机电一体化专业毕业汇报材料.doc

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1、X X 大大 学学成成 人人 高高 等等 教教 育育毕毕业业设设计计（论论文文）（20142014级）级）题题 目目 姓姓 名名 专专 业业 指导教师指导教师 （宋体（宋体 四号四号 粗体）粗体） 二二一四年二月一四年二月基于基于 PLC 机械化保障桥电控系统设计机械化保障桥电控系统设计摘摘 要：要：本文简要介绍了重型机械化保障桥的构成及工作过程，并分析了 EPEC 型的 PLC、CAN 总线和 P89LV51 单片机的工作原理及设计方法；重点放在重型机械化保障 桥的电控系统的设计上，这主要包括 EPEC 型的 PLC 控制程序及硬件电路的设计、 CAN 总线的通信设计、P89LV51 单片机

2、对收发信号的处理和遥控开关的硬件电路设计。 系统设置有全程手动控制、全程手动/自动控制、应急手动三种控制方式。在具体操作 上可以选择无线操作，也可以选择有线操作。多种操作手段并存，能够较好地满足使 用需要 机械化保障桥电控系统由底盘车提供 DC24 伏电源,全系统由主控箱、遥控接收机、 遥控发射机和辅助照明箱等组成。电控系统通过接近开关对各架设部件的位置进行非 接触式的检测,其讯号送到可编程控制器(PLC)进行逻辑判断，然后控制液压电磁阀电磁 线圈电源的接通与断开,达到控制液压执行元件的工作状况，完成架设或撤收的每一个 动作。电控系统具有关键部位语音提示，其它部位防误操作与限位报警功能，确保器

3、 材及人员安全。 关键词：关键词：重型机械化保障桥；PLC 控制；CAN 总线目目 次次1 绪论.1 1.1研究背景.1 1.1.1 结构及用途.1 1.1.2 国内外发展现状及存在问题.1 1.1.3 重型机械化保障桥的发展方向.2 2 重型机械化保障桥电控系统简介 .2 2.1 电控系统工作原理 .2 2.2 电控系统工作过程和方式.2 2.2.1 电控系统操作方式.2 2.2.2 电控系统控制方式 .3 3 电气控制系统软硬件设计 .9 3.1 PLC 控制电路.10 3.1.1 PLC 简介.10 3.1.2 PLC 梯形图程序的设计方法.12 3.1.3 PLC 控制系统硬件电路设计

4、.13 3.1.4 PLC 控制系统软件设计.15 3.2 CAN 总线电路.17 3.2.1 CAN 总线特点.18 3.2.2 CAN 的工作原理.18 3.2.3 CAN 总线硬件电路设计.18 3.3 信号采集电路.21 3.4 遥控发射接收系统.223.4.1 电源电路 .22 3.4.2 P89LV51 单片机电路.22 3.4.3 遥控开关电路 .25 3.5 辅助照明及报警系统设计 .27 4 结论 .28 参 考 文 献 .29 致谢 .301 绪论绪论1.1 研究背景研究背景1.1.1 结构及用途结构及用途最常用的重型机械化保障桥是21米的，主要由桥跨、桥车和辅助设备组成。

5、运输 时，桥跨重叠固定在桥车上；工作时，由桥车完成桥跨的架设和撤收动作。每套设备 上均配置一套辅助设备，用来协助完成作业，例如桥跨在桥车上的固定、桥跨架设后 的系留固定。该桥的主要特点有：桥梁构件模块化、架设机械化以及通载全面化(能通 载现有的或计划的所有荷载)。桥梁构件模块化和架设机械化确保了快速架设的能力， 通载全面化提供了强有力的保障能力。因此，该桥能适应现代作战的重型荷载和快速 反应的要求，具有较强的地形适应能力和伴随保障能力。该桥还具有较好的机动性、 而且架设速度快、机械化程度高、减少工人劳动强度，既可单跨架设，又可多跨连架， 还可与重型舟桥混合架设。图图 1 21 米重型机械化保障

