工程機械中局域網控制器的應用
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摘要：隨著社會科技的發(fā)展，工業(yè)機械領域發(fā)生了非常大的變化。隨著計算機技術、電子通信技術、自動化技術的應用，工業(yè)機械的智能化水平急劇提升。在應用控制器技術后，工程機械領域的生產制造不再需要使用實線操作，通過全數字現場總線便能實現對現場的控制，顛覆了原有的現場控制模式，使得工程機械生產過程更加簡單便捷，也能更加靈活地應對現場情況，基于此局域網控制器這一問題應該受到重視。文章主要就局域網控制器的特點和優(yōu)勢進行介紹，并分析目前局域網控制器在工程機械中的應用，供參考。
關鍵詞：局域網控制器；工程機械；應用
1局域網控制器的特點
局域網控制器在20世紀80年代開始制定，經過十多年的研究發(fā)展，制定了統(tǒng)一的標準，逐步形成了關于局域網控制器的國際標準，隨著局域網控制器的標準化和局域網控制器的特點，局域網控制器在工程機械中被廣泛應用。
1.1結構簡單
局域網控制器的結構非常簡單，局域網與外部進行連接時僅僅是通過兩根線，這樣的兩根線或使用雙絞線或使用光纖，在實際應用過程中，光纖的使用效果要優(yōu)于雙絞線，而局域網控制器的內部則集成了錯誤探測等多個模塊。
1.2支持四種類型幀處理
在局域網控制器中，實現了對信息的分層處理，在局域網控制器中分為目標層、傳送層、物理層等四個功能層，通過物理層和信息傳輸層能實現對通信信息的成幀處理。在局域網控制器中，分為4個方面的幀，分別為數據幀、遠程幀、錯誤提示幀和超載幀。數據幀主要是用于對信息進行控制；遠程幀主要承擔接收節(jié)點請求源節(jié)點發(fā)送信息的功能，起到命令的作用；錯誤提示幀錯誤指示幀。由錯誤標志和錯誤分界兩個域組成。接收節(jié)點發(fā)現總線上的報文有誤時，將自動發(fā)出“活動錯誤標志”其他節(jié)點檢測到活動錯誤標志后發(fā)送“錯誤認可標志”。超載幀由超載標志和超載分隔符組成。超載幀只能在一個幀結束后開始。當接收方接收下一幀之前，需要過多的時間處理當前的數據，或在幀間空隙域檢測到顯性電平時，則導致發(fā)送超載幀。
1.3節(jié)點個數理論上不受控制
局域網控制器最大的特點就是改變了以往的站地址編碼模式，實現了對數據塊的編碼，這樣的改變使得在理論上，網絡中的節(jié)點數量能不受控制，不僅如此，在局域網控制器中，采用的是11位或者29位二進制對數據庫信息進行編碼，能使不同的節(jié)點接收同樣的數據信息，符合控制系統(tǒng)的要求，同時采用8個字節(jié)進行數據傳播，既滿足了大多數工業(yè)控制的需要，同時8個字節(jié)的傳輸速度也比較快，能實現實時傳輸信息，加之其能對錯誤信息進行處理，在數據傳輸過程中比較可靠，局域網控制器的這些特點使得其在連接工業(yè)設備方面具有非常大的優(yōu)勢，在工業(yè)機械領域具有廣闊的應用前景。
1.4各個節(jié)點之間自由通信
局域網控制器蠶蛹多主競爭式總線結構，多主站、串行總線分散以及廣播式通信使得其網絡中的任意一個節(jié)點都能向其他節(jié)點發(fā)送信息，并且這樣的發(fā)送信息的方式是沒有分級的，使得這樣的總線結構使得信息能在局域網控制器的每一個節(jié)點中自由傳輸，做到節(jié)點之間能自由通信，不受層級控制。
2局域網控制器的優(yōu)勢
2.1節(jié)點之間實時通信
多主競爭總線結構、數據塊的編碼形式使得在局域網控制器中的各個節(jié)點之間能快速進行信息的傳輸，使得節(jié)點之間的傳輸速度極大加快，實現了節(jié)點之間實時通信的能力，這相對其他主從式的結構系統(tǒng)的總線結構而言，在實時性方面取得了非常大的進步。
2.2短距離信息速度快
在局域網控制器中，各個節(jié)點之間能自由通信，而在同時有多個節(jié)點進行信息傳輸時，則根據信息的優(yōu)先級進行傳輸，優(yōu)先級高的節(jié)點信息先進行傳輸，通過對信息優(yōu)先級進行排序，并按照優(yōu)先級從高到底的順序進行傳輸，能最大限度上提升信息傳輸的效率，同時避免信息擁堵產生，經過檢測，在使用局域網控制器的過程中，當傳輸距離控制在40m的范圍內時，節(jié)點信息傳輸速度在1Mbps以上，但進行遠距離的傳輸時，速度則比較慢，因此局域網控制器傳輸適用于短距離信息量較大的傳輸，或者遠距離信息量較小的傳輸。
2.3抗干擾能力強
在局域網控制器的傳輸過程中，一個節(jié)點能向多個節(jié)點進行信息傳輸，進而形成信息冗余結構，通過錯誤提示幀等進行循環(huán)冗余檢查，提高信息的可靠性，增強信息抗干擾能力，相對其他總線結構而言，局域網控制器具有抗干擾能力強的特點，而信息可靠性在工程機械中時非常重要的。
