无线遥控系统在液压二手挖掘机上的应用———无线遥控系统在液压

　       目前，国内外液压二手挖掘机电控系统的发展日趋成熟，特别是总线技术在液压二手挖掘机上的应用，大大提高了二手挖掘机上各控制元件之间数据通信的速度和质量。同时，由于液压二手挖掘机经常需要在户外恶劣的环境下进行施工作业，所以开发一种基于CANOpen通讯协议的液压二手挖掘机无线遥控系统具有重要的现实意义。
  　　1、系统的组成
　　选用SWE85电控液压二手挖掘机，通过将写入程序的控制器和遥控接收器安装在该液压二手挖掘机上，实现液压二手挖掘机无线遥控作业。液压二手挖掘机无线遥控系统简图如图1所示。
   
　　1.1遥控器
　　选用基于CANOpen通讯协议的Hetronic工业无线遥控，包括发射装置和接收装置，遥控距离100m。其中，发射装置面板主要包括4个操作手柄、1个发动机油门调节旋钮和1个急停按钮等，总共输出8路模拟量信号和7路开关量信号，可以实现液压二手挖掘机大部分的功能。接收装置主要包括信号接收、处理和发射3大模块（包括一个接收天线插口和一个总线输出接口），接收遥控发射器信号并能够与控制器之间实现基于CANOpen协议的数据通讯。
　　1.2高性能可编程机载控制器
　　选用EPEC2023遥控器，它是芬兰EPEC OY公司开发的第3代CAN控制系统模块，是基于长期恶劣环境如高振动、大温度变化和潮湿等条件下仍能正常可靠地工作而开发的，具有高可靠性和安全性，目前已广泛应用于工程机械、农业机械、工业设备等诸多领域。其中键板模块用于在一个CAN总线控制系统中充当输入模块，采集6×6键板、开关按钮、手柄、踏板、模拟量和数字量反馈传感器等的信号，也可独立充当控制器驱动阀门。键板模块有2个CAN总线接口，其中1个是CANOpen接口，用于和遥控器发射装置等网络上的相关通讯设备相连接；另1个CAN口是用户编程接口。该控制器总共可输出20路开关量信号和8路PWM。
　　1.3数据通讯
　　系统中的相关设备普遍采用CANOpen通讯协议。CANOpen是基于CAN总线的应用层协议，它最初由从事工业控制的CiA（CAN in Automation）会员开发，由于CANOpen是一种公共、开放、通用的协议，而且精练透明、容易开发，因此在发布后不久就获得了广泛的认同，如今已经被接受为CAN高层协议的标准之一。尤其在欧洲，CANOpen协议被认为不在基于CAN的工业系统中占领导地位的标准，已经应用于多种领域。开发符合CANOpen协议的系统有利于设备的标准化，使得任何符合CANOpen协议的设备都可以很方便地挂接到该系统中。系统中使用的无线遥控器和2023 控制器是不同厂商基于CANOpen协议开发的。
　　遥控接收器接收到手柄动作信号后，将控制信号数据打包后发送到总线上，其数据结构如表1所示。
   
　　表中共有8路模拟量信号，分别对应遥控发射器的控制手柄（X、Y轴）和发动机油门调节旋钮。表中数字量共有4路开关量信号，只有3个保留字节和1个错误字节。其中错误字节代码用来反映遥控发射器急停按钮下或没有发射控制数据时，遥控接收器向总线上发送此控制信号，使得控制器保持相应的控制状态。
　　2023控制器模块与遥控接收器模块之间采用PDO（过程数据信息）数据传输方式。PDO（tx）发送者发送信息到CAN总线上，也就是把数据写入映射地址区，而控制器模块能够根据映射地址将正确的PDO信息包发送到CANOpen总线；同样，从CANOpen总线上接收PDO（tx）信息包也就是将需要的PDO信息包读取到映射区地址，从而实现了两模块之间的数据通讯。
  　　2、系统实现的方式
　　2.1CoDeSys编程
　　CoDeSys是一种功能强大的PLC软件编程工具，它支持IEC1131-3标准IL、ST、FBD、LD、SFC等PLC编程语言，用户可在同一项目中根据需要选择不同的语言编写子程序、功能模块等。编程时需要注意的事项有：
　　（1）数据类型。
　　在CoDeSys环境下有自己的标准数据类型，如布尔量、整形、字符型、实型和时间量等，用户还可以自定义数组、指针、结构等数据类型。
　　（2）程序结构。
　　一个工程文件包含PLC程序里的所有对象：POUS（program organization units）、数据类型、资源。POU包括主程序（PRG）、子程序（PRG）、功能模块（FBD）及函数（FB），如图2所示，每个POU由变量说明部分和程序体2部分组成。
   
　　（3）调用库文件。
　　CoDeSys有大量的库文件（后缀名为lib）供用户编程时调用。当需要调用某一操作指令时，把包含指令的库文件调入当前工程文件的库中。该库文件主要包含以下几个部分：
　　①标准库（STANDARD.LIB）。其主要功能有字符串运算、触发保持、计时器、计数器。
　　②模拟量标定库（nalogFilter-Library function）。主要有单向标定模块、双向标定模块、平均值模块、RC滤波模块、输入值预处理模块和死区设定模块等。
　　③PWMControlvoltageAmpere-funktio库。主要有Motion模块、Motion Volt模块、EndAttenuation模块、Smooth模块等，其中Motion模块主要用于控制比例阀，有2路PWM输出，控制信号范围- 32767～32767。Motion模块控制方式如图3所示。
   
　　（4）当PC机与控制器连接进行编程时，首先确保控制器电源接线、总线接线、编程线（PCCAN卡插入PC机的PCMCIA插槽中）与系统的连接正确无误，尤其是总线2个终端需各加1个120Ω电阻。
　　2.2程序流程
　　控制器程序主要由主程序PRG和功能模块FBD构成，主程序通过调用相关子程序、功能模块和函数等来完成控制功能。控制器主程序流程如图4所示。
   
　　当遥控发射器将操作手柄控制信号发射到遥控接收器后，接收器将处理后的信号打包传送到总线上，控制器按照数据的地址接收遥控器传送的数据，并实时采集传感器信号，经过处理后输出PWM等相关驱动信号，控制液压二手挖掘机执行相应的动作。
　　通过将该系统应用在SWE85电控液压二手挖掘机上，在100m范围内，对液压二手挖掘机进行无线遥控作业，取得了良好的控制效果。