6、桥米重型机械化保障桥 1. 桥跨 2.桥车 3.辅助设备 起初，重型机械化保障桥主要是保障作战部队中的重型装备、车辆等能迅速克服19米以内的小河、沟谷、弹坑等障碍,以实施快速机动作业。随着发展，该桥也逐渐发 展为民用，比如抗震救灾。该器材可以用于高原（安装增压发动机并调整少数油料品 种） 、山地、平原和水网稻田地区。1.1.2 国内外发展现状国内外发展现状及存在问题及存在问题第二次世界大战后期，美军研制成了汽车半挂式剪刀桥。它是坦克冲击桥的发展， 可架设跨径达24.4米的单跨桥，以保障负载32吨的履带式荷载通过。50年代初，苏军装 备了车辙式轻型机械化桥，这是最早的车载式机械化桥。此后，苏军为

7、了提高机械化 桥的负荷，增大架设长度，又研制并配备了重型机械化桥。60年代，中国人民解放军 装备了轻型机械化桥。1972年，捷克军队装备了重型机械化桥。该桥采用整体式桥面 和液压桥脚，便于小型轮式车辆的通行和各种车辆夜间通行，并提高了撤收时拔起桥 脚的能力。该桥还改进了桥节展开机构，缩短了架设时间。1974年，法军装备了可直 接驶入的桥车和可以在沟内架设的自行伴随桥，提高了对障碍的适应性，扩大了使用 范围和单车架设长度。1981年，日本研制出了结构比较新颖的平推式机械化桥。1984年，中国研制成带有液压桥脚、整体式桥面的重型机械化桥。目前英国、瑞典、德国 等均依托其先进工业技术开发此类装备，美

8、国后来居上，在综合欧洲几种典型的大跨 度保障桥方案后，改进完善了自己的重型干沟保障桥方案。我军研制此类装备起步较 晚，但历经高起点创新发展，已取得重要的新成果。 虽然我国的机械化保障桥近几年取得的发展是值得骄傲的，但是和世界一流水平 相比较还是有一定的差距，例如，架桥时间过长，机身过于笨重，所保障的长度和深 度逊色于世界发达国家，控制系统过于复杂等。PLC技术也不够成熟，只是在改革开 放后才开始致力于此的发展。1.1.3 重型机械化保障桥的发展方向重型机械化保障桥的发展方向随着各国国力的发展，机械化保障桥的发展也日新月异，各国均投入了大量的精 力与物力致力于此保障桥的开发升级与研究。今后研制工

9、作的侧重点将放在将结构整 体化，架设作业机械化上面；并将进一步开发、应用轻质高强度的材料，以降低铸造 成本，增大单跨长度，提高桥梁载重量、加快架设、撤收速度、完善运载车辆的机动 能力；提高器材的标准化、系列化、通用化程度；发展能适应特殊地形、复杂气候条 件和空运要求的新型器材等。由于保障桥较为笨重，运输成本较大，所以从交通战备 和成本考虑，各国都将有计划地在定点适当储备桥梁预制构件和其他就便器材，发展 平战结合、军民通用的桥梁器材，将重型机械化保障桥进一步应用到民用上，既节省 了运输时间和成本，还能方便民众。2 重型机械化保障桥电控系统简介重型机械化保障桥电控系统简介2.1 电控系统工作原理电

10、控系统工作原理机械化保障桥电控系统由底盘车提供DC24伏的电源,全系统由主控箱、遥控接收机、 遥控发射机和辅助照明箱等组成。电控系统通过接近开关对各架设部件的位置进行非接触式的检测,其讯号送到可编程控制器(PLC)进行逻辑判断，然后控制液压电磁阀电磁 线圈电源的接通与断开,达到控制液压执行元件的工作状况，完成架设或撤收的每一个 动作1。电控系统具有关键部位语音提示，其它部位防误操作与限位报警功能，以确保 器材及工作人员安全。2.2 电控系统工作过程和方式电控系统工作过程和方式2.2.1 电控系统操作方式电控系统操作方式重型机械化保障桥电气控制系统设置了三种操作方式，第一种为无线操作（常规 操作

