CN101644914A

CN101644914A - 装载机集成控制器

Info

Publication number: CN101644914A
Application number: CN200810063417A
Authority: CN
Inventors: 杨帆
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-08-07
Filing date: 2008-08-07
Publication date: 2010-02-10

Abstract

装载机集成控制器，属于工程机械控制技术领域。现有技术存在操作复杂、控制精度低、劳动强度大、误操作率高、工作效率低、体积较大、能耗高等缺陷。本发明包括含有中央处理器的微处理器模块、与微处理器模块相连的信号输入模块和功率驱动模块以及上述模块供电的电源模块，所述的功率驱动模块包括PWM输出电路和开关量输出电路。

Description

装载机集成控制器

【技术领域】

本发明属于工程机械控制技术领域，具体是一种装载机用的数字式集成控制器。

【背景技术】

目前，装载机作业系统和发动机调速系统采用两套独立的系统进行操作，作业系统采用手动换向阀控制执行机构进行作业，发动机调速系统采用手动进行换挡调速，操作复杂，控制精度低，劳动强度大，操作人员易疲劳，经常因操作繁琐而引起误操作，工作效率低；而且系统体积较大，增加了整车重量，能耗高。

【发明内容】

为了克服现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供一种装载机集成控制器，通过数字化技术将装载机作业系统和发动机调速系统的控制集成，合二为一，以达到简化操作、降低劳动强度和误操作率、减轻车重、降低能耗、提高工作效率的目的。

为此，本发明采用以下技术方案：装载机集成控制器，其特征在于它包括含有中央处理器的微处理器模块、与微处理器模块相连的信号输入模块和功率驱动模块以及上述模块供电的电源模块，所述的功率驱动模块包括PWM输出电路和开关量输出电路。

使用时，PWM输出电路连接比例多路阀，开关量输出电路连接换挡电磁阀。操作人员根据需要，依靠按键、旋钮等数字输入设备向控制器输入指令，信号输入模块接受各种外部指令信号，然后转换成与微处理器输入匹配的各种信号。PWM输出电路接受经过微处理器处理后的信号，输出与输入模块的输入信号成比例的PWM功率输出信号，去驱动比例多路阀工作，达到控制作业系统的目的；而开关量输出电路则由微处理器模块控制，可输出不同挡位的高低电平信号，以驱动不同的换挡电磁阀，达到发动机调速目的。由此，本发明将装载机作业系统和发动机调速系统的控制集成在一个控制器内，而数字设备的操作远远比机械手动设备简单，控制精度也高，降低了劳动强度和误操作率，提高了工作效率；通过设置合理的程序，能做到合理换挡，有效的保护了变速器内的元件，使变速器寿命得以极大提高；数字设备的体积和重量也较小，从而减轻了车重，降低了能耗。

作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明采取如下技术措施：

所述的功率驱动模块连有安全控制模块，该安全控制模块具有输出使能连接端并与电源模块相连。安全控制模块根据输出使能信号控制PWM输出电路和开关量输出电路的通断，当输出使能信号为高电平时，安全控制模块允许功率输出模块可以进行功率输出，当输出使能信号为低电平时，安全输出通断电路不允许功率输出模块工作，同时安全控制模块还接受微处理器模块的控制选择哪一路功率输出工作。

所述的微处理器模块包括有数字量输出单元，功率驱动模块中的PWM输出电路和开关量输出电路都与数字量输出单元相连，PWM输出电路与数字量输出单元之间还设有电流反馈回路，开关量输出电路与数字量输出单元之间还设有状态反馈回路。电流反馈回路使把比例多路阀的电流反馈给微处理器形成电流闭环控制，使控制更迅速准确；状态反馈回路把目前输出电平的高低状态反馈给微处理器，进而读取目前的档位信息。

所述的数字量输出单元还连接有信号输出模块，该信号输出模块包括D/A转换电路、模拟电压输出电路和模拟电流输出电路。D/A转换电路现把微处理模块发出的数字信号转换为模拟信号，然后根据系统配置通过模拟电压输出电路输出电压和模拟电流输出电路输出电流环信号，留作测试或者作为其他外接部件工作所需的电压或电流源。

