基于DS444总线协议的吊具控制系统构建

为了和码头现有的吊具实现互换， 用户对采 购我公司的吊具提出以下要求： CANopen 网关， 通讯协议为 必须使用 AnyBusCIA DS444 ； 吊具使用 CANopen 总线及控制器； 吊 具上能显示吊具的状态及故障信息； 能对吊具进 行临时的强制控制等。 同样， 用户在其他方面对 吊具提出了特殊的要求， 本文主要对吊具电气控 制系统进行介绍。
pen 网络的主站， 根据 CAN 通讯和 CANopen 通讯 的演变关系，CANopen 通讯由 CAN 通讯演变而来， 因而在 CAN 通讯网络中可以兼容 CANopen 通讯。 左侧的 ERROR_ CONTROL 和 RING_LOGGING 是 吊具的故障逻辑处理程序。 CAN_RX_ID2 、CAN_RX_ID3 、 CAN_RX_ID4 、 CAN_RX_ID5 是 CR1051 从吊具 CAN 通讯网络中 分别抓 取 了 吊 具 指 令 数 据、 吊 具 限 位 状 态 数 据、 吊具信号数据和吊具输出状态数据 ； CAN_RX_ID2 来自控 制 器 1 ， CAN _ RX _ ID3 、 CAN _ RX _ ID4 、 CAN_RX_ID5 来自控制器 2 ，这些数据用于吊具的 故障逻辑处理。CAN_RX_ID6 则是 CR1051 的临时 强制功能，将临时强制的指令发送到吊具的 CAN 通讯网络上， 由控制器 2 实现用户提出的临时强 制功能。
1
吊具控制系统的特殊要求
CANopen 网关是 CANopen 通讯网络的主站， 默认 地址是 1 ，其通讯协议是 DS444 。其 CANopen 网络 中只能存在 1 个地址为 2 到 9 的从站，因而控制器 CANopen 网关的从站。 这样控制器必 作为 AnyBus须至少 有 2 路 CANopen 通 讯 端 口。 查 找 当 时 的 CAN 控制器资料， 没有找到 1 款有 2 路 CANopen 通讯端口的控制器。1 个控制器没有 2 路 CANopen 通讯端口，2 个控制器并在一起就有 2 路 CANopen 通讯端口。因而，该项目上采用了 2 个 CR0505 控 CANo制器。1 个控制器 （ 控制器 1 ） 做为 AnyBuspen 网关的 CANopen 从站， 另 1 个控制器 （ 控制 器 2 ） 做为吊具 CANopen 模块的主站，2 个控制器 之间采用 CAN 通讯。 控制器问题解决后 ， 再考虑吊具上的状态及 故障显示问题 。 吊具状态显示 ， 只需将吊具上的 限位 、 信号及输出等信息传送到显示器上 ， 由显
基于 DS444 总线协议的吊具控制系统构建
张新杰 上海振华重工 （ 集团） 股份有限公司
摘
上海 200125
要： 用户因为互换性的要求 ，对采购上海振华重工 （ 集团 ） 股份有限公司的吊具提出特殊要求 。 为了
满足用户的要求，根据当时市场上所能采购到的控制产品 ， 构建该项目的吊具控制系统 。 文中介绍如何在硬件 和软件上构建该吊具控制系统 ，以满足用户的要求。 关键词： 集装箱吊具； CAN； CANOPEN； DS444 协议； CoDeSys 软件 中图分类号： TM921. 5 文献标识码： A 文章编号： 1001 － 0785 （ 2011 ） S0 － 0099 － 04 Abstract： Because of interchangeability requirements，customers make special requests when purchasing spreaders from Shanghai Zhenhua Heavy Industry （ Group） Co. ，Ltd. In order to meet customers’requirements，the company develops the spreader control system based on the available control products in the market at that time. This article describes how to build the software and hardware system to meet the demands of customers. Keywords： container spreader； CAN； CANopen； DS444 protocol； CoDeSys software