11、） ；第二种为有线操作；第三种为应急操作。多种操作手段并存，能够较好的满足 使用要求。 （手柄操作详见液压控制部分） （1）无线操作 无线操作是机械化保障桥电控系统的常规操作方式。重型机械化保障桥架设和撤 收的全过程是利用一套无线发射器进行操控的，其可以独立完成整套动作2。 其工作过程如下： 接通电源：将设置在驾驶室仪表盘上的“电源控制”开关板上的电源开关S0置于“工作电源”位置，中心控制箱上“工作电源”指示灯亮。中心控制箱和无线接收 机的工作电源均接通。 将中心控制箱中的应急选择开关置于“正常工作”位置，将无线双机选择开关 置于“工作”位置。 打开无线发射器的电源开关，准备工作。主机开机时，

12、功能转换开关必须处于 “支腿”状态，才能启动工作。 （2）有线操作无线发射器对无线接收器具有有线控制功能3。发射器均配有有线数据传输电缆 插孔，在特殊情况下，如受到不可抗拒的电磁干扰时，两者之间采用有线数字传输电 缆连接，实现有线操作。有线操作的过程与无线操作相同。 （3）应急操作 应急操作是机械化保障桥电控系统其它操作方式均出现故障时的一种非正常操作 方式，一般情况下不予使用。应急操作是采用点对点的开关量控制方式。应急操作时， 整个系统的逻辑控制系统全部失效，需要人为观察各液压执行元件的动作和到位情况， 因此，采用应急操作时，应更加小心。 应急操作工作过程如下： 接通电源：将设置在驾驶室仪表

13、盘上的“电源控制”开关板上的电源开关S0置 于“工作电源”位置，中心控制箱上“工作电源”指示灯亮。 打开中心控制箱，将中心控制箱中的应急选择开关置于“应急工作”位置，接 通应急操作电源。 打开无线对讲机，在驾驶室内的操作人员听从室外操作人员的口令，根据需要， 逐一搬动相应开关，完成每一步动作。 应急操作所有动作完成后，要及时将中心控制箱中的应急选择开关置于“正常 工作”位置，关好控制箱。2.2.2 电控系统控制方式电控系统控制方式在重型机械化保障桥的架设和撤收过程中，系统设置有三种控制方式，分别是全 程手动控制、全程手动/自动控制、应急手动控制。 （1）全程手动控制 全程手动控制是指根据架设或

14、撤收的规定程序，按步骤操作的方法。遥控发射器 启动时，选择开关必须置于“手动工作”位置时才能启动。工作中，选择开关置于 “支腿电源”位置时，只有“支腿”和“油门”能工作，其余均不能工作。 全程手动控制操作具有逻辑互锁的保护功能，在相应的动作过程中，设置了语音 提示功能。在特殊情况下，按下“解锁/暂停”键，5秒时间内，解除互锁功能，5秒后 解锁自动终止，恢复互锁和防误功能。 （“解锁/暂停”键在手动工作过程中，执行“解 锁”功能，无“暂停”功能） 。 手动控制原理如图2.1所示。输入互锁判断输出解锁PLC 控制器控制指令电磁阀执行元件图图 2.12.1 手动控制原理图手动控制原理图（2） 全程手

15、动/自动控制 自动工作是指完成一定的前期准备工作后，由控制器自动控制架桥架设及撤收的 动作过程。在自动控制程序运行过程中，若出现特殊情况，按下“解锁/暂停”键，暂 停自动控制程序的进行，待排除故障后，按下“确认”键，继续自动控制程序的运行 （“解锁/暂停”键在自动工作过程中，执行“暂停”功能，无“解锁”功能）4。原 理图如下：图图 2.22.2 手动手动/ /自动控制原理图自动控制原理图手动/自动架设过程可以分为三个阶段：第一阶段为手动控制阶段，先接通“电源开关” ，将工作状态选择为“架设” 、控 制方式选择为“手动” ，用手动控制的方式完成从0步到第5步的架设动作，为自动架设 做好准备。 第

