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CAN總線(xiàn)對挖掘機電氣控制系統的應用論文
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(shí)，城市的進(jìn)步和發(fā)展，使得城市建設和規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(jìn)步和發(fā)展對于提高我國的工業(yè)進(jìn)步有著(zhù)重要的作用，故此，對挖掘機電氣控制系統進(jìn)行研究，進(jìn)而促進(jìn)挖掘機的進(jìn)步。本文對電氣控制系統、挖掘機電氣控制系統的組成以及CAN總線(xiàn)進(jìn)行分析和研究，并分析CAN總線(xiàn)在挖掘機電氣控制系統中的應用，為挖掘機電氣控制系統的開(kāi)發(fā)提供有價(jià)值的參考意見(jiàn)和建議，進(jìn)而提高挖掘機電氣控制系統的技術(shù)水平，為我國的工業(yè)進(jìn)步提供技術(shù)支持。
關(guān)鍵詞：挖掘機電氣控制系統；CAN總線(xiàn)；應用
近年來(lái)，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(diǎn)和關(guān)鍵，尤其是在挖掘機的電氣控制系統中，運用CAN總線(xiàn)，對電氣控制系統進(jìn)行改善，并使得挖掘機的性能、高效以及節能等能夠發(fā)揮，已廣泛用于工程機械，可有效解決數據間共享和縮減線(xiàn)柬，增減節點(diǎn)不影響原系統，從而提高挖掘機的電力控制系統運行。
1電氣控制系統概述
隨著(zhù)我國城市化的發(fā)展和進(jìn)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(lái)將進(jìn)入存量時(shí)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(gè)重要的施工機械設備，挖掘機主要是由電氣控制系統、液壓系統、發(fā)動(dòng)機以及行走系統等組成，在挖掘機中，電氣控制系統是其中的重要部分，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，電氣控制系統作為挖掘機的核心系統之一，借助現今的CAN總線(xiàn)對挖掘機進(jìn)行研發(fā)，并反映挖掘機的智能化程度，因此，借助CAN總線(xiàn)可以提高電氣系統的運行效率，推動(dòng)挖掘機的智能化發(fā)展和進(jìn)步。
2挖掘機電氣控制系統的組成
2.1控制系統
在挖掘機的電氣控制系統中，控制系統的組成是其中的一個(gè)重要內容，在整個(gè)挖掘機的電氣控制系統中，其中包括較多內容，但是其中重要的功能系統就是控制系統。在控制系統中，需要對挖掘機中的信息進(jìn)行反饋和處理，其中包括傳感器信息采集、按鍵功能處理、液壓系統控制、發(fā)動(dòng)機功率調節、監控系統管理、GPS通訊管理的輸入輸出功能處理等程序，這些系統在挖掘機的電氣控制系統中占有重要地位，它能夠保障挖掘機電氣系統的正常運行，故此，在挖掘機的電氣控制系統中，加強對控制系統的開(kāi)發(fā)和研究極為重要。
2.2系統功能
電氣控制系統功能主要是針對挖掘機的各種功能進(jìn)行設計，通過(guò)對挖掘機的功能需求進(jìn)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中，要加強對系統功能要求的介紹，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，這種系統功能能夠實(shí)現發(fā)動(dòng)機和泵的功率控制和整車(chē)控制功能，在電氣控制系統中，主要包括發(fā)動(dòng)機控制、液壓系統控制、按鍵功能處理以及增壓開(kāi)關(guān)等，通過(guò)在挖掘機的電氣控制系統中，對GPS技術(shù)的運用也較多，加強對GPS系統功能的研究，提高系統功能的運行效率也是挖掘機電氣控制系統中的重要部分。
3CAN總線(xiàn)簡(jiǎn)述
在挖掘機的電氣控制系統中運用CAN總線(xiàn)技術(shù)，對于提高挖掘機的性能有著(zhù)重要的作用，所謂的CAN就是ControllAreaNetwork，簡(jiǎn)稱(chēng)控制器局域網(wǎng)絡(luò )，它是一種新的技術(shù)，在運用的過(guò)程中能夠使挖掘機的電氣控制系統適用于惡劣的環(huán)境，CAN總線(xiàn)技術(shù)有以下幾個(gè)特點(diǎn)：首先，在挖掘機電氣控制系統中，CAN總線(xiàn)技術(shù)在整個(gè)數據系統中進(jìn)行數據通信時(shí)，它沒(méi)有主從之分，可以將挖掘機電氣控制系統額數據進(jìn)行輸送，之后CAN總線(xiàn)的控制中心的各個(gè)設備之間就可以收發(fā)信息；其次，CAN總線(xiàn)技術(shù)在進(jìn)行通信的過(guò)程中，可以多個(gè)節點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行，尤其是是在特殊情況下，優(yōu)先級高的能夠高效的通過(guò)，進(jìn)而保障通信線(xiàn)路的順暢，避免造成通信線(xiàn)路的擁塞；再者，在挖掘機的電氣控制系統中運行CAN總線(xiàn)技術(shù)，它能夠改變以往通信的距離，延長(cháng)通信的距離，加快信息和數據的傳輸速度，例如在挖掘機的電氣控制系統中運行CAN總線(xiàn)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(xiàn)技術(shù)主用運用了雙絞線(xiàn)的傳輸介質(zhì)，這種傳輸介質(zhì)相比較傳統的傳輸介質(zhì)來(lái)說(shuō)，其電氣控制系統的效率和性能會(huì )更高。故此，在挖掘機的電氣控制系統中運用CAN總線(xiàn)技術(shù)，采用其技術(shù)的特點(diǎn)，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(shí)一個(gè)電控單元出現故障不會(huì )使整個(gè)大型挖掘機電氣控制系統崩潰，進(jìn)而保障挖掘機的安全運行。
4CAN總線(xiàn)在挖掘機電氣控制系統中的應用
4.1電氣功能設計
在挖掘機的電氣控制系統中，電氣功能的設計是CAN總線(xiàn)運用的重要表現之一。電氣控制系統的功能設計為提高電氣控制系統的高效運行有著(zhù)重要的意義，其電氣功能設計主要包括以下幾個(gè)方面：第一，開(kāi)關(guān)量輸入（DI）和開(kāi)關(guān)量輸出（DO）的處理，在電氣功能的設計中，要科學(xué)的設計開(kāi)關(guān)量輸入和開(kāi)關(guān)量輸出的設計，其中在設計的過(guò)程中要根據挖掘機的運行情況和電氣控制系統的要求進(jìn)行設計，連接示意圖如圖1所示。第二，在電氣功能設計中，傳感器調理電路是一個(gè)重要功能設計，在進(jìn)行設計中，傳感器的類(lèi)型多樣，但是都是將被測量的物理量的變化轉化為電阻的變化，因此，在傳感器調理電路的設計中，要根據電阻的變化以及溫度進(jìn)行傳感器電路的調整，使得傳感器能夠在電氣控制系統中高效運行。第三，發(fā)動(dòng)機控制電路也是電氣功能設計中的一項重要內容，在電動(dòng)機控制電路中，通過(guò)對發(fā)動(dòng)機的啟停、防二次啟動(dòng)功能進(jìn)行設計，進(jìn)而保障證啟動(dòng)馬達的安全，提高挖掘機電氣控制系統的性能。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故障時(shí)可以對挖掘機進(jìn)行控制，進(jìn)而可以通過(guò)應急撥子開(kāi)關(guān)來(lái)切換應急和正�？刂颇Ｊ�，進(jìn)而保障挖掘機的正常運行，故此，在電氣功能設計中，要科學(xué)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中，對泵比例閥電流控制電路進(jìn)行科學(xué)設計，交流電的頻率是由發(fā)電機的磁極對數m和轉速n決定的，公式：f=mn/60，進(jìn)而保障挖掘機控制的核心功能能夠正常的發(fā)揮。
4.2電氣控制系統程序設計
電氣控制系統的程序設計也是CAN總線(xiàn)技術(shù)在其中的重要運用。在挖掘機電氣控制系統中，主要包括兩個(gè)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(jìn)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設置等系統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用子程序兩種，它們構成了主程序。在控制其的程序設計中，要多借用其他先進(jìn)的挖掘機電氣控制系統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(shí)，在顯示器的程序設計中，主要是對各種數據和信息的顯示，其主要任務(wù)是完成整機工況參數顯示和管理、界面設計以及界面切換等，從而不斷豐富電氣控制系統。因此，在電氣控制系統中，可以通過(guò)對控制器程序和顯示器程序的設計完善電氣控制系統的程序。
4.3監控系統設計
