CAN总线在石油修井机上的应用

0 引言

石油修井机是由一台或两台动力机驱动绞车和转盘，绞车用动力机、绞车、井架等均安装在汽车载重底盘、专用底盘或牵引式底盘上的石油修井装置。

在油田上广泛使用卡特彼勒发动机或康明斯发动机作动力机，使用艾里逊传动箱或国产的凯星传动箱进行动力传递。在汽车行走时，发动机的动力经过传动箱传送到底盘，驱动车辆行走。在修井机作业时，通过切换装置，发动机的动力经过传动箱传送到作业台上，可以进行立井架、驱动绞车或转盘等修井作业。在驾驶室、井口作业平台都需要对发动机油门位置、传动箱的换档进行操作，传动箱的工况也要与发动机的工况进行匹配。整个控制系统如果用传统的方式进行控制，传递各种命令和交换信息，会在汽车底盘和工作台上布置很多控制线缆。在油田井场及车辆行驶过程中工作条件恶劣，可能会使各种命令及信息交换的可靠性降低。

用总线进行数据的传递可以减少布线，并且能提高系统的可靠性，CAN总线是汽车上广泛使用的一种总线。卡特彼勒发动机的控制器和艾里逊传动箱控制器均是具有CAN总线功能。组建一个CAN总线网络，不仅可以减少整个控制系统的布线工作，而且能提高信息交换的可靠性，保障整个控制系统的可靠工作。

1 CAN总线简介

新型的串行现场总线一控制器局域网，目前广泛应用于汽车控制与通信系统，同时也在其他工业领域得到广泛应用。

CAN总线技术针对不同的功能和应用，有多种汽车网络标准，美国汽车工程师协会(SAE)将汽车数据传输网划分为A、B、C三类。A类是面向传感器，执行器控制的低速网络，数据传输位速率小于lOkbps，如电动窗、灯光等控制l B类是面向独立模块间数据共享的中速网络，位速率一般在10-125kbps，主要用于车身电子舒适模块、仪表显示等，C类是面向高速、实时控制的多路传输网，位速率在125kbps-1Mbps，主要用于发动机、变速箱等动力、传动系统。

SAEJ1939是一类专门用于卡车、大客车、建筑机械、农业机械等的CAN总线通信协议，波特率可达250kbps，是一种传输速率较高的C类通信网络协议。它以CAN 2．0B为基础，定义了网络层和应用层的协议，SAEJl939的分层结构如图1所示。

2 CAN总线在修井机上的具体应用

2.1 系统总线拓扑结构

在油田的修井机上选用具有CAN总线控制功能的卡特发动机(或康明斯发动机)和艾里逊传动箱，发动机的控制器与传动箱的控翩器通过CAN总线互相传递信息，在发动机控制台和驾驶室安装有监控发动机转速的带CAN总线功能的仪表，整个系统的总线拓扑结构如图2所示。

CAN总线使用屏蔽双绞线，屏蔽层直接与汽车底盘的电瓶的负端连接。在总线的主干两端需要连接120欧姆的终端电阻。

2.2 连接器

有两类连接器，九芯的连接器用于诊断接口，三芯的连接器用于控制器、终端电阻等，如图3所示。

正常状态下，当Q～N—H和CAN-L均为2.5V左右，表示逻辑l，称为隐性，当CAN-H=3.5VCAN-L=1.5V时，称为显性，表示逻辑0。

2.3 传递的主要数据信息网

艾里逊传动箱的控制器(Commercial ElectronicControl 2,CEC2)与发动机、仪表之间主要进行一些广播信息和接收数据。

CEC2广播有以下参数群：PGN0(0)O转矩，速度控制1,TSCl)、PGN59904(请求)、PGN61440(电子减速器控制器t,ERCl)、PGN61442(电子传动箱控制器I,ETCl)、PGN61445(电子变速控制器#2，ETC2)、PGN65098(电子变速控制器#7，ETC7)、PGN65272(变速器油液)等。包含变速器控制模式、转速、转矩、换档情况、机油温度等信息。

CEC2接收的数据有以下的参数群：PGN60160(传输协议-数据传送，TP-DT)、PGN60416(传输协议-连接管理，TP-CM)、PGN61441(电子制动控制器1，EBCI)、PGN61443(电子发动机控制器2，EFt)、PGN61444(电子发动机控制器1，EEC1)、PGN65262(发动机温度)等。包含发动机控制方式、转速、转矩、油门位置、温度等信息。

2.4 系统工作控制过程

在驾驶室内安装一只选择开关，可以选择驾驶室操作还是修井机作业平台操作l有操作机构将传动箱的输出切换到台下行车或台上进行修井作业。在驾驶室和作业平台上均装有换档开关和油门操作机构。

1)驾驶室的操作

将驾驶室内的选择开关置于“台下”位置，该信号送进传动箱的控制电脑，并将传动箱的输出转换到台下。驾驶室行车可实现自动换档。驾驶室的换档开关有倒档。“R”、空档“N”、前进档“D”三个选择，在换档开关上可以设置前进档换档的范围(1-6)。档位选择信息送进传动箱的控制电脑。

在起动发动机时，将换档开关置于空档“N”，该信息送进传动箱控制电脑，再通过CAN总线传到发动机控制电脑