16、二阶段为自动控制阶段，这个阶段完成从第6步到第18步的自动架设动作，如果输入互锁输出暂停YN目标位置电磁阀传感器执行元件PLC 控制器满足桥车架设机构的初始位置条件，则将选择控制方式为“自动工作” ，同时按下“确 认”键，如果自动程序开始执行，则自动指示灯亮；如果不满足自动执行开始的初始 条件，则自动执行指示灯不亮。随着各动作的进行，操作员应注意观察各架设机构的 运动情况及桥跨的运动姿态，若发现不正常的情况，要及时按下“解锁/暂停”键，将 所有动作停止，待排除故障后，才能按下“确认”键，自动执行继续。故障不易维修 时，将控制方式转为手动工作。 （“解锁/暂停”键在自动工作过程中，执行“暂停”功

17、 能，无“解锁”功能）5。 在自动架设过程中，丙丁连接时有一个暂停过程，操作员观察丙丁连接正常后， 按下确认键，则自动控制程序会自动执行下一个动作。当将桥跨推出至前终位时，则 自动执行指示灯灭，表明自动架设过程已完成，自动控制结束。 第三阶段为手动控制阶段，控制方式从“自动工作”转为 “手动工作” ，用手动 方式完成从19步到第25步的架设动作，完成整个架设任务。 下面用流程图和图片具体介绍手动/自动的架设全过程。顶稳定器前摆架顶升至高位移动架固定销退销移动架推出到后终 位移动架固定销插销左、右支腿伸出， 调平保持工况开关在架 设位,将程序选择开 关置于自动工作位， ,按下确认键，(语音 提示

18、:自动架设开始) 自动架设开始马达推桥至 1 位后支架上升到高位马达推桥至 3 位架设架下摆到低位后支架下降到中位前摆架下降低位马达收桥至 2 位后支架下降到低位接通“桥跨马达” 推出电源；自动程 序暂停前摆架固定销退销马达推桥至 3 位图 2-3 自动架设过程及图解图图 2.32.3 自动架设过程及图解自动架设过程及图解架设架上摆至中位。 （连桥）马达推桥至后终位架设架下摆将桥跨 放到对岸收支腿移动架撤收移动架收至进/退槽 处收架设架至水平位移动架收到前终位收稳定器撤离手动/自动撤收过程也分为三个阶段： 第一阶段为手动控制阶段，顺序接通“电源开关” ，将“工作状态”选择为“撤收” 、控制方式

19、选择为“手动” ， 用手动方式完成从0步到第7步的撤收动作，为自动撤收 做好准备工作。 第二阶段为自动控制阶段，其完成了从第8步到第21步的自动撤收动作，如果满足 桥车架设机构的初始位置的条件，则将选择控制方式为“自动工作” ，同时按下“确认” 键，如果自动控制程序开始执行，则自动指示灯亮，如果不满足自动执行开始的初始 条件，则自动执行指示灯不亮。随着各动作的进行，操作员应注意观察各撤收机构的 运动情况及桥跨的运动姿态，发现不正常的情况，要及时按下“解锁/暂停”键，将各 动作停止，排除故障后，按下“确认”键，自动执行继续。故障不易排除时，将控制 方式转为手动工作。 （“解锁/暂停”键在自动工作

20、过程中，执行“暂停”功能，无“解 锁”功能） 。 在自动撤收过程中，脱钩时会有一暂停，操作员在观察脱钩正常后，再按下确认 键，则自动程序会自动执行下一动作。当将桥跨收回至前终位时，则自动执行指示灯 灭，表明自动撤收过程已完成，自动控制程序工作完成。 第三阶段为手动控制，控制方式从自动工作转为 “手动工作” ，用手动方式完成 从22步到第28步的撤收动作，完成撤收任务。3 电气控制系统软硬件设计电气控制系统软硬件设计机械化保障桥的电控系统是由电源电路、无线遥控电路、辅助照明及报警电路、 信号采集电路、CAN总线数据传输电路和以PLC可编程控制器为核心的扩展电路构成 的，系统硬件结构框图如图3.1