图1 吊具控制系统示意
CANopen 网 关 的 指 令 和 向 Any负责 接 收 AnyBusBusCANopen 网关发送吊具信号。 CANopen 网关的资料， 控制器 1 根据 AnyBus的地址从 2 到 9 ， 将其设置为 2 ； CANopen 网络的 波特率为 50 K； 总线心跳为 500 ms， 总线心跳由 AnyBusCANopen 网关产生。 另外， 要能正确地接 CANopen 网关的数据和向 AnyBusCANo收 AnyBuspen 网关发送数据，必须配置 PDO。 这里不再详细 介绍。 CANopen 见 2 图左侧： CAN1 _ RX 将 AnyBus网关发送下来的指令接收下来，通过 CAN2_ TX_ ID2 发送到吊具的 CAN 通讯网络中； CAN2_ RX_ ID3 、CAN2_ RX_ ID4 从吊具 CAN 通讯网络中抓 CANopen 网关 取数据，通过 CAN1_ TX 向 AnyBus发送吊具的信号。中间部分显示的是将 CR0505 配 置 为 DS444 的 从 站； 右 侧 部 分 是 配 置 CR0505 CANopen 网络的参数。
3
吊具控制系统分析
根据 现 有 的 产 品 所 构 建 的 吊 具 控 制 系 统 ， 从理论上 可 以 实 现 ， 整 个 吊 具 控 制 系 统 分 析 如 下： 吊具上有 2 个 CR0505 控制器， 第 1 个控制器 （ 控制 器 1 ） 作 为 AnyBusCANopen 网 关 的 从 站， CANopen 网关发送来的指令和向 负责接收 AnyBusAnyBusCANopen 网关传送吊具信号。 第 2 个控制 器 （ 控制器 2 ） 作为吊具上 CANopen 模块的主站， 该控制器控制吊具的所有动作，2 个控制器之间， 通过 CAN 通讯联系在一起。 吊具上的 CR1051 为 吊 具 状 态 和 故 障 显 示 终 端，CR1051 根据发送来的指令、 吊具限位状态和 吊具输出状态等信息， 进行逻辑处理， 将吊具故 障显示，CR1051 同样通过 CAN 通讯和吊具的 2 个 控制器联系在一起。吊具控制系统见图 1 。
— 99 —
示器显示 即 可 。 但 用 户 要 求 有 错 误 信 息 的 显 示 ， 这需要逻 辑 运 算 。 逻 辑 运 算 放 在 吊 具 控 制 器 内 ， 处理完 毕 后 ， 通 过 CAN 通 讯 ， 发 送 到 显 示 器 上 显示 。 也可以根据已发送来的吊具限位 、 信号和 输出等信息 ， 由显示器处理后再输出 。 考虑到吊 具控制 器 内 已 经 有 吊 具 的 逻 辑 ， 再 增 加 故 障 逻 辑 ， 吊具控制器的扫描周期时间变长 ， 吊具的控 制精度下降 。 同时 ， 故障信息较多 ， 同样增加了 吊具 CAN 网络 的 负 载 率 。 因 而 考 虑 将 吊 具 故 障 显示的逻辑放到显示器内 ， 不仅缩短了吊具控制 器的扫描周 期 ， 而 且 也 降 低 了 吊 具 CAN 网 络 的 负载率 。 根据吊具高冲击 、 振动大的特点 ， 最终 选用 CR1051 显示屏作为吊具的状态和故障显示 终端 。 对吊具进行临时的强制控制， 采用了 2 套方 案解决。首先是在显示屏上强制， 通过吊具 CAN 网络发送到吊具控制器内， 再由吊具控制器输出。 这需要吊具的 CAN 网络正常， 网络异常该功能无 法实 现。 因 此， 在 吊 具 的 主 接 线 箱 上 增 加 按 钮， 由吊具控制器直接输出， 这样保证了吊具临时强 制功能的万无一失。
2
构建吊具控制系统
