應用OCS實現J1939協議的轉速采集

張紅喜

（湖北大峪口化工有限責任公司，湖北 荊門 431910）

壓縮機控制系統需要在OCS控制器上采集EEG6500轉速控制器上的發動機轉速數據，主控制器需要根據該轉速數據以及一些工況壓力、溫度傳感器的數據對壓縮機系統進行自動化控制[1]。

1 轉速采集

1.1 J1939通訊協議

SAE J1939（以下簡稱J1939）是美國汽車工程協會（SAE）推薦的用于中、重型道路車輛電子部件間通訊的標準。J1939技術基于德國Robert Bosch GmbH公司的控制器局域Controller Area Network網絡技術，標準的J1939通訊協議可達到250kbps的通訊速率。目前，在商用車輛、艦船、軌道機車、農業機械、大型發動機和BMS系統應用中，J1939是應用最廣泛的通訊協議[2,3]。對于傳統的PLC控制系統而言，J1939協議的對接需要擴展模塊，在運行過程中無法修改PGN參數組對象，且大多不支持J1939多包傳輸協議。另外，如果是第三方的擴展模塊，還會涉及到主PLC和該模塊的通信工作，對工程師來說又增加了集成的難度，系統的復雜程度也隨之增加，而OCS一體化控制器集成了J1939協議功能。EEG6500設備可以將轉速等數據通過J1939協議與OCS控制器進行連接[4]。

圖1 EEG6500設備圖Fig.1 EEG6500 Equipment diagram

圖2 J1939參數配置界面Fig.2 J1939 Parameter configuration interface

1.2 J1939參數配置

編程軟件進入Program菜單下的Network Configuration中，可以對控制器的J1939通信進行配置。因為要接收來自于EEG 6500的轉速數據，所以這里應在Receive PGN上單擊右鍵，選擇添加一個Receive PGN。通過查詢J1939-71車輛應用層協議文件，得知61444參數組的定義如下：該參數組為發動機控制器1參數組。J1939協議對該參數組的定義為：數據長度8字節；數據頁0；PDU格式240；默認優先級為3；參數組編號為61444。根據上述資料，在HORNER新建的PGN中配置如下：PGN參數組編號為61444；Priority優先級為3（J1939協議默認）；Source Address源地址為26（EEG6500手冊中標識）；Destination Address目的地址為0（廣播接收）；Number of Data為8（接收該參數組8個字節的數據）；Mapping Resister為1%R，點擊“OK”確定，完成配置[5-8]。

表1 EG6500轉速數據定義格式Table 1 EG6500 speed data definition format

2 控制系統

基于OCS控制器實現的自控系統主界面可以通過F1、F2、F3和F4 4個功能鍵進行人機交互，如圖3所示。主界面可以實時顯示發動機轉速（RPM）值、進氣分離器壓力（BAR）值、壓縮機排氣壓力（BAR）值和潤滑油壓力（BAR）值、發動機混合氣壓（BAR）值、曲軸箱壓力（BAR）值、冷卻水溫度（℃）值和壓縮機排氣溫度（℃）值、發動機廢氣溫度（℃）值、系統電壓（V）值、執行器開度（%）值。通過“解鎖”功能限制不同權限的變量操作范圍，有效避免工作人員的誤操作。同時OCS控制器除了實現IO狀態監控，還可以實現動態的參數配置，如傳感器參數設置、通信參數設置、運行參數設置、運行時間設置、報警設置和系統時間設置，如圖4所示。

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

圖4 OCS系統配置界面圖Fig.4 OCS System configuration interface diagram

3 硬件接線

CAN端子（1939協議）接線，控制器的CN_H端子連接6500設備的CAN-P，CN_L端子連接6500設備的CAN-L。J1端子排的I1連接潤滑油液位低；I2連接發動機水箱液位低；I3連接進氣分離器液位高；I4連接廢氣壓力開關；I5連接急停（常閉）；I6/I7/I8/H1/H2/H3/H4懸空不接；A1連接執行器開度+；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連接點火控制；Q2連接進氣電磁閥；Q3連接啟動馬達；Q4連接EEG6500轉速切換；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+進氣分離器壓力+，IN0-2 GNA進氣分離器壓力-；IN1-3 I+壓縮機排氣壓力+，IN1-4 GNA壓縮機排氣壓力-；IN2-5 I+發動機潤滑油壓力+，IN2-6 GNA發動機潤滑油壓力-；IN3-7 I+發動機混合氣壓力+，IN3-8 GNA發動機混合氣壓力-；IN4-9 I+發動機凸輪軸壓力+，IN4-10 GNA發動機凸輪軸壓力-；IN5-11 I+發動機冷卻水溫度+，IN5-12 GNA發動機冷卻水溫度-；IN6-13 I+壓縮機排氣溫度+，IN6-14 GNA壓縮機排氣溫度-；IN7-15 I+發動機廢氣溫度+，IN7-16 GNA發動機廢氣溫度-。