21、。图图 3.13.1 电气控制系统结构框图电气控制系统结构框图3.1 PLC 控制电路控制电路3.1.1 PLC 简介简介可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境而设计的。早期的 可编程控制器被称作可编程逻辑控制器，简称PLC。它主要用来代替继电器实现逻辑 控制。随着技术的进步，该控制器的功能已经远远超出了逻辑控制的范围，因此，今 天的这种装置被称作可编程控制器，简称PC。然而，为了避免与个人计算机的简称混 淆，所以将可编程控制器简称为PLC6。PLC控制器有以下特点： （1）可靠性高，抗干扰能力强 高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC控制器由于采用了现代大规模集成电 路技术

22、，而且采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，所有具 有很高的可靠性。使用PLC控制器构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比， 电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，出现故障的概率也就大大降低了。 此外，PLC控制器具有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在 应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自我诊断程序，使系统中除了PLC以 外的电路及设备也能获得故障自诊断保护。这样，整个系统将具有极高的可靠性。 （2）配套齐全，功能完善，适用性强 PLC发展到今天，已经形成了各种规模的系列化产品，可以用于各种规模的工业控 制场合。除了逻辑处理功能以外，

23、PLC大多还具有完善的数据运算能力，可用于各种 数字控制领域。多种多样的功能单元大量涌现，使PLC广泛渗透到了位置控制、温度 控制、CNC等各种工业控制中。再加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展， 使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。 （3）易学易用，深受工程技术人员欢迎 PLC是面向工业和采矿矿企业的工业控制设备。它接口容易，编程语言易于被工 程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，为不 熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人从事工业控制打开了方便之门。 （4）系统的设计，工作量小，维护方便，容易改造 PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制

24、设备的外部接线，使控制系统设 计及建造的周期大为缩短，同时日常维护也变得容易起来，更重要的是使同一设备经 过改变程序而改变生产过程成为可能。这特别适合多品种、小批量的生产场合。 PLC采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式。每次扫描过程，集中对输入信号 进行采样，集中对输出信号进行刷新。输入刷新过程，当输入端口关闭时，程序在进 行执行阶段时，输入端有新状态，新状态不能被读入。只有程序进行下一次扫描时， 新状态才被读入。一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新。元件映象寄存 器的内容是随着程序的执行变化而变化的。扫描周期的长短由三条决定。 （1）CPU执 行指令的速度（2）指令本身占有的时间（

25、3）指令条数。由于采用集中采样、集中输出的方式，所以存在输入/输出滞后的现象，即输入/输出响应延迟。为满足重型机械化 保障桥对特殊环境的严格要求，应采用芬兰EPEC公司的2024型PLC芯片进行设计。 PLC基本结构框图如图3.2。电 源自 定 义 输 入 接 口自 定 义 输 出 接 口中央处理器程序储存器用户程序 系统程 序按钮行程开关传感器触点KM 线圈信号灯电动机电磁阀编程器图图3.23.2 PLCPLC基本组成框图基本组成框图 EPEC控制器是EPEC OY开发的第四代CAN控制系统模块，该控制器是基于长期恶 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的工作而开发的，大容量

26、 的存储空间可以对程序、系统参数等重要数据进行保存5。具有较高的可靠性和安全性， 其特性如下： (1) ISO高速CAN1接口（CANOPEN） ；(2) ISO高/低速CAN2接口（CAN2.OB） ； (3) 供电电压为DC10-30V,编程时要求大于11.5V； (4) 建议DC24V供电； (5) 程序时钟周期默认为10ms(可改)； (6) 248个16bit参数； (7) 高压和过载保护、过热保护、输出短路保护； (8) 镀金接触、自锁、密封良好的连接器。图图3.33.3 EPECEPEC 20242024实物图实物图 EPEC2024控制器是一款硬件性能良好、安全可靠的工程机械产