2.4開發(fā)周期短
在使用局域網控制器進行開發(fā)時，局域網控制器使用的雙輸出端，其中CANH狀態(tài)為高電平或則磁懸浮狀態(tài)，而CANL則為低電平或者磁懸浮狀態(tài)，這樣的模式就確保了在局域網控制器中的某個環(huán)節(jié)出現錯誤時，不會出現多節(jié)點向總線同時傳輸信息導致總線短路，使得某些節(jié)點破壞的現象，不僅如此，當情況較為嚴重的時候，節(jié)點會自動關閉，防止其他節(jié)點受到影響，局域網控制器具有的完善的通信協議可由局域網控制器芯片及其接口芯片來實現，從而大幅度降低系統(tǒng)開發(fā)難度，縮短了開發(fā)周期。
2.5形成了國際標準的現場總線
局域網控制器具有其他總線所不具備的優(yōu)勢，在工程機械等領域器在工程機械中的應用也比較廣泛，因此在這樣的背景下，各國開始協商并統(tǒng)一了局域網控制線的統(tǒng)一標準，推動局域網控制器成為了具有國際標準的現場總線，在局域網控制器有了統(tǒng)一的標準后，局域網控制器在工程機械中的應用將會更加的便利，也有利于各國之間進行技術交流，共同推動局域網控制器的發(fā)展和研究，使其應用于更多領域，為推動社會發(fā)展貢獻更多力量。
3局域網控制器在工程機械中的應用
局域網在運行方面具有諸多的有點，而且比較可靠，局域網控制器成了目前世界范圍內被應用最多的現場總線之一，在推動工程機械，特別是汽車工業(yè)制造方面發(fā)揮著重要的作用。目前世界范圍內在機械制造領域比較有名氣的大公司，例如勞斯萊斯、寶馬、奔馳等汽車生產商都采用了局域網控制器來對生產現場進行控制，在運用局域網控制器進行生產后，提升了產品的生產質量和品質，為這些公司在市場上的競爭提升提供了很大的幫助[1]。以局域網控制器在汽車生產制造領域的應用為例，在汽車的生產和制造的過程中，局域網控制器被運用在以下四個方面。
3.1懸架控制系統(tǒng)設計
在傳統(tǒng)的懸架控制系統(tǒng)設置中，需要運用到非常多的線束才能做到對汽車進行控制，使得汽車和整個系統(tǒng)能運行起來，然而大量的線束會讓控制現場變得雜亂無章，讓控制的難度加大，而采用局域網控制器對現場進行控制，則可以省去這些線束，就能達到控制系統(tǒng)，使得系統(tǒng)能運行的目的，不僅如此，相比傳統(tǒng)的線束控制而言，使用局域網控制器還能簡化控制現場，使得系統(tǒng)的排布更加合理和有序，從而優(yōu)化汽車運行過程中的減震效果，特別是在急剎車、轉彎等過程中，減震效果尤為明顯，這無疑提高了用戶的使用體驗感，提升了汽車的整體品質[2]。
3.2車輛信息中心和儀表組總線網絡設計
在傳統(tǒng)的汽車生產中，對于車燈、車門、安全帶等各個部分的檢查需要運用單獨的線束對這些部位進行感應，而使用局域網控制器后，通過這一總線系統(tǒng)便能得到這些相關的信息，能節(jié)省傳感器和線束的數量，從而達到節(jié)省成本和節(jié)約空間的目的[3]。3.3信息娛樂網絡系統(tǒng)在傳統(tǒng)的信息娛樂體系中，難以運用網絡化的多媒體傳播圖片和視頻等信息，而隨著局域網控制器的應用和完善，在局域網控制器傳輸效率達到標準后，能對圖片等多媒體信息進行傳播，使得汽車信息娛樂網絡系統(tǒng)具備更多的功能。
3.4故障診斷網絡系統(tǒng)
目前不少汽車生產商的控制系統(tǒng)都是采用局域網控制器來進行的，通過局域網控制器將汽車控制系統(tǒng)中的各個子系統(tǒng)連接起來，實現各汽車控制子系統(tǒng)之間能進行信息和資源交流，達到簡化布線、減少傳感器數量、避免控制功能重復、提高系統(tǒng)可靠性和維護性、降低成本、更好地匹配和協調各個控制系統(tǒng)的目的[4]。
4總結
局域網控制器具有諸多的功能和優(yōu)良的特點，目前局域網控制器已經在工業(yè)機械，特別是汽車制造領域廣泛應用，但受到技術限制，目前局域網控制器的許多功能還尚未實現，因此要加強局域網的研究和應用，將其運用于航海、機器人、醫(yī)療器械等更多的領域，以推動社會全面地發(fā)展和進步。
參考文獻：
[1]塔麗.控制器局域網技術在工程機械中的應用[J].商品與質量,2011(S1):152.
[2]王澎.試析控制器局域網(CAN)技術的應用[J].大眾文藝(理論),2008(10):20-21.
[3]姚蔚利.汽車控制器局域網技術規(guī)范及應用[J].信息技術與標準化,2008(Z1):21-25.
[4]王建國,付志豪.控制器局域網的協議分析及應用[J].情報科學,2007(10):1538-1542.
作者：華克維 單位：武漢輕工大學
