目前，國內(nèi)外液壓二手挖掘機(jī)電控系統(tǒng)的發(fā)展日趨成熟，特別是總線技術(shù)在液壓二手挖掘機(jī)上的應(yīng)用，大大提高了二手挖掘機(jī)上各控制元件之間數(shù)據(jù)通信的速度和質(zhì)量。同時，由于液壓二手挖掘機(jī)經(jīng)常需要在戶外惡劣的環(huán)境下進(jìn)行施工作業(yè)，所以開發(fā)一種基于CANOpen通訊協(xié)議的液壓二手挖掘機(jī)無線遙控系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
1、系統(tǒng)的組成
選用SWE85電控液壓二手挖掘機(jī)，通過將寫入程序的控制器和遙控接收器安裝在該液壓二手挖掘機(jī)上，實(shí)現(xiàn)液壓二手挖掘機(jī)無線遙控作業(yè)。液壓二手挖掘機(jī)無線遙控系統(tǒng)簡圖如圖1所示。
1.1遙控器
選用基于CANOpen通訊協(xié)議的Hetronic工業(yè)無線遙控，包括發(fā)射裝置和接收裝置，遙控距離100m。其中，發(fā)射裝置面板主要包括4個操作手柄、1個發(fā)動機(jī)油門調(diào)節(jié)旋鈕和1個急停按鈕等，總共輸出8路模擬量信號和7路開關(guān)量信號，可以實(shí)現(xiàn)液壓二手挖掘機(jī)大部分的功能。接收裝置主要包括信號接收、處理和發(fā)射3大模塊（包括一個接收天線插口和一個總線輸出接口），接收遙控發(fā)射器信號并能夠與控制器之間實(shí)現(xiàn)基于CANOpen協(xié)議的數(shù)據(jù)通訊。
1.2高性能可編程機(jī)載控制器
選用EPEC2023遙控器，它是芬蘭EPEC OY公司開發(fā)的第3代CAN控制系統(tǒng)模塊，是基于長期惡劣環(huán)境如高振動、大溫度變化和潮濕等條件下仍能正?？煽康毓ぷ鞫_發(fā)的，具有高可靠性和安全性，目前已廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、工業(yè)設(shè)備等諸多領(lǐng)域。其中鍵板模塊用于在一個CAN總線控制系統(tǒng)中充當(dāng)輸入模塊，采集6×6鍵板、開關(guān)按鈕、手柄、踏板、模擬量和數(shù)字量反饋傳感器等的信號，也可獨(dú)立充當(dāng)控制器驅(qū)動閥門。鍵板模塊有2個CAN總線接口，其中1個是CANOpen接口，用于和遙控器發(fā)射裝置等網(wǎng)絡(luò)上的相關(guān)通訊設(shè)備相連接；另1個CAN口是用戶編程接口。該控制器總共可輸出20路開關(guān)量信號和8路PWM。
1.3數(shù)據(jù)通訊
系統(tǒng)中的相關(guān)設(shè)備普遍采用CANOpen通訊協(xié)議。CANOpen是基于CAN總線的應(yīng)用層協(xié)議，它最初由從事工業(yè)控制的CiA（CAN in Automation）會員開發(fā)，由于CANOpen是一種公共、開放、通用的協(xié)議，而且精練透明、容易開發(fā)，因此在發(fā)布后不久就獲得了廣泛的認(rèn)同，如今已經(jīng)被接受為CAN高層協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)之一。尤其在歐洲，CANOpen協(xié)議被認(rèn)為不在基于CAN的工業(yè)系統(tǒng)中占領(lǐng)導(dǎo)地位的標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)應(yīng)用于多種領(lǐng)域。開發(fā)符合CANOpen協(xié)議的系統(tǒng)有利于設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化，使得任何符合CANOpen協(xié)議的設(shè)備都可以很方便地掛接到該系統(tǒng)中。系統(tǒng)中使用的無線遙控器和2023 控制器是不同廠商基于CANOpen協(xié)議開發(fā)的。
遙控接收器接收到手柄動作信號后，將控制信號數(shù)據(jù)打包后發(fā)送到總線上，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如表1所示。