27、品主控制器，它采 用C167处理器、具有40MHZ的主频，具有256kb的存储器，采用CoDeDys软件编写程 序，防护等级能够达到IP67，具有高压和过载保护功能、输出短路保护与过热保护功 能，具有52路可编程IO接口，一路CANopen通讯接口，一路CAN2.0通信接口7。3.1.2 PLC 梯形图程序的设计方法梯形图程序的设计方法利用梯形图编程时，首先必须确定所使用的编程元件的编号，PLC是按编号来区 别操作元件的。每个元件在同一时刻绝不能同时担任几个角色。一般来讲，配置好的 PLC，其输入点数与控制对象的输入信号数总是相应的，输出点数与输出的控制回路 数也是相应的（如果有模拟量，则模拟

28、量的路数与实际的也要相当） 。所以I/O口的分 配实际上是把PLC的输入、输出点号分给实际的I/O电路，编程时按点号建立逻辑或控 制关系，接线时按点号“对号入坐”进行接线8。其编程原则有以下几点：（1） 每个继电器的线圈和它的触点均采用同一编号，每个元件的触点使用时没 有数量限制。 （2） 梯形图每一行都是从左边开始的，线圈接在最右边（线圈右边不允许再有 接触点） ，如图(a)错，图(b)正确。图图 (a)(a) 图图 （b b）（3）线圈不能直接接在左边的母线上。 （4）在一个程序中，如果同一编号的线圈使用了两次，则称为双线圈输出，它很 容易引起错误的操作，应尽量避免。 首先介绍一个常用的点

29、动计时器，其功能为每次输入X000时，接通时，Y000输出 一个脉宽为定长的脉冲，脉宽由定时器T0设定值设定。它的时序图如下图所示：X000 Y000T T 根据时序图我们就可以画出相应的梯形图：M000 T0 M000X000 M000 T0 M000 T0 Y000 运用定时器还可以构成振荡电路。例如，根据下面的时序图，我们可用两个定时 器T1、T2构成振荡电路，其时序图如下：X000 Y000T1 T2 根据时序图可画出如下相应的梯形图：X000 T2 T1T1 T2 Y000 Y000 T23.1.3 PLC 控制系统硬件电路设计控制系统硬件电路设计该设计采用EPEC2024型PLC控

30、制器，其由底盘车提供DC24V电源直接供电，PLC 硬件电路设计如下：ENDEND蓝棕黑蓝棕黑蓝棕黑蓝棕黑蓝棕黑蓝棕黑蓝棕黑蓝棕黑蓝棕黑蓝棕黑蓝棕黑蓝棕黑蓝棕黑蓝棕黑蓝棕黑蓝棕黑蓝棕黑蓝棕黑蓝棕黑蓝棕黑蓝棕黑蓝棕黑蓝棕黑蓝棕黑蓝棕黑图图 3.43.4 PLCPLC 硬件电路设计硬件电路设计表示液压电磁阀，是PLC的输出控制部件；表示接近开关，为PLC输入量；表示行程开关，为PLC输入量。AB3.1.4 PLC 控制系统软件设计控制系统软件设计（1）PLC控制器的软件设计用于完成对液压电磁阀电磁线圈电源的控制，进而完 成机械化保障桥的架设与撤收。按动作过程对PLC的输入和输出接口定义如表3-1。

31、 表3.1 输入输出节点统计X1.1 （前摆架） 上摆 X1.2 （前摆架） 下摆 X1.3 （前摆架插销） 插 入 X1.4 （前摆架插销） 推 出 X1.7 （移动架马达） 推 出 X1.8 （移动架马达） 收 回 X1.14 （移动架插销） 插 入 X1.15 （移动架插销） 退 出 X1.16 （后翻转架） 升起 X1.17 （后翻转架） 降 下 X1.22 （开桥油缸） 开桥 X1.23 （开桥油缸） 合桥 X2.1 （架设架） 上摆 X2.2 （架设架） 下摆 X2.5 （支腿 1） 伸出 X2.6 （支腿 1） 缩回 X2.7 （支腿 2） 伸出 X2.8 （支腿 2） 缩回 X

