn)行分配，接收信息時(shí)，按優(yōu)先級(jí)排列依次分配輸入映象地址。
2、控制系統(tǒng)需求分析
    路面破碎機(jī)控制系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)目標(biāo)包括：作業(yè)時(shí)連續(xù)準(zhǔn)確地控制振動(dòng)裝置的破碎頻率，精確調(diào)節(jié)振動(dòng)裝置的水平和垂直位置，并聯(lián)動(dòng)行走機(jī)構(gòu)、發(fā)動(dòng)機(jī)和輔助設(shè)備的工作參數(shù)，保證路面的施工質(zhì)量，向時(shí)兼顧系統(tǒng)的節(jié)能性能。
    破碎系統(tǒng)為閉式液壓系統(tǒng)，由1個(gè)液壓泵驅(qū)動(dòng)1個(gè)馬達(dá)。頻率值可由操作者在控制面板上設(shè)定，當(dāng)工作泵排量調(diào)整范圍不夠時(shí)，還能以改變工作馬達(dá)排量來(lái)調(diào)整。
    行走系統(tǒng)為閉式液壓系統(tǒng)，由1個(gè)行走泵驅(qū)動(dòng)2個(gè)行走馬達(dá)．分別經(jīng)減速機(jī)后驅(qū)動(dòng)2個(gè)后輪。由操作者通過(guò)速度踏板來(lái)對(duì)設(shè)備的行走速度進(jìn)行控制。與設(shè)備行走速度有關(guān)的因素包括：發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、行走泵排量、行走馬達(dá)排量。當(dāng)行走速度需要增加或減少時(shí)，首先調(diào)整行走泵排量，其次調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，行走馬達(dá)排量根據(jù)負(fù)荷自行調(diào)整。應(yīng)盡可能使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速處于節(jié)能轉(zhuǎn)速，或接近節(jié)能轉(zhuǎn)速。
    當(dāng)左、右車輪轉(zhuǎn)速比值超過(guò)設(shè)定值時(shí)，提示“打滑”，啟動(dòng)防滑程序。手動(dòng)防滑驅(qū)動(dòng)時(shí)，操作者需按動(dòng)指定按鈕后再執(zhí)行防滑程序。設(shè)備總共提供了后輪減速機(jī)駐車制動(dòng)、前輪制動(dòng)器制動(dòng)、反拖制動(dòng)3種物理制動(dòng)手段，分別或組合地用于駐車制動(dòng)、行車制動(dòng)和緊急制動(dòng)3種制動(dòng)工況。
    首先必須保證工作系統(tǒng)的振動(dòng)馬達(dá)轉(zhuǎn)速。當(dāng)行走負(fù)載增大到影響發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)，以減小行走系統(tǒng)速度來(lái)維持發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。
    整車性能上，控制系統(tǒng)應(yīng)該對(duì)整車參數(shù)實(shí)現(xiàn)精確匹配以達(dá)到最佳控制效果。控制精確有效、人機(jī)交互方便、具有高溫、高振動(dòng)惡劣條件下的高可靠性。
    路面破碎機(jī)控制系統(tǒng)包括了基本電氣系統(tǒng)、行走機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)、工作裝置控制系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)、輔助設(shè)備控制系統(tǒng)、人機(jī)交互系統(tǒng)、故障診斷系統(tǒng)和通訊系統(tǒng)等幾大主要模塊。
3、路面破碎機(jī)電液比例控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    為了實(shí)現(xiàn)路面破碎機(jī)的工作機(jī)構(gòu)控制、工作參數(shù)顯示、在線參數(shù)調(diào)節(jié)、故障診斷和數(shù)據(jù)通信等功能，選用芬蘭EPEC公司的EPEC2023控制器，將CANopen協(xié)議運(yùn)用到路面破碎機(jī)電氣系統(tǒng)的控制。
    EPEC控制器是專為工程機(jī)械設(shè)計(jì)的，它以PLC為基礎(chǔ)，充分考慮了工程機(jī)械施工現(xiàn)場(chǎng)的各種惡劣環(huán)境，通過(guò)功能擴(kuò)展、提高防護(hù)等級(jí)并進(jìn)行整體封裝而成。多達(dá)52個(gè)I/O引腳為一針多用，可作為開關(guān)量、脈沖和模擬量輸入，也可作為PWM和開關(guān)量輸出，根據(jù)使用需要通過(guò)軟件編程定義，其中模擬輸入端口具有處理不同信號(hào)的能力，對(duì)電阻信號(hào)、電流信號(hào)以及電壓信號(hào)都可以進(jìn)行采集并通過(guò)軟件編程進(jìn)行設(shè)定。EPEC2023最大8路的PWM輸出取代了傳統(tǒng)電液比例閥的放大器電路，具有大電流輸出端口（0一3 A），可直接控制4個(gè)電液比例閥，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)電路，設(shè)計(jì)、維修方便，且故障率較低。