在挖掘機電氣控制系統中，監控系統的設計是CAN總線(xiàn)運用的重要組成部分，其中的監控系統中最主要的包括故障報警界面以及養護信息界面，通過(guò)界面的信息顯示能夠加強對挖掘機的檢修，并通過(guò)按鍵操作進(jìn)入發(fā)動(dòng)機、參數設置以及系統設定等界面，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步使得其監控系統設計水平也在不斷的提高，其中顯示器的監控系統也是其中的重要內容，它主要是借助整個(gè)挖掘機的監控系統，使得整個(gè)機械的信息管理和監督水平得到快速的提高，因此，在挖掘機的電氣系統的監控系統中，主要包括開(kāi)機界面、主界面以及系統菜單等功能界面，通過(guò)這些界面可以加強對電氣控制系統的監督，一方面，要先設計控制器的程序流程，在流程的設計中，要根據挖掘機的電氣控制系統的實(shí)際運行情況，嚴謹的規劃其控制器程序流程，進(jìn)而提高控制器的運行效率，同時(shí)，在監控系統的主界面的設計中，要細化的規劃界面的各個(gè)內容和顯示的信息，進(jìn)而方便監控系統的使用，另一方面，在主界面的圖標對應中，F1～F5功能按鍵，對應著(zhù)動(dòng)力模式切換、自動(dòng)怠速切換、行駛高低速切換、消音、系統菜單，界面的切換或者功能操作可通過(guò)顯示器下的功能按鍵進(jìn)行操作。因此，在挖掘機的電氣控制系統中，加強對監控系統的設計極為重要。
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(xiàn)在挖掘機電氣控制系統的重要應用。在挖掘機的電氣控制器軟件中，主要包括了CAN總線(xiàn)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的傳感器采集模塊是其中的重點(diǎn)，它主要是通過(guò)各種采集軟件進(jìn)行信息和數據的集中和整理，之后借助CAN總線(xiàn)傳輸給顯示器，之后將參數進(jìn)行顯示，并接收到顯示器發(fā)送的控制指令，進(jìn)行數據處理�？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中，不能依靠傳統的發(fā)動(dòng)機的轉速進(jìn)行控制，而是依靠檢測挖掘機液壓泵壓力和發(fā)動(dòng)機轉速兩個(gè)參數結合來(lái)控制挖掘機，進(jìn)而使得挖掘機發(fā)動(dòng)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(xiàn)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的重要組成部分。隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，在現今的機械設備以及社會(huì )的運用中，智能化和數字化的建設越來(lái)越多，經(jīng)濟的發(fā)展也推動(dòng)科學(xué)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(xiàn)和控制器進(jìn)行數據交換，進(jìn)而實(shí)現定位、遠程數據傳輸和防拆報警等功能，以下主要對這幾個(gè)功能進(jìn)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(hù)端的軟件，使得挖掘機的位置能夠清晰的顯示，通過(guò)GPS的行為技術(shù)可以促進(jìn)挖掘機的高效運行；其二，遠程數據傳輸也是GPS遠程管理模塊設計中的重點(diǎn)，在挖掘機的電氣控制系統中，運用CAN總線(xiàn)技術(shù)，對其中的數據進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸，進(jìn)而使得電力控制系統能夠盡快的掌握挖掘機的機油壓力、水溫以及發(fā)動(dòng)機轉速等各項信息；其三，在挖掘機的電氣系統中遠程故障報警功能在電氣控制系統中具有重要的作用，采用CAN總線(xiàn)技術(shù)和GPS技術(shù)，對挖掘機運行中出現的故障進(jìn)行報警，使得控制中心能夠及時(shí)的掌握挖掘機的運行狀況，并對有故障的挖掘機進(jìn)行檢修，在檢修的過(guò)程中，技術(shù)人員通過(guò)GPS客戶(hù)端掌握的信息和數據，對挖掘機的電氣控制系統進(jìn)行養護，進(jìn)而保障挖掘機的正常運行。
5結語(yǔ)
總而言之，在挖掘機的電氣控制系統中，運用CAN總線(xiàn)進(jìn)行設計和分析，進(jìn)而提高其電氣控制系統的運行水平和效率，故此，在挖掘機電氣控制系統中運用CAN總線(xiàn)進(jìn)行電氣功能設計、系統程序設計、監控系統設計、控制器軟件和控制策略以及GPS遠程管理模塊設計等，并根據系統要求，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(shí)該控制系統實(shí)現了挖掘機實(shí)際挖掘作業(yè)過(guò)程中發(fā)動(dòng)機一泵功率匹配控制、自動(dòng)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(shí)現挖掘機整機運行狀態(tài)實(shí)時(shí)監控。
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