32、2.9 （桥跨马达） 推出输出节点X2.10 （桥跨马达） 收回X1.17 （前摆架油缸） 高 位 X1.21 （前摆架油缸） 中 位 X2.17 （前摆架油缸） 低 位 X2.18 （前摆架插销油缸） 插 入 X2.21 （前摆架插销油缸） 拔 出 X2.22 （移动架马达） 前终 位 X2.23 （移动架马达） 进退销 位 X1.19 （移动架马达） 后终 位 X3.5 （移动架插销油缸） 插 销 X3.6 （移动架插销油缸） 撤 销 X2.20 （后支架油缸） 低 位 X3.16 （后支架油缸） 中 位 X3.17 （后支架油缸） 高 位 X3.7 （开桥器油缸） 开 桥 X3.8 （开

33、桥器油缸） 缩 回 X3.20 （架设架油缸） 高 位 X3.21 （架设架油缸） 中 位 X3.22 （架设架油缸） 低 位 X3.23 （推桥马达） 前终 位 X1.20 （推桥马达） 1 位 X2.19 （推桥马达） 2 位 X3.18 （推桥马达） 3 位输 入 节 点 及 其 功 能X2.16 报警由于没有EPEC软件，所以该部分程序是用西门子S7300模拟实现的。 （2）手动/自动控制程序梯形图如图3.5。X4.1 GND X4.2 CAN 1-H X4.3 GND X4.4 +24V X4.5 +24V X4.6 CAN 1-L X4.7 CAN 2-H X4.8 CAN 2-L

34、功能 节 点X1.15 GND图图3.53.5 PLCPLC梯形图梯形图3.2 CAN 总线电路总线电路 控制器局域网CAN（Controller Area Net）是一种现场总线，主要用于各种过程检 测及控制，是一种有效支持分布式控制系统的串行通信网络。CAN最初是由德国 BOSCH公司为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串 行数据通信协议，它具有较高的位速率，高抗电磁干扰性，可以检测出产生的任何错 误，当信号传输距离达到10Km时，仍然可以提供高达50kbit/s的数据传输速率。由于 CAN总线具有很高的实时性能和应用范围，从位速率最高可达1Mbps的网络到低成本

35、 多线路的50Kbps的网络都可以任意组合。因此，CAN总线已经在汽车行业、航空航天、 工业控制、安全防护等领域得到了广泛的应用9。 随着CAN总线在各个行业和领域的广泛应用，对其通信格式的规范化还提出了更 严格的要求。1991年CAN总线技术规范制定并发布。该技术规范包括A和B两个部分， 其中2.0A给出了CAN报文的标准格式，而2.0B则给出了标准格式的和扩展格式。3.2.1 CAN 总线特点总线特点（1）CAN总线是一种多主机工作方式，网络上任意一个节点可以在任意时刻主动 地向网络上其他节点发送信息，不分主从，因此，可在各节点之间实现自由通信，通 讯方式灵活。 （2）CAN总线可以通过点

36、对点、点对多点、点对网络的方式发送和接收数据，通 讯距离最远为10Km，节点数目可达110个。 （3）CAN总线协议可以对通信数据块进行编码，数据块的标志码可由11位或29位 的二进制数组成，因此可以定义211或229个不同的数据块，使网络内的节点数量在理 论上不受限制，使不同的节点能同时接收到相同的数据。 （4）CAN采用非破坏性仲裁技术，当两个节点同时向网络上传送信息时，优先级 低的节点自动停止发送，这样，在网络负载很重的情况下就不会出现网络瘫痪。 （5）CAN采用的是短帧结构，每一帧的有效字节数为8个，具有CRS校验和其它 检测措施，数据出错几率小。CAN节点在严重错误的情况下，具有自动

