應(yīng)用OCS實(shí)現(xiàn)J1939協(xié)議的轉(zhuǎn)速采集

張紅喜

（湖北大峪口化工有限責(zé)任公司，湖北 荊門 431910）

壓縮機(jī)控制系統(tǒng)需要在OCS控制器上采集EEG6500轉(zhuǎn)速控制器上的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，主控制器需要根據(jù)該轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)以及一些工況壓力、溫度傳感器的數(shù)據(jù)對(duì)壓縮機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化控制[1]。

1 轉(zhuǎn)速采集

1.1 J1939通訊協(xié)議

SAE J1939（以下簡(jiǎn)稱J1939）是美國(guó)汽車工程協(xié)會(huì)（SAE）推薦的用于中、重型道路車輛電子部件間通訊的標(biāo)準(zhǔn)。J1939技術(shù)基于德國(guó)Robert Bosch GmbH公司的控制器局域Controller Area Network網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，標(biāo)準(zhǔn)的J1939通訊協(xié)議可達(dá)到250kbps的通訊速率。目前，在商用車輛、艦船、軌道機(jī)車、農(nóng)業(yè)機(jī)械、大型發(fā)動(dòng)機(jī)和BMS系統(tǒng)應(yīng)用中，J1939是應(yīng)用最廣泛的通訊協(xié)議[2,3]。對(duì)于傳統(tǒng)的PLC控制系統(tǒng)而言，J1939協(xié)議的對(duì)接需要擴(kuò)展模塊，在運(yùn)行過(guò)程中無(wú)法修改PGN參數(shù)組對(duì)象，且大多不支持J1939多包傳輸協(xié)議。另外，如果是第三方的擴(kuò)展模塊，還會(huì)涉及到主PLC和該模塊的通信工作，對(duì)工程師來(lái)說(shuō)又增加了集成的難度，系統(tǒng)的復(fù)雜程度也隨之增加，而OCS一體化控制器集成了J1939協(xié)議功能。EEG6500設(shè)備可以將轉(zhuǎn)速等數(shù)據(jù)通過(guò)J1939協(xié)議與OCS控制器進(jìn)行連接[4]。

圖1 EEG6500設(shè)備圖Fig.1 EEG6500 Equipment diagram

圖2 J1939參數(shù)配置界面Fig.2 J1939 Parameter configuration interface

1.2 J1939參數(shù)配置

編程軟件進(jìn)入Program菜單下的Network Configuration中，可以對(duì)控制器的J1939通信進(jìn)行配置。因?yàn)橐邮諄?lái)自于EEG 6500的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，所以這里應(yīng)在Receive PGN上單擊右鍵，選擇添加一個(gè)Receive PGN。通過(guò)查詢J1939-71車輛應(yīng)用層協(xié)議文件，得知61444參數(shù)組的定義如下：該參數(shù)組為發(fā)動(dòng)機(jī)控制器1參數(shù)組。J1939協(xié)議對(duì)該參數(shù)組的定義為：數(shù)據(jù)長(zhǎng)度8字節(jié)；數(shù)據(jù)頁(yè)0；PDU格式240；默認(rèn)優(yōu)先級(jí)為3；參數(shù)組編號(hào)為61444。根據(jù)上述資料，在HORNER新建的PGN中配置如下：PGN參數(shù)組編號(hào)為61444；Priority優(yōu)先級(jí)為3（J1939協(xié)議默認(rèn)）；Source Address源地址為26（EEG6500手冊(cè)中標(biāo)識(shí)）；Destination Address目的地址為0（廣播接收）；Number of Data為8（接收該參數(shù)組8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)）；Mapping Resister為1%R，點(diǎn)擊“OK”確定，完成配置[5-8]。

表1 EG6500轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)定義格式Table 1 EG6500 speed data definition format

2 控制系統(tǒng)