所述的微处理器模块包括有多路CAN总线控制器，该多路CAN总线控制器连接有总线通讯模块。其中一路CAN总线专用作为控制器可编程系统的接口，其他CAN总线控制器与其他外接设备进行信息交换(如显示设备、远程监控设备等)，便于远程控制。

所述的电源模块包括电压监控电路，电压监控电路未接收到外部使能信号时电源模块不工作，接受到有效的外部使能信号后电源模块开始工作，把外部电源电压转换成与之相连的各个模块所需的电压；如果外部供电电压欠压或者超压，则电压监控电路输出异常脉冲，如果外部供电电压正常，则电压监控电路输出正常脉冲；电压监控电路输出异常脉冲时，微处理器模块不工作，电压监控电路输出正常脉冲时，微处理器模块正常工作。

所述的微处理器模块包括数字量输入单元、模拟量输入单元和存储器，数字量输入单元和模拟量输入单元都与信号输入模块连接。数字量输入单元和模拟量输入单元分别用以接受信号输入模块相应的数字或模拟信号。存储器中存储有控制器软件程序，包括控制器嵌入式操作系统和控制器硬件驱动，上位PC机上装有对应的通用可编程平台。

通用可编程平台负责系统应用程序的开发和编译，可采用广泛使用的CoDeSys作为编程平台。CoDeSys是基于IEC6113123标准，适用于工业控制器和PLC组件的编程工具，它支持IEC611312 3标准中的五种编程语言。CoDeSys把逻辑控制、运动控制和可视化集成于一体，不需要其他的组态软件就可以轻松实现可视化。

所述的微处理器模块通过SPI总线与电源模块和安全控制模块相连。便于微处理器对电源模块工作状态进行查询以及对安全控制模块进行监控的总线，安全控制模块还可从SPI总线上的信息选择哪一路功率输出工作。

有益效果：本发明通过将装载机作业系统和发动机调速系统的控制集成，用电手柄取代机械手柄，降低了劳动强度，提高了控制精度和操作舒适性；数字设备对换挡的控制更准确，有效的保护了变速器内的元件，使变速器寿命得以极大提高，整车振动减轻，高效、节能；控制器还能对作业过程中动作进行复合、记忆，提高了工作效率；操作室不再需要机械手柄，节省了空间，提高了美观性；控制器具有通用可编程能力，通过软件编程即可实现控制器系统功能和性能的改变，提高了产品开发和升级的效率，降低了产品升级的成本。

【附图说明】

图1为本发明的电路原理示意图。

图2为本发明的一种实施过程示意图。

【具体实施方式】

如图1所示的装载机集成控制器，微处理器模块由中央处理器、存储器、数字量输入单元、模拟量输入单元、数字量输出单元和多路CAN总线控制器等，数字量输入单元、模拟量输入单元连接信号输入模块，用以接受各种外部信号如开关量信号、频率信号、模拟电压信号、模拟电流信号等。数字量输出单元连接有功率驱动模块和信号输出模块，功率驱动模块包括PWM输出电路和开关量输出电路，分别输出比例信号和开关量，PWM输出电路与数字量输出单元之间还设有电流反馈回路，开关量输出电路与数字量输出单元之间还设有状态反馈回路；信号输出模块包括D/A转换电路、模拟电压输出电路和模拟电流输出电路，用以输出模拟电压信号或电流环信号。多路CAN总线控制器连接有总线通讯模块，其中一路CAN总线专用作为控制器可编程编程系统的接口，其他CAN总线控制器与其他设备提供信息交换(如显示设备、远程监控设备等)，便于远程控制。

安全控制模块与功率驱动模块相连，根据输出使能信号控制PWM输出电路和开关量输出电路的通断。

电源模块通过SPI总线与其他模块相连，电源模块包括有电压监控电路，电压监控电路与其他模块之间设有电压监控线路，根据控制器使能和外部电压状况控制电源模块给其他模块供电。

本发明专利的软件系统包括通用可编程平台、控制器嵌入式操作系统和控制器硬件驱动。

通用可编程平台负责系统应用程序的开发和编译，本发明专利采用广泛使用的CoDeSys作为编程平台。CoDeSys是基于IEC611312 3标准，适用于工业控制器和PLC组件的编程工具。它支持IEC611312 3标准中的五种编程语言。CoDeSys把逻辑控制、运动控制和可视化集成于一体，不需要其他的组态软件就可以轻松实现可视化。