37、关闭功能，这 样，就不会影响总线上其他节点的操作。3.2.2 CAN 的工作原理的工作原理当CAN总线上的一个节点（站）发送数据时，它以报文形式广播给网络中所有的 节点。对每个节点来说，无论数据是否是发给自己的，都对其进行接收。每组报文开头的11位字符为标志符，定义了报文的优先级，这种报文格式为面向内容的编址方案。 在同一系统中标识符是唯一的，不可能有两个站发送具有相同标识符的报文。当几个 站同时竞争总线读取时，这种配置十分重要。当一个站要向其它站发送数据时，该站 的CPU将要发送的数据和自己的标识符传送给本站的CAN芯片，并处于准备状态；当 它受到总线分配时，转为发送报文状态。CAN芯片将数

38、据根据协议组织成一定的报文 格式发送，这时网上的其它站处于接收状态。每个处于接收状态的站对接收到的报文 进行检测，判断这些报文是否是发给自己的，以确定是否接收它。 由于CAN总线是一种面向内容的编址方案，因此很容易建立高水准的控制系统并 灵活地进行配置。我们可以很容易地在CAN总线中加进一些新站而无需在硬件或软件 上进行修改。当所提供的新站是纯数据接收设备时，数据传输协议不要求独立的部分 有物理目的地址。它允许分布过程同步化，即总线上控制器需要测量数据时，可由网 上获得，而无需每个控制器都有自己独立的传感器。3.2.3 CAN 总线硬件电路设计总线硬件电路设计在有电磁干扰的情况下，机械化保障桥

39、的架设和撤收是通过有线操作来实现的。 在有线操作过程中采用CAN总线进行信息通讯。 CAN控制器SJA1000T片内有模式寄存器MOD、命令寄存器CMR、状态寄存器 SR、中断寄存器IR、中断使能寄存器IER、接收缓冲器RXB、发送缓冲器TXB、仲裁 丢失捕捉寄存器ALC、错误代码捕捉寄存器ECC、错误报警限额寄存器EWLR、错误计 数寄存器ERR、验收代码寄存器ACR、验收屏蔽寄存器AMR、总线时序寄存器BTR、 输出控制寄存器OCR和时钟分频寄存器CDR等，单片机就是通过读写这些寄存器来实 现对SJA1000T的控制的，从而来实现CAN报文的接收和发送。AD61 AD72 ALE/AS3

40、CS4 RD/E5 WR6 CLKOUT7 VSS18 XTAL19 XTAL210 MODE11 VDD312 TX013 TX114VSS315INT16RST17VDD218RX019RX120VSS221VDD122AD023AD124AD225AD326AD427AD528U4SJA1000T AD6 AD7 ALERD WRCSCANAD0AD1AD2AD3AD4AD5RST_CANY116MC1530pC1630pCXTAT11 CXTAT12CAN_INTAD0.7CTXDCRXD VDD_5.0VDD_3.3GNDVDD_5.0图图3.63.6 CANCAN控制器的硬件电路设

41、计控制器的硬件电路设计 =CTM8251t 是用于CAN 控制器与CAN 总线之间的接口芯片，具有将CAN 控制 器逻辑电平转换为CAN 总线的差动电平的功能， 还具有对CAN 控制器与CAN 总线 之间隔离的作用。CGNDCANLCANHCRXDCTXDCANLCANHFGR5120JP1VCC1GND2TXD3RXD4CANH6CANL7CANG8U5CTM-8251tRC11MCR1103CANLCANHCGNDVDD_3.3FG1 2 3J2CON3图图3.73.7 CANCAN总线接口隔离硬件设计总线接口隔离硬件设计CAT1025包含1个精确的Vcc监控检测电路和2个开漏输出：RESET和RESET；当 Vcc低于复位阈值电压时，RESET引脚将变为高电平， RESET将变为低电平。 CAT1025还含有一个写保护输入（WP） ，如果WP连接高电平，则写操作被禁止，在该 设计中其被用于对CAN总线的复位10。 R210KRST1MR1 RESET2RESET3VSS4SDA5SCL6WP7VCC8U3CAT1025VDD_3.3MCU1_RST R410KR110KRST_CAN图图3.83.8 CANCAN总线复位电路设计总线复位电路设计 CAN控制器初始化程序流程图如下：进入 CAN 控制器复位模 式