基于CAN總線的環衛車分布式控制系統

陳凱

摘 要：介紹了一種基于CAN總線的分布式環衛車控制系統方案，操作盒、控制器、尾操作盒均采用分布式IO模塊部件，所有元件用CAN總線網絡連接，簡化了部件的安裝方式，提升了系統的可靠性，降低了系統的維護成本。

關鍵詞：CAN總線；IO模塊；環衛車；分布式

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.06.046

目前，環衛掃路車控制系統中普遍采用傳統工業現場控制的PLC系統，其防護等級低，裝配工藝復雜，在系統的供電保護、輸入輸出能力、抗震等性能上更無法適應車載應用的需求。本系統對現有的環衛掃路車電控系統進行了升級改造，以專用車載CAN總線控制器為基礎平臺，能實現整車作業功能控制、運行狀態跟蹤、工況分析、作業質量監控的綜合智能化電控系統。

1 環衛車總體結構

環衛車主要由底盤、動力系統、清掃系統、液壓系統、氣路系統、水路系統、電氣系統系統組。其中底盤提供行走動力，副發動機帶動風機，齒輪油泵，形成動力系統。清掃系統主要由左右掃盤、吸嘴組成，由液壓系統控制油缸升降，驅動馬達旋轉。水路系統主要由水箱、水泵、管路、噴頭組成，由氣路系統控制水閥氣缸，控制水路開關。電氣系統是整車控制核心，由操作盒、控制箱、IO模塊組成，控制副發動機的啟停，實時監測發動機轉速、水溫、油壓等參數，控制液壓閥開閉以驅動液壓系統，控制氣閥開閉以控制氣路以及水路各個功能。

2 電控系統組成

本系統以車載控制器為核心，操作盒采集控制指令，通過CAN總線給控制器；副發動機采用CAN總線與控制器相連，實時通信工作參數；GPS模塊可以實時定位，實現遠程控制；控制器通過CAN總線發送數據，控制IO模塊輸入輸出，控制液壓系統以及氣路水路系統，根據不同模式選擇進行相應的洗掃作業。

3 電氣設計簡介

控制器是本系統的核心，采用碩博電子的SPC-CFMC-D36N32A5控制器，基于德國STW控制器國產化，負責處理CAN總線上的通信信息，控制其他模塊輸入輸出。操作盒采用集成式液晶顯示屏操作面板，由旋鈕、指示燈、液晶屏組成，液晶屏自帶IO模塊，旋鈕控制各功能指令，顯示屏采集到信號，通過總線發給控制器。控制器收到相應的指令，根據程序要求，控制發動機的啟動熄火，同時與發動機的ECU通信，接收轉速，油壓、水溫等信息，發送給顯示屏，前液晶屏實時顯示整車工作狀態。整車液壓閥與氣閥均由IO模塊控制驅動，當環衛車作業時，控制器根據操作盒發送的模式指令，與IO模塊通信，驅動相應的液壓閥和電磁氣閥，從而達到控制液壓系統和氣路以及水路系統。后尾盒為手動調試操作盒，當需要調試某一個單獨動作時，可以通過次處進行操作，操作完成后，所有開關必須回到停止位置。同時本系統還配備GPS終端模塊，實時采集位置信息，油耗信息以及車輛的運行情況，實現環衛車遠程管理與維護操作。另外，本控制器的CAN總線可以通過USB-CAN模塊與電腦連接，實現程序下載以及實時仿真調試功能。同時，前操作盒還還以進行翻頁操作，實時監測CAN總線各模塊輸入輸出狀態，方便操作人員判斷故障、調試和維修。

4 控制器程序設計

本系統程序采用基于IEC61131-3的CoDeSys V2.3編程軟件，通用性強，可以采用多種編程語言編程，本程序采用ST語言進行編程。系統上電后，控制器先判斷整車的工作狀態，根據作業模式，檢測是否缺水，閥門收否打開，是否帶動高壓水泵轉動。如果有故障，發送信息給語言模塊，驅動揚聲器，提醒操作人員報警信息。如果沒有報警信息，發動機點火，通過CAN總線發送控制轉速指令，發動機怠速運行。作業啟動后，根據相應的模式，控制對應的液壓閥和氣閥，依次放下掃盤、吸嘴等作業機構，同時擺出左右噴桿，打開高壓水閥，驅動液壓馬達，同時，發送給發動機ECU發送調速指令，使副發動機工作在相應的目標轉速，開始作業。當控制器接收到停止作業指令時，發送指令給IO模塊，反順序依次收起各作業機構，停止作業。當污水箱水位高時，發出語音提示，提示司機放掉污水。工作時，當檢測到發動機發電、油壓等參數故障時，發出語音報警提示司機檢測故障。

5 結語

本系統的優點在于：

（1）全CAN總線硬件系統，減化線束，提高可靠性，減少維護成本。

（2）可方便擴展CAN結點，如GPRS/GPS終端、診斷設備等。

（3）基于IEC61131-3的CoDeSys編程軟件，通用性強。

（4）采用SAEJ1939和CANOpen通訊協議，可兼容各類發動機和傳動裝置。

由于卓越的實時特性和極高的可靠性，CAN總線已經在汽車工業、航空工業、嵌入式網絡安防系統得到了廣泛的應用，采用CAN總線的分布式環衛車控制系統，也會是環衛智能化控制的發展趨勢，同時基于大數據、云平臺的智能化環衛遠程管理也將得到更廣泛的應用。

參考文獻：

[1]王學士.基于CAN總線的汽車車身電器控制系統的研究[J].中國新技術新產品，2010（07）：15-15