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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，即將整個舊路面變成更加穩(wěn)定的路面底基層，同時徹底消除衍射影紋的方法。相對于落錘式破碎方式，這種碎石化工藝破碎能量大部分被水泥混凝板塊所吸收，產生的顆粒粒徑相對較小，破碎時的影響范圍也較小，破碎顆粒均勻，能有效分離混凝土路面的異種材質，不會產生二次廢棄物。
    路面破碎機采用液壓驅動結構，對不同系統(tǒng)結構間的聯(lián)動較多，對控制系統(tǒng)的控制精度和通信要求較高。本文采用基于CAN總線結構的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，既保證了系統(tǒng)具有強大功能，也使得結構簡單、可靠性高，這是現(xiàn)代工程機械技術發(fā)展的一個重要方向。
    現(xiàn)代化的工程機械已經發(fā)展成為集機電液為一體的高科技產品，電氣系統(tǒng)是其中的一個重要組成部分．幾乎所有的操作都采用電控方式實現(xiàn)。電液比例控制系統(tǒng)設計的用電氣控制技術將液壓系統(tǒng)和機械傳動系統(tǒng)的各個執(zhí)行元件的動作有機地聯(lián)系起來，從而使路面破碎機能夠準確地完成破碎作業(yè)，精確地實現(xiàn)行走和發(fā)動機參數(shù)的控制。同時還對整車系統(tǒng)的故障進行檢測、報警、診斷、再現(xiàn)和智能監(jiān)控等。
1、CANopan總線協(xié)議及其應用
1.1 CANopen總線協(xié)議
    CA Nopen總線協(xié)議是基于CAN (Controller Area Net-work)總線技術的應用層協(xié)議，是一種公共、開放、通用的協(xié)議，已經被接受為CAN高層協(xié)議的標準之一，應用于過程控制、通信電子設備、工程機械等領域。相對于其他的總線通信標準，此協(xié)議不僅可以解決設備間的互聯(lián)問題，同時也提高了信息傳輸?shù)目煽啃浴⑼ㄐ潘俾始霸O備的標準化、開放化程度。
    CAN及CANopen標準在OSI網絡模型中對應包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應用層，傳輸速度可達250 kB/s，使用標準的CAN幀．有11位標識符，包含一個4位的功能碼部分和一個7位的節(jié)點ID部分。
    在CANopen總線協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸中共定義了4類通訊報文，分別為管理對象(NMT)、服務數(shù)據(jù)對象(SDO)、過程數(shù)據(jù)對象(PDO)和特殊功能對象。其中SDO用來傳遞網絡系統(tǒng)中的配置信息，如IW、QW、MW的讀取和MW、MW的修改，PDO用來傳遞過程數(shù)據(jù)信息。
1.2CANopen總線協(xié)議編程
    在實際的工程應用中．用戶可以按照類的規(guī)定把要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)映射到相應的對象中．CANopen規(guī)定了相應的地址區(qū)間用于發(fā)送和接收總線上的數(shù)據(jù)．節(jié)點之間的數(shù)據(jù)發(fā)送與接收主要以PDO和SDO報文進行。程序設計中的CANopen總線協(xié)議編程流程和內容如下。
    (1) CANopen的初始化。對每個節(jié)點編寫CANopen的初始化程序，定義每個節(jié)點與總線上其他節(jié)點間的數(shù)據(jù)收發(fā)對應關系，建立節(jié)點的數(shù)據(jù)收發(fā)表。
    (2)發(fā)送PDO報文到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)，模塊的硬件會按照一定的周期，或當數(shù)據(jù)發(fā)生變化時，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初始化代碼進行分配，接收信息時，按優(yōu)先級排列依次分配輸入映象地址。
2、控制系統(tǒng)需求分析
    路面破碎機控制系統(tǒng)的主要設計目標包括：作業(yè)時連續(xù)準確地控制振動裝置的破碎頻率，精確調節(jié)振動裝置的水平和垂直位置，并聯(lián)動行走機構、發(fā)動機和輔助設備的工作參數(shù)，保證路面的施工質量，向時兼顧系統(tǒng)的節(jié)能性能。
    破碎系統(tǒng)為閉式液壓系統(tǒng)，由1個液壓泵驅動1個馬達。頻率值可由操作者在控制面板上設定，當工作泵排量調整范圍不夠時，還能以改變工作馬達排量來調整。
    行走系統(tǒng)為閉式液壓系統(tǒng)，由1個行走泵驅動2個行走馬達．分別經減速機后驅動2個后輪。由操作者通過速度踏板來對設備的行走速度進行控制。與設備行走速度有關的因素包括：發(fā)動機轉速、行走泵排量、行走馬達排量。當行走速度需要增加或減少時，首先調整行走泵排量，其次調整發(fā)動機轉速，行走馬達排量根據(jù)負荷自行調整。應盡可能使發(fā)動機轉速處于節(jié)能轉速，或接近節(jié)能轉速。
    當左、右車輪轉速比值超過設定值時，提示“打滑”，啟動防滑程序。手動防滑驅動時，操作者需按動指定按鈕后再執(zhí)行防滑程序。設備總共提供了后輪減速機駐車制動、前輪制動器制動、反拖制動3種物理制動手段，分別或組合地用于駐車制動、行車制動和緊急制動3種制動工況。
