CAN总线在起重机控制中的应用

王金奇

（西安特种设备检验检测院，陕西 西安 710065）

CAN总线在起重机控制中的应用

王金奇

（西安特种设备检验检测院，陕西 西安 710065）

起重机在许多领域中都有着广泛的应用，其安全性对安全生产有着重要意义。针对起重机安全控制系统，对CAN总线技术进行了应用，使安全系统的功能得到的了进一步完善，人机界面变得更加优化，并且具有良好的自我诊断功能。

CAN总线；起重机；控制系统

CAN总线是一种多主串行通讯总线，其自身具有通信可靠、网络安全、实时性强等诸多的特点，并且因为其具有通信可靠、成本低等优势，因此被广泛的应用于环境恶劣、计算机控制系统的工业环节中。

1 CAN总线的优势

起重机变频传统控制方式应用在自动化工厂中会受到很大局限。在具体应用中，变频器和控制系统在信息交换上通过并行的方式进行，交换的信息内容十分有限，远程控制系统需要对变频器在运行过程中的电流、速度等各项信息进行动态监控。传统控制方式的受到的局限性十分明显，并且在应用中，还会引起精度等多个方面的问题，并且还容易遭受外界因素的干扰，需要进行长距离信息传输时，信号还会出现衰减的现象，对起重机的应用会造成不良影响。

随着现代工业生产环境的逐渐改变，对起重机运行状态的监控情况提出了更高的要求，传统控制方式无法满足在控制上的这一需求，而利用现场总线技术，则能够满足在具体生产上的需求，不仅能够满足复杂动作和工艺要求，而且能够为起重机故障分析，提供直接准确的参考信息，降低工作人员的劳动强度，为维护人员和操作人员提供帮助。

CAN总线是工业现场总线中性价比很高的一种，其在自动化控制领域中发挥着重要作用。CAN总线控制结构在起重机控制系统应用的优势主要有以下几点：

现场总线技术是工业现场自动控制的主要发展趋势，其应用方面实现了计算机的网络化、远程化管理。特别是其应用充分考虑了起重机在后续使用过程中的中央网络控制，通过对现场总线技术的合理应用，使系统具有不错的可移植性和可拓展性。

CAN通讯距离可达10km；通信的最大速率能够达到1Mbps，并且随着科技的快速发展，这一数值还会继续上升，这完全能够满足数据的稳定、远距离传输要求。

起重机在具体应用过程中，启动时通过设备的电流较大，此时与电磁感应作用，容易对控制系统造成一定程度的干扰，在总线与CAN驱动器之间通过有效的措施滤除总线上的高频干扰和电磁辐射。此外，CAN总线所应用的通信介质可以为双轴电缆、双绞线等，在具体选择上十分灵活，能够减少变频器或传感器同CPU的传输线，从而有效的降低了系统在运行过程中所受到的干扰程度。

如果利用单机片对各个节点进行控制，在控制系统中能够形成智能型节点，这将使控制系统的智能化程度得到进一步提高，从而提高系统运行的安全性。

2 CAN总线智能节点设计

将can总线应用在起重机控制中，为了确保控制的合理性，必须要做好总线智能节点设计，在具体设计过程中，需要从硬件和软件两个方面分别进行。

2.1 硬件设计

CAN总线规范采用IOS-OSI三层网络结构，在器件方面有三种不同的器件相互对应：数据链路层为CAN控制器；物理层为接收器；应用层上的关键则为用户的特色应用，其所对应的器件为微控制器。

CAN芯片的种类有很多，在具体应用过程中应当选择抗干扰能力较强的单机片，并且芯片需要能够完成CAN总线通信协议的全部特性。在系统中所使用的通信控制器，例如SJA1000控制器，要集成CAN协议数据链路层和物理层中的各项功能，能够完成对通信数据成帧处理，其中包括的主要内容有数据块编码、填充、循环冗余校验等多项内容，同时还具有增强的保温滤波和出错处理等多项功能。CAN总线驱动器为CAN物理总线和控制器间的接口，其具有对CAN控制器的差动接受和总线差动功能。CAN总线智能节点原理图如图1所示。

