今天的农业设备是如此高度自动化,以致于现代化拖拉机的驾驶室几乎被误认为是高科技控制室。传统总线系统将不再能够提供需要被处理的大量数据所要求的性能水平。针对其最新开发的装载车,Enders正在寻求一个能够满足农业设备特殊需求的通信协议 – 他们最终找到了它。

几乎每家汽车制造商都在展示某种形式的自动驾驶技术,第一轮的真实世界测试现已成为整个行业的头条新闻。另一方面,对于农业车辆而言,自动驾驶技术已经成为既定现实。当现代化拖拉机在田野中驰骋时,它通常由它所牵引的农具引导 – 只需要驾驶员监督过程即可。例如,马铃薯收割机可以通过集成的传感器查明田埂情况并将指令发送给拖拉机,从而实现自动驾驶,无需驾驶员进行操纵。

收割机还可以计算它需要以多快的速度行进才能优化其设备利用率,并将该信息传输给拖拉机。整个拖拉机配套农具的速度是根据农具的当前生产速度进行自动调整[1]。这一切都需符合由农业行业电子设备基金会(AEF)开发的所谓拖拉机农具管理(TIM)标准才能得以实现。

高性能现场总线至关重要

TIM标准目前规定ISOBUS作为拖拉机与农具间指令交换的通信基础设施。这使得农具可以控制拖拉机的某些功能,如动力输出装置、联动系统、驾驶速度、转向角和液压阀。农民显然可以从中获益。智能设备会自动查找完成任务的最有效方式,这样留给驾驶员的工作就会变得相当少[2]

面对不断增加的要求,基于CAN的ISOBUS系统已经达到其潜力极限。尽管越来越多制造商正在重型设备和农用车辆中安装分布式电力驱动技术,但是情况没有得到任何改观。为了缓解性能瓶颈,AEF目前正在致力于将高速ISOBUS建立在标准以太网基础上。

然而,移动设备所面临的挑战范围已经超出了总线性能问题。在这些应用中,典型的系统架构可能涉及多达30个控制设备,多个操作终端和超过100个传感器,所有通信全部在七种不同的现场总线网络上进行。这需要使用超过3000米电缆,重量超过100公斤。单单减少布线就将在生产率、可靠性、可维护性和燃料消耗方面产生巨大回报。

对于装载车的通信而言,Enders信赖POWERLINK。(来源:Enders)

POWERLINK作为理想的高速主干网

车辆和移动设备对现场总线的要求与工业机械对现场总线的要求基本不同。主要表现在最大带宽、亚毫秒精度的实时能力、多主站架构和自由选择拓扑方面。此外,还有一些功能如热插拔以及安全相关信号传输满足SIL 3 / PL e标准。

移动应用的不同之处在于对苛刻的操作条件要求更高,如宽温、耐蚀性和ESD保护。这就是为什么支持BroadR-Reach标准也必不可少的原因所在。单对双绞线结构在减少布线重量方面也起到了决定性作用。POWERLINK能够满足所有这些需求,这使其成为适用于移动自动化的理想解决方案[4]

来自贝加莱的Gunnar Gubisch(左起第二位)与Enders团队。即使是下雨天也没有浇灭团队对装载车项目的热情。

装载车证明POWERLINK的潜力

凭借新设计的适用于拖拉机测试的装载车,位于巴伐利亚的开发服务提供商Enders已经证明以POWERLINK为特色的移动自动化解决方案的潜力。“实实在在的开发成果”是Enders公司的承诺 – 它指的是公司能够从头开始开发并建造具备完整功能的原型以满足客户提出的规范要求。“我们多年来与领先的农业设备和工程车辆制造商的合作使我们赢得了在这一领域内的宝贵知识,”公司嵌入式系统事业部经理Thomas Rogalski说道。

Enders最近为一家拖拉机制造商开发了新一代装载车,它们可以被用于在测试期间对复杂的装载情景进行模拟。上一代装载车受到仅能对固定负载设置进行手动调整的限制,而新的装载车可以提供无缝和自动负载调整,从而能够实时模拟被拖动农具的行为。这是通过涡轮制动器实现的,它与整个下部构造一起被安装在自备拖车上。在测试期间生成的数据可以被用来对拖拉机性能的各个方面进行优化。

“POWERLINK为我们带来的优势是其开放性及其能够同时集成安全相关数据和异步数据。”Thomas Rogalski,Enders

可访问所有系统的用户接口

“在选择现场总线时,我们的一个主要关注点是确保驾驶室中的技术员可以访问由装载车提供的所有相关测量和控制参数,”Rogalski解释道。其它考虑还包括直接集成安全相关数据如急停信号,以及安置其它传感器的灵活性。

POWERLINK还将使Enders计划添加的备用摄像头的集成变得轻松。摄像头的数据包在协议的异步阶段中进行传输,通过使用mapp技术,它们可以在相同的显示器上作为视频流显示。不需要使用额外显示器或额外电缆。正如本例所示,像POWERLINK这样的单个高性能现场总线就可以大幅减少移动应用中所需的设备量和接线量。

机器系统的典型架构[3]:各种组件通过不同协议进行通信,这需要大量布线。由于POWERLINK能够以单一协议处理一切,因此布线得以大大简化。

来源:

[1] Horstmann, Jan: Moderne Kommunikationssysteme in der Landtechnik. In: Frerichs, Ludger (pub.): Jahrbuch Agrartechnik 2013. Braunschweig: Institut für mobile Maschinen und Nutzfahrzeuge, 2014. – p. 1-7; www.digibib.tu-bs.de, (retrieved 2016-02-21)

[2] ISOBUS in Functionalities; www.aef-online.org/AEF_handfan_EN_10-15_lr, (retrieved 2016-02-23)

[3] Caterpillar, VeCo12_5_HeavyDutyVehicle_2_Weck_Lecture; Typical Machine System Architecture; www.vector.com/portal/medien/cmc/events/commercial-events/VectorCongress 2012/VeCo12 5 HeavyDutyVehicle 2 Weck, (retrieved 2016-02-23)

[4] High speed for mobile equipment, automotion 3/16

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