嵌入式操作系统主要实现三部分功能：

1)通讯功能。程序的开发和编译系统与嵌入式操作系统之间采用CAN总线进行通讯；

2)控制程序的循环实时调用功能。经过编译的控制程序被下载到嵌入式系统后，由实时运行系统负责循环实时调用；

3)输入/输出功能。建立通讯数据映射表，对I/O数据进行读写操作。对I/O数据进行的读写操作有两种方式，一是直接从输入模块读数据或向输出模块写数据，二是编写嵌入式系统下CAN总线的驱动程序，借助CAN总线读写I/O数据。

控制器硬件驱动负责接收来自控制程序的数据，将数据反映到具体硬件状态的变化中，实现软件对硬件设备的控制。

主机厂商作为用户在通用可编程平台CoDeSys中编制控制程序，通过CAN总线下载至控制器中，即可完成控制器功能的定义。

图2为应用本控制器的一个装载机的例子。电子手柄由人操作，发出与手柄摆动角度成比例的电压信号，此电压信号发送给控制器，经过各种处理，输出PWM信号，驱动比例多路阀工作，进而控制作业机构进行作业，譬如：动臂上升或下降，铲斗的上翻或下翻。档位选择器发出不同的开关信号，控制器判断此信号来驱动不同的换挡电磁阀工作，从而进行换挡操作，驱动发动机。速度传感器采集到的发动机转速信号送给控制器，控制器根据不同的速度情况，可以通过安全输出通断电路，关闭功率输出模块的某一路或几路，避免冲击以及误操作，从而保护发动机以及提高作业安全性。

作业系统和发动机调速系统的各种时序要求是通过控制器中的软件来实现的，譬如：强制换挡，从最大后退档到最大前进档或者相反，必须经过中间的停车档，控制器通过驱动不同的换挡电磁阀工作来实现强制换挡要求。复合动作，动臂提升的过程中复合铲斗的下翻动作，动臂下降的过程中复合铲斗的上翻动作，这些动作可有控制器同时驱动不同的比例多路阀来实现。自动换挡，在铲斗铲料的过程中(通过软件判断)，控制器通过驱动相应的换挡电磁阀切换到前进慢档进行工作，以提高铲料的推力。

按下auto按钮，控制器可以对作业过程中的重复动作进行记忆，第二次动作时，根据不同的档位信息，作业系统能自动进行相应的操作，大大降低劳动强度，提高工作效率。

Claims

1、装载机集成控制器，其特征在于：它包括含有中央处理器的微处理器模块、与微处理器模块相连的信号输入模块和功率驱动模块以及上述模块供电的电源模块，所述的功率驱动模块包括PWM输出电路和开关量输出电路。

2、根据权利要求1所述的装载机集成控制器，其特征在于：所述的功率驱动模块连有安全控制模块，该安全控制模块具有输出使能连接端并与电源模块相连。

3、根据权利要求1所述的装载机集成控制器，其特征在于：所述的微处理器模块包括有数字量输出单元，功率驱动模块中的PWM输出电路和开关量输出电路都与数字量输出单元相连，PWM输出电路与数字量输出单元之间还设有电流反馈回路，开关量输出电路与数字量输出单元之间还设有状态反馈回路。

4、根据权利要求3所述的装载机集成控制器，其特征在于：所述的数字量输出单元还连接有信号输出模块，该信号输出模块包括D/A转换电路、模拟电压输出电路和模拟电流输出电路。

5、根据权利要求1至4任一项所述的装载机集成控制器，其特征在于：所述的微处理器模块包括有多路CAN总线控制器，该多路CAN总线控制器连接有总线通讯模块。

6、根据权利要求1至4任一项所述的装载机集成控制器，其特征在于：所述的电源模块包括电压监控电路。

7、根据权利要求1至4任一项所述的装载机集成控制器，其特征在于：所述的微处理器模块包括数字量输入单元、模拟量输入单元和存储器，数字量输入单元和模拟量输入单元都与信号输入模块连接。

8、根据权利要求1至4任一项所述的装载机集成控制器，其特征在于：所述的微处理器模块通过SPI总线与电源模块和安全控制模块相连。