    具有CANopen和CAN2.OB兩種總線接口，可與很多標(biāo)準(zhǔn)CAN總線產(chǎn)品進(jìn)行連接，或通過(guò)門路模塊與其他總線或上位機(jī)連接，組建大型系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)較多或信號(hào)傳輸距離較遠(yuǎn)時(shí)可以使用多個(gè)控制器組網(wǎng)，可靠性、靈活性和可擴(kuò)展性大大加強(qiáng)。
    采用EPEC控制器構(gòu)建基于CANopen協(xié)議的路面破碎機(jī)電液比例控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)見圖l。
    路面破碎機(jī)控制系統(tǒng)總線網(wǎng)絡(luò)由3個(gè)節(jié)點(diǎn)通過(guò)CAN網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接而成。采用芬蘭EPEC公司的2個(gè)EPEC2023和1個(gè)EPEC2037為CAN總線節(jié)點(diǎn)。其中EPEC2023P1用于系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)及整車附件的控制，設(shè)置為主節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)號(hào)為4；EPEC2023P2用于工作機(jī)構(gòu)的控制器，作為從節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)號(hào)為8。EPEC2037作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、狀態(tài)顯示和參數(shù)設(shè)置器件。另外為了實(shí)現(xiàn)整車的工作結(jié)構(gòu)和發(fā)動(dòng)機(jī)的聯(lián)動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)整車的節(jié)能控制，將發(fā)動(dòng)機(jī)的ECU作為系統(tǒng)的CAN節(jié)點(diǎn)，與EPEC2023通過(guò)CAN2.OB協(xié)議總線接口聯(lián)接，將發(fā)動(dòng)機(jī)的相關(guān)參數(shù)送入系統(tǒng)進(jìn)行顯示和參與控制，它們之間通過(guò)CAN總線組成路面破碎機(jī)控制系統(tǒng)的總線網(wǎng)絡(luò)。
4、路面破碎機(jī)破碎系統(tǒng)的控制程序設(shè)計(jì)
    EPEC控制器使用通用的IEC1131-I語(yǔ)言編程，支持6種編程語(yǔ)言，程序可現(xiàn)場(chǎng)下載，通過(guò)車載的顯示器模塊可在線改變程序參數(shù)。
    控制器的程序設(shè)計(jì)分為系統(tǒng)控制程序、設(shè)備控制程序兩大部分。系統(tǒng)控制程序包括I/O初始化、CANopen的初始化和收發(fā)程序、參數(shù)存儲(chǔ)以及故障監(jiān)測(cè)及處理等模塊，用以控制控制器本身及整車系統(tǒng)的配置：設(shè)備控制程序是針對(duì)控制對(duì)象的程序，包括行走機(jī)構(gòu)的左右行走泵、散熱風(fēng)扇、發(fā)動(dòng)機(jī)油門和破碎系統(tǒng)的工作泵和工作馬達(dá)等。
    破碎系統(tǒng)是通過(guò)對(duì)工作泵、工作馬達(dá)排量的連續(xù)調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)工作頻率控制，在工作泵排量調(diào)整范圍不夠的情況下，再以改變工作馬達(dá)排量來(lái)調(diào)整，目標(biāo)值由操作者在控制面板上設(shè)定，工作頻率對(duì)應(yīng)于工作馬達(dá)每秒種轉(zhuǎn)速，采用閉環(huán)控制。其中工作泵、工作馬達(dá)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用力士樂(lè)的電液比例閥及電液比例泵。電液比例閥是典型的機(jī)電液一體化元件，廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械設(shè)備中，電液比例控制的核心是控制電液比例閥的電流。相對(duì)于模擬式控制而言，采用PWM(脈沖寬度調(diào)制)控制方式，其功率輸出級(jí)為開關(guān)型結(jié)構(gòu)，功耗小．PWM信號(hào)中包含了同頻率的脈動(dòng)量，無(wú)需另加顫振信號(hào)，抗干擾能力強(qiáng)，滯后時(shí)間短，重復(fù)精度高。
5、結(jié)語(yǔ)
    程序設(shè)計(jì)在Codesya2.1的開發(fā)環(huán)境下完成，通過(guò)在路面破碎機(jī)樣機(jī)上調(diào)試，破碎系統(tǒng)達(dá)到了±0.01Hz的頻率連續(xù)調(diào)節(jié)，取得了滿意的控制效果。通過(guò)使用CANMoon監(jiān)測(cè)CAN總線上數(shù)據(jù)的傳輸，可以確認(rèn)數(shù)據(jù)收發(fā)的可靠性，符合路面破碎機(jī)的通信要求。通過(guò)采用符合CANopen協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化裝置，增強(qiáng)了設(shè)備的可擴(kuò)展性，同時(shí)也提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕�可以滿足現(xiàn)代工程車輛的通信和控制要求。