基于OCS控制器實(shí)現(xiàn)的自控系統(tǒng)主界面可以通過(guò)F1、F2、F3和F4 4個(gè)功能鍵進(jìn)行人機(jī)交互，如圖3所示。主界面可以實(shí)時(shí)顯示發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（RPM）值、進(jìn)氣分離器壓力（BAR）值、壓縮機(jī)排氣壓力（BAR）值和潤(rùn)滑油壓力（BAR）值、發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣壓（BAR）值、曲軸箱壓力（BAR）值、冷卻水溫度（℃）值和壓縮機(jī)排氣溫度（℃）值、發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣溫度（℃）值、系統(tǒng)電壓（V）值、執(zhí)行器開(kāi)度（%）值。通過(guò)“解鎖”功能限制不同權(quán)限的變量操作范圍，有效避免工作人員的誤操作。同時(shí)OCS控制器除了實(shí)現(xiàn)IO狀態(tài)監(jiān)控，還可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的參數(shù)配置，如傳感器參數(shù)設(shè)置、通信參數(shù)設(shè)置、運(yùn)行參數(shù)設(shè)置、運(yùn)行時(shí)間設(shè)置、報(bào)警設(shè)置和系統(tǒng)時(shí)間設(shè)置，如圖4所示。

圖3 OCS系統(tǒng)主界面圖Fig.3 The main interface diagram of the OCS system

圖4 OCS系統(tǒng)配置界面圖Fig.4 OCS System configuration interface diagram

3 硬件接線

CAN端子（1939協(xié)議）接線，控制器的CN_H端子連接6500設(shè)備的CAN-P，CN_L端子連接6500設(shè)備的CAN-L。J1端子排的I1連接潤(rùn)滑油液位低；I2連接發(fā)動(dòng)機(jī)水箱液位低；I3連接進(jìn)氣分離器液位高；I4連接廢氣壓力開(kāi)關(guān)；I5連接急停（常閉）；I6/I7/I8/H1/H2/H3/H4懸空不接；A1連接執(zhí)行器開(kāi)度+；A2連接電瓶電壓+；0V連接DC直流供電電壓的GND。J2端子排的Q1連接點(diǎn)火控制；Q2連接進(jìn)氣電磁閥；Q3連接啟動(dòng)馬達(dá)；Q4連接EEG6500轉(zhuǎn)速切換；Q5/ Q6/ Q7/ Q8/ Q9/ Q10/ Q11/ Q12懸空不接；V+連接DC直流供電電壓的24V+；0VDC直流供電電壓的GND[9]。

外置的IO端子IN0-1 I+進(jìn)氣分離器壓力+，IN0-2 GNA進(jìn)氣分離器壓力-；IN1-3 I+壓縮機(jī)排氣壓力+，IN1-4 GNA壓縮機(jī)排氣壓力-；IN2-5 I+發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油壓力+，IN2-6 GNA發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油壓力-；IN3-7 I+發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣壓力+，IN3-8 GNA發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣壓力-；IN4-9 I+發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸壓力+，IN4-10 GNA發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸壓力-；IN5-11 I+發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫度+，IN5-12 GNA發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫度-；IN6-13 I+壓縮機(jī)排氣溫度+，IN6-14 GNA壓縮機(jī)排氣溫度-；IN7-15 I+發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣溫度+，IN7-16 GNA發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣溫度-。

4 Modbus變量

配置OCS控制器的MJ1作為RS232通信接口，其中PIN8為TX發(fā)送接收，PIN7為RX，PIN6為模擬地GND，控制器支持Modbus RTU協(xié)議，站號(hào)為1，波特率9600，校驗(yàn)N，數(shù)據(jù)位8，停止位1。

4.1 只讀變量

配置參數(shù)進(jìn)氣分離器壓力、壓縮機(jī)排氣壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫度、壓縮機(jī)排氣溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣溫度、執(zhí)行器開(kāi)度、系統(tǒng)電壓、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)（1=啟動(dòng)中，2=運(yùn)行中，3=停止中，4=待機(jī)中）、本次運(yùn)行時(shí)間-小時(shí)、本次運(yùn)行時(shí)間-分鐘、累計(jì)運(yùn)行時(shí)間-小時(shí)、累計(jì)運(yùn)行時(shí)間-分鐘分別對(duì)應(yīng)OCS寄存器地址%R31、%R33、%R35至%R61，與此同時(shí)對(duì)應(yīng)Modbus寄存器地址43031、43033、43035至43061[10,11]。