    首先必須保證工作系統(tǒng)的振動馬達轉速。當行走負載增大到影響發(fā)動機轉速時，以減小行走系統(tǒng)速度來維持發(fā)動機轉速。
    整車性能上，控制系統(tǒng)應該對整車參數(shù)實現(xiàn)精確匹配以達到最佳控制效果。控制精確有效、人機交互方便、具有高溫、高振動惡劣條件下的高可靠性。
    路面破碎機控制系統(tǒng)包括了基本電氣系統(tǒng)、行走機構控制系統(tǒng)、工作裝置控制系統(tǒng)、發(fā)動機控制系統(tǒng)、輔助設備控制系統(tǒng)、人機交互系統(tǒng)、故障診斷系統(tǒng)和通訊系統(tǒng)等幾大主要模塊。
3、路面破碎機電液比例控制系統(tǒng)結構設計
    為了實現(xiàn)路面破碎機的工作機構控制、工作參數(shù)顯示、在線參數(shù)調節(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)議運用到路面破碎機電氣系統(tǒng)的控制。
    EPEC控制器是專為工程機械設計的，它以PLC為基礎，充分考慮了工程機械施工現(xiàn)場的各種惡劣環(huán)境，通過功能擴展、提高防護等級并進行整體封裝而成。多達52個I/O引腳為一針多用，可作為開關量、脈沖和模擬量輸入，也可作為PWM和開關量輸出，根據(jù)使用需要通過軟件編程定義，其中模擬輸入端口具有處理不同信號的能力，對電阻信號、電流信號以及電壓信號都可以進行采集并通過軟件編程進行設定。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個電液比例閥，簡化了系統(tǒng)電路，設計、維修方便，且故障率較低。
    具有CANopen和CAN2.OB兩種總線接口，可與很多標準CAN總線產品進行連接，或通過門路模塊與其他總線或上位機連接，組建大型系統(tǒng)，當系統(tǒng)節(jié)點較多或信號傳輸距離較遠時可以使用多個控制器組網，可靠性、靈活性和可擴展性大大加強。
    采用EPEC控制器構建基于CANopen協(xié)議的路面破碎機電液比例控制系統(tǒng)的結構見圖l。
    路面破碎機控制系統(tǒng)總線網絡由3個節(jié)點通過CAN網絡聯(lián)接而成。采用芬蘭EPEC公司的2個EPEC2023和1個EPEC2037為CAN總線節(jié)點。其中EPEC2023P1用于系統(tǒng)發(fā)動機及整車附件的控制，設置為主節(jié)點，節(jié)點號為4；EPEC2023P2用于工作機構的控制器，作為從節(jié)點，節(jié)點號為8。EPEC2037作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、狀態(tài)顯示和參數(shù)設置器件。另外為了實現(xiàn)整車的工作結構和發(fā)動機的聯(lián)動控制，實現(xiàn)整車的節(jié)能控制，將發(fā)動機的ECU作為系統(tǒng)的CAN節(jié)點，與EPEC2023通過CAN2.OB協(xié)議總線接口聯(lián)接，將發(fā)動機的相關參數(shù)送入系統(tǒng)進行顯示和參與控制，它們之間通過CAN總線組成路面破碎機控制系統(tǒng)的總線網絡。
4、路面破碎機破碎系統(tǒng)的控制程序設計
    EPEC控制器使用通用的IEC1131-I語言編程，支持6種編程語言，程序可現(xiàn)場下載，通過車載的顯示器模塊可在線改變程序參數(shù)。
    控制器的程序設計分為系統(tǒng)控制程序、設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)存儲以及故障監(jiān)測及處理等模塊，用以控制控制器本身及整車系統(tǒng)的配置：設備控制程序是針對控制對象的程序，包括行走機構的左右行走泵、散熱風扇、發(fā)動機油門和破碎系統(tǒng)的工作泵和工作馬達等。
    破碎系統(tǒng)是通過對工作泵、工作馬達排量的連續(xù)調節(jié)實現(xiàn)工作頻率控制，在工作泵排量調整范圍不夠的情況下，再以改變工作馬達排量來調整，目標值由操作者在控制面板上設定，工作頻率對應于工作馬達每秒種轉速，采用閉環(huán)控制。其中工作泵、工作馬達等執(zhí)行機構采用力士樂的電液比例閥及電液比例泵。電液比例閥是典型的機電液一體化元件，廣泛應用于各種機械設備中，電液比例控制的核心是控制電液比例閥的電流。相對于模擬式控制而言，采用PWM(脈沖寬度調制)控制方式，其功率輸出級為開關型結構，功耗小．PWM信號中包含了同頻率的脈動量，無需另加顫振信號，抗干擾能力強，滯后時間短，重復精度高。
5、結語
    程序設計在Codesya2.1的開發(fā)環(huán)境下完成，通過在路面破碎機樣機上調試，破碎系統(tǒng)達到了±0.01Hz的頻率連續(xù)調節(jié)，取得了滿意的控制效果。通過使用CANMoon監(jiān)測CAN總線上數(shù)據(jù)的傳輸，可以確認數(shù)據(jù)收發(fā)的可靠性，符合路面破碎機的通信要求。通過采用符合CANopen協(xié)議的標準化裝置，增強了設備的可擴展性，同時也提高了數(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。

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