根据用 户 的 要 求， 首 先 确 定 吊 具 的 控 制 器。 根据其吊具使用 CANopen 总线的要求， 可以使用 的控制器比较多。但是根据用户必须使用 AnyBusCANopen 网 关 要 求， 查 阅 其 资 料 得 知， AnyBus-
电子技术，2005 （ 1 ） . 的无线监控系统不会太遥远。
图3
控制器 2 配置图
在控制器 2 配置图中， CAN_RX _ID2 从吊具 CAN 通讯网络中抓取数据， 从控制器 1 配置图中 可知，该功能块抓取的数据是岸桥通过 BROMMA DS444 发送的指令信号。CAN_RX_ID6 同样是从吊 具 CAN 通讯网络中抓取数据， 从 CR1051 配置图 中可知，该功能块抓取的数据是 CR1051 发送的强 制指令。 CAN_TX_ID3 、CAN_TX_ID4 是向吊具 CAN 通 讯网络中发送数据， 其发送是吊具上的限位状态 信号和吊具处理后吊具信号。 从控制器 1 配置图 和 CR1051 配 置 图 中 可 以 看 到， 控 制 器 1 和 CR1051 都从吊具 CAN 通讯网络中抓取了该数据； CAN_TX_ID5 也向吊具 CAN 通讯网络中发送数据； 其发送是吊具上的输出状态信号， 从图 4 中可以 看到，CR1051 抓取了该数据。 4. 3 CR1051 的软件配置 CR1051 为吊具状态和故障显示终端， CR1051 根据发送来的吊具限位、 状态和输出信息， 进行 逻辑处理，将吊具故障显示。 从图 4 中还可以看到， 右侧定义的是 CAN 通 讯参数的配置； 中间部分将 CR1051 配置成 CANo《起重运输机械》 2011 （ 增刊） 图5 CAN 通讯的示意图 图4 CR1051 配置图
4
4. 1
软件的配置
吊具控制器 1 的软件配置 CANopen 网关的从站， 该控制器作为 AnyBus4. 2
图2
控制器 1 配置图
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
吊具控制器 2 的软件配置 吊具控制器 2 作为吊具上 CANopen 模块的主
《起重运输机械》 2011 （ 增刊）
— 100 —
站 ， 该控制器控制吊具的所有动作 ， 经过逻辑处 理后 ， 将 信 号 输 出 。 见 图 3 左 侧 ， BASIC _ SIGNAL、 LOCK _ AND _ UNLOCK 、 TELESCOPING 、 Twin_function 、 Twin_units_move 和 Twin_up_down 逻辑功能块是 控 制 吊 具 的 逻 辑 程 序 ； 图 3 的 中 间显示 的 是 CR0505 控 制 器 作 为 CANopen 网 络 的主站 ， 网络中有 12 块 CR2032 模 块 （ 从 站 ） ； 图 3 右侧显 示 的 是 CANopen 网 络 主 站 的 参 数 配 置。
［ 3］ Thomas Stockhammer， Miska M， Hannuksela， et al. H. 参考文献 ［ 1］ 罗海龙，毛征， 王春华， 等 . 基于 WEB 的无线视频 ． 中 国 科 技 论 文 在 线，2005 ， 监控系 统 设 计 ［J / OL］ 10 ，17 ［ 2011 － 08 － 19］ ． http： / / www. paper. edu. cn / index. php / default / releasepaper / content /200510 － 168． ［ 2］ 师亚莉，冯景超 . 无线网络中的视频通信 ［ J］ ． 现代 《起重运输机械》 2011 （ 增刊） 作者地址： 上海市浦东新区浦东南路 3470 号 邮 编： 200125 264 / AVC in Wireless Environments' IEEE. Transactions on Circuits and Systems for Video Technology， 2003 ， 13 （ 7 ） ： 657 － 671．