4 Modbus變量

配置OCS控制器的MJ1作為RS232通信接口，其中PIN8為TX發送接收，PIN7為RX，PIN6為模擬地GND，控制器支持Modbus RTU協議，站號為1，波特率9600，校驗N，數據位8，停止位1。

4.1 只讀變量

配置參數進氣分離器壓力、壓縮機排氣壓力、發動機潤滑油壓力、發動機進氣壓力、發動機曲軸箱壓力、發動機冷卻水溫度、壓縮機排氣溫度、發動機廢氣溫度、執行器開度、系統電壓、發動機轉速、系統運行狀態（1=啟動中，2=運行中，3=停止中，4=待機中）、本次運行時間-小時、本次運行時間-分鐘、累計運行時間-小時、累計運行時間-分鐘分別對應OCS寄存器地址%R31、%R33、%R35至%R61，與此同時對應Modbus寄存器地址43031、43033、43035至43061[10,11]。

4.2 系統變量

系統的報警點定義ON=報警，OFF=無報警。參數進氣分離器壓力傳感器斷線、進氣分離器壓力高、進氣分離器壓力低、壓縮機排氣壓力傳感器斷線、壓縮機排氣壓力高、壓縮機排氣壓力低、發動機潤滑油壓力傳感器斷線、發動機潤滑油壓力高、發動機潤滑油壓力低、發動機混合氣壓力傳感器斷線、發動機混合氣壓力高、發動機混合氣壓力低、發動機曲軸箱壓力傳感器斷線、發動機曲軸箱壓力高、發動機曲軸箱壓力低、發動機冷卻水溫度傳感器斷線、發動機冷卻水溫度高、發動機冷卻水溫度低、壓縮機排氣溫度傳感器斷線、壓縮機排氣溫度高、壓縮機排氣溫度低、發動機廢氣溫度傳感器斷線、發動機廢氣溫度高、發動機廢氣溫度低、系統電壓傳感器斷線、系統電壓低、執行器開度傳感器斷線、潤滑油液位低、發動機水箱液位低、進氣分離器液位高、發動機啟動不成功、模擬量模塊通信故障、轉速控制器通信故障報警、急停開關按下、發動機超速報警、廢氣壓力開關報警分別對應OCS寄存器地址%T101、%T102、%T103至%T136，與此同時對應Modbus寄存器地址06101、06102、06103至06136。

4.3 系統控制參數

OCS的控制參數主要有3個，便于工作人員的操作設置。系統鎖定功能對應OCS寄存器%M52定義為 BOOL類型變量對應Modbus寄存器地址03052，可進行讀寫操作，ON=鎖定，OFF=未鎖定；系統啟動/停止功能對應OCS寄存器%R17定義為INT類型變量對應Modbus寄存器地址43017，可進行讀寫操作，其中0=停止，1=啟動；系統怠速/工速功能對應OCS寄存器%R18定義為INT類型變量對應Modbus寄存器地址43018，可進行讀寫操作，其中0=怠速，1=工速。

5 結論

本文闡述了應用OCS控制器通過CAN接口的J1939協議實現EEG6500設備的轉速數據采集。詳細闡述了硬件CAN接口實現J1939協議采集的配置過程，使用Cscape配置多界面交互式控制系統的功能效果，基于本體硬件OCS和擴展采集模塊的硬件CAN、RS232、IO等接線細節，并從只讀數據變量、系統報警變量和系統控制變量三方面對自動過程變量進行配置分類。經測試，應用OCS一體化控制器的EEG6500設備轉速采集系統可以有效地實現數據采集和邏輯控制，達到了預期的設計效果。