图1 CAN总线智能节点原理图

单机片的主要工作是对SJA1000进行初始化，并且在具体应用过程中利用对SJA1000的控制，完成对数据的发送和接收等任务。

2.2 系统软件设计

控制系统软件在具体设计上应用的为合理的模块化结构，其主要由以下几个模块组成：通信、数据记录、计算、报警、人机交换等。同时在设计上，需要注意，要尽量使系统之间的相互耦合性降低，从而避免在满足用户使用需求时，对系统软件的方便性和安全性进行修改，确保了系统在应用过程中的稳定升级，使系统的作用能够得到充分发挥。

2.2.1 设计软件驱动程序

CAN总线节点设计主要包括以下三个部分：

（1）初始化子程序。在复位模式下对SJA1000进行初始化设置，主要包括的工作内容有：设置工作方式、设置接收滤波方式、设置接收代码器等，在完成初始化设置之后，SJA1000将会恢复到正常的工作状态。

（2）发送子程序。主要负责发送节点报文，通过SJA1000独立完成对报文传送的控制，在发送控制上采用的主要方式有查询控制和中断控制发送两种不同的方式，具体设计方法的选择需要依据系统的具体要求而定。

（3）接收子程序。接收报文工作主要通过CAN控制器SJA1000独立完成，在系统运行过程中，接收到的报文应当被放在接收缓冲器中，在接受过程中所采用的方式主要有查询控制和终端控制接收两种不同的方式，设计方法的选择也要依据具体情况而定。

2.2.2 黑匣子的作用

在线监控系统对过载、在线运行时间以及过载等异常起重力矩工作情况都会进行明确记录，方便日后作业中对相关内容的查询，作为起重机在具体工作中能耗以及原始数据的主要参考，为了确保最终数据的安全性，需要设置相应的查询密码，同时也可以依据具体情况配置打印机的机械，便于数据的输出。

3 抗干扰采取的主要措施

起重机的工作环境相对来说都比较恶劣，其在具体工作中经常会受到电磁干扰，因此在设计过程中需要加强对防范电磁干扰措施的探讨。具体措施如下。

（1）提升稳压电源抗干扰性，这主要是因为蓄电池与起重机启动、交流发电机、点线火圈相连接，为了确保运行的安全性，必须要精心设计稳压电源。

（2）在具体设计过程中还需要金属屏蔽整个系统，系统中所使用的传输线应当为双绞线，从而最大程度减少系统在运行过程中所遭受的干扰。

（3）由于起重机在运行中会遭受较为严重的电磁干扰，因此选用的数字信号处理器应当自带开门狗定时器，并应用高速光电隔离芯片，从而避免噪声信号传入到微信处理器，使系统运行过程中的可靠性得到了进一步提高。

（4）在软件抗干扰方面，CAN总线MAC层所应用的为CSMMA/CD协议以及逐位仲裁规则，从而完成相应的访问操作，总线状态由显性位“0”决定，并不会受到隐性位“1”的影响。因此，在具体应用过程中，如果两个节点同时将报文发送给网络，优先级别低的报文的发送会自动停止，并不会给优先级别高的报文的发送造成不良影响。此外，利用CRC完成相应的校验操作，其具有错误检测、出错帧自动重发等多项功能，可以提升系统运行的安全性。

4 结语

起重机的应用越来越广泛，从目前起重机的发展与应用情况来看，一体化起重机安全控制系统是未来起重机安全监控系统的一个主要趋势，其势必会逐步取代单一功能的保护装置。CAN总线控制的应用使起重机控制的安全性与可靠性都得到了进一步提升，并且简化了现场安装接线，可以监控各个变频器的工作情况，确保起重机的安全运行。

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