表中共有8路模擬量信號，分別對應(yīng)遙控發(fā)射器的控制手柄（X、Y軸）和發(fā)動機(jī)油門調(diào)節(jié)旋鈕。表中數(shù)字量共有4路開關(guān)量信號，只有3個保留字節(jié)和1個錯誤字節(jié)。其中錯誤字節(jié)代碼用來反映遙控發(fā)射器急停按鈕下或沒有發(fā)射控制數(shù)據(jù)時，遙控接收器向總線上發(fā)送此控制信號，使得控制器保持相應(yīng)的控制狀態(tài)。
2023控制器模塊與遙控接收器模塊之間采用PDO（過程數(shù)據(jù)信息）數(shù)據(jù)傳輸方式。PDO（tx）發(fā)送者發(fā)送信息到CAN總線上，也就是把數(shù)據(jù)寫入映射地址區(qū)，而控制器模塊能夠根據(jù)映射地址將正確的PDO信息包發(fā)送到CANOpen總線；同樣，從CANOpen總線上接收PDO（tx）信息包也就是將需要的PDO信息包讀取到映射區(qū)地址，從而實(shí)現(xiàn)了兩模塊之間的數(shù)據(jù)通訊。
2、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的方式
2.1CoDeSys編程
CoDeSys是一種功能強(qiáng)大的PLC軟件編程工具，它支持IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)IL、ST、FBD、LD、SFC等PLC編程語言，用戶可在同一項(xiàng)目中根據(jù)需要選擇不同的語言編寫子程序、功能模塊等。編程時需要注意的事項(xiàng)有：
?。?）數(shù)據(jù)類型。
在CoDeSys環(huán)境下有自己的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)類型，如布爾量、整形、字符型、實(shí)型和時間量等，用戶還可以自定義數(shù)組、指針、結(jié)構(gòu)等數(shù)據(jù)類型。
?。?）程序結(jié)構(gòu)。
一個工程文件包含PLC程序里的所有對象：POUS（program organization units）、數(shù)據(jù)類型、資源。POU包括主程序（PRG）、子程序（PRG）、功能模塊（FBD）及函數(shù)（FB），如圖2所示，每個POU由變量說明部分和程序體2部分組成。
（3）調(diào)用庫文件。
CoDeSys有大量的庫文件（后綴名為lib）供用戶編程時調(diào)用。當(dāng)需要調(diào)用某一操作指令時，把包含指令的庫文件調(diào)入當(dāng)前工程文件的庫中。該庫文件主要包含以下幾個部分：
①標(biāo)準(zhǔn)庫（STANDARD.LIB）。其主要功能有字符串運(yùn)算、觸發(fā)保持、計(jì)時器、計(jì)數(shù)器。
?、谀M量標(biāo)定庫（nalogFilter-Library function）。主要有單向標(biāo)定模塊、雙向標(biāo)定模塊、平均值模塊、RC濾波模塊、輸入值預(yù)處理模塊和死區(qū)設(shè)定模塊等。
③PWMControlvoltageAmpere-funktio庫。主要有Motion模塊、Motion Volt模塊、EndAttenuation模塊、Smooth模塊等，其中Motion模塊主要用于控制比例閥，有2路PWM輸出，控制信號范圍- 32767～32767。Motion模塊控制方式如圖3所示。
?。?）當(dāng)PC機(jī)與控制器連接進(jìn)行編程時，首先確?？刂破麟娫唇泳€、總線接線、編程線（PCCAN卡插入PC機(jī)的PCMCIA插槽中）與系統(tǒng)的連接正確無誤，尤其是總線2個終端需各加1個120Ω電阻。
2.2程序流程
控制器程序主要由主程序PRG和功能模塊FBD構(gòu)成，主程序通過調(diào)用相關(guān)子程序、功能模塊和函數(shù)等來完成控制功能?？刂破髦鞒绦蛄鞒倘鐖D4所示。
當(dāng)遙控發(fā)射器將操作手柄控制信號發(fā)射到遙控接收器后，接收器將處理后的信號打包傳送到總線上，控制器按照數(shù)據(jù)的地址接收遙控器傳送的數(shù)據(jù)，并實(shí)時采集傳感器信號，經(jīng)過處理后輸出PWM等相關(guān)驅(qū)動信號，控制液壓二手挖掘機(jī)執(zhí)行相應(yīng)的動作。
通過將該系統(tǒng)應(yīng)用在SWE85電控液壓二手挖掘機(jī)上，在100m范圍內(nèi)，對液壓二手挖掘機(jī)進(jìn)行無線遙控作業(yè)，取得了良好的控制效果。