4.2 系統(tǒng)變量

系統(tǒng)的報(bào)警點(diǎn)定義ON=報(bào)警，OFF=無(wú)報(bào)警。參數(shù)進(jìn)氣分離器壓力傳感器斷線、進(jìn)氣分離器壓力高、進(jìn)氣分離器壓力低、壓縮機(jī)排氣壓力傳感器斷線、壓縮機(jī)排氣壓力高、壓縮機(jī)排氣壓力低、發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油壓力傳感器斷線、發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油壓力高、發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油壓力低、發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣壓力傳感器斷線、發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣壓力高、發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣壓力低、發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱壓力傳感器斷線、發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱壓力高、發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱壓力低、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫度傳感器斷線、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫度高、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫度低、壓縮機(jī)排氣溫度傳感器斷線、壓縮機(jī)排氣溫度高、壓縮機(jī)排氣溫度低、發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣溫度傳感器斷線、發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣溫度高、發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣溫度低、系統(tǒng)電壓傳感器斷線、系統(tǒng)電壓低、執(zhí)行器開(kāi)度傳感器斷線、潤(rùn)滑油液位低、發(fā)動(dòng)機(jī)水箱液位低、進(jìn)氣分離器液位高、發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)不成功、模擬量模塊通信故障、轉(zhuǎn)速控制器通信故障報(bào)警、急停開(kāi)關(guān)按下、發(fā)動(dòng)機(jī)超速報(bào)警、廢氣壓力開(kāi)關(guān)報(bào)警分別對(duì)應(yīng)OCS寄存器地址%T101、%T102、%T103至%T136，與此同時(shí)對(duì)應(yīng)Modbus寄存器地址06101、06102、06103至06136。

4.3 系統(tǒng)控制參數(shù)

OCS的控制參數(shù)主要有3個(gè)，便于工作人員的操作設(shè)置。系統(tǒng)鎖定功能對(duì)應(yīng)OCS寄存器%M52定義為 BOOL類型變量對(duì)應(yīng)Modbus寄存器地址03052，可進(jìn)行讀寫(xiě)操作，ON=鎖定，OFF=未鎖定；系統(tǒng)啟動(dòng)/停止功能對(duì)應(yīng)OCS寄存器%R17定義為INT類型變量對(duì)應(yīng)Modbus寄存器地址43017，可進(jìn)行讀寫(xiě)操作，其中0=停止，1=啟動(dòng)；系統(tǒng)怠速/工速功能對(duì)應(yīng)OCS寄存器%R18定義為INT類型變量對(duì)應(yīng)Modbus寄存器地址43018，可進(jìn)行讀寫(xiě)操作，其中0=怠速，1=工速。

5 結(jié)論

本文闡述了應(yīng)用OCS控制器通過(guò)CAN接口的J1939協(xié)議實(shí)現(xiàn)EEG6500設(shè)備的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)采集。詳細(xì)闡述了硬件CAN接口實(shí)現(xiàn)J1939協(xié)議采集的配置過(guò)程，使用Cscape配置多界面交互式控制系統(tǒng)的功能效果，基于本體硬件OCS和擴(kuò)展采集模塊的硬件CAN、RS232、IO等接線細(xì)節(jié)，并從只讀數(shù)據(jù)變量、系統(tǒng)報(bào)警變量和系統(tǒng)控制變量三方面對(duì)自動(dòng)過(guò)程變量進(jìn)行配置分類。經(jīng)測(cè)試，應(yīng)用OCS一體化控制器的EEG6500設(shè)備轉(zhuǎn)速采集系統(tǒng)可以有效地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和邏輯控制，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)效果。