CN102491179B

CN102491179B - 一种分布式控制系统

Info

Publication number: CN102491179B
Application number: CN201110432348.4A
Authority: CN
Inventors: 张凯; 刘恩亮; 吴牧
Original assignee: Shanghai Sany Technology Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Sany Equipment Co Ltd
Priority date: 2011-12-21
Filing date: 2011-12-21
Publication date: 2014-04-30
Anticipated expiration: 2031-12-21
Also published as: CN102491179A

Abstract

本发明公开了一种分布式控制系统及包括该系统的起重机，系统包括通过总线网络相互连接的监控和操纵控制单元、上车控制单元、下车控制单元、移动配重控制单元、超起装置控制单元、臂架控制单元和专用控制单元，所述各个控制单元选择数据传输总线网络或者实时监控总线网络进行数据传输；所述各个控制单元中的部分或者所有控制单元分别设置在小型控制盒或控制箱内。本发明采用分布式控制方式，各控制单元分散控制、集中监控和操纵控制，发挥控制设备最佳的效能，从而实现控制系统的模块化、通用化和控制部件的智能化，降低控制系统对高性能控制器的依赖，扩展能力强。

Description

一种分布式控制系统

技术领域

本发明涉及分布式控制技术，尤其是一种应用于履带起重机上的分布式控制系统及包括该系统的起重机。

背景技术

履带起重机是将起重作业部分装在履带底盘上、行走依靠履带装置的流动式起重机，可以进行物料起重、运输、装卸和安装等作业。履带起重机具有接地比压小、转弯半径小、可适应恶劣地面、爬坡能力大、起重性能好、吊重作业不需打支腿、可带载行驶、作业高度和幅度大等优点，并可借助更换吊具或增加特种装置成为抓斗起重机、电磁起重机或打桩机等，实现一机多用，在市政建设、桥梁施工、石油化工、冶金、地铁建设等领域应用广泛。随着石化、水利、电力和能源等投资力度的不断加大，特别是核电、风电等项目的装机容量在不断增加，对履带式起重机的吨位要求越来越高，大吨位履带式起重机成为了未来能源建设项目中不可或缺的重要机械。

履带起重机产品讲究高性能，随着计算机技术和电子技术的不断发展，逐步完善的计算机控制技术和集成传感技术，以及各种电子监控系统、运行作业时的在线故障检测和诊断、智能化总体控制等已得到广泛的应用，先进的电子控制和智能操作系统的配置已非常普遍。然而，传统的控制系统具有如下问题：

（1）中小吨位履带起重机及其衍生产品的控制系统越来越智能化，其功能也趋于多样化，每种车型或衍生品都需要专门的控制系统，容易造成重复开发；此外，此类产品都存在空间利用率高的特点，但是电控柜及其配套线缆占用大量空间，影响布局和美观；

（2）随着大吨位和超大吨位履带起重机控制规模的增大和控制功能的增多，需要具有更大存储空间、更高运行速度和更强性能的控制器，增加了成本和降低了可靠性；

（3）履带起重机的主要生产厂家的控制系统广泛运用总线技术，随着智能化水平的不断提高，总线上的数据传输量越来越大，总线负载率越来越高，对总线应用的要求越来越严格。

有鉴于此，如何对现有控制系统进行改进，使其在不作出重大硬件提升的前提下满足日益增加的控制需求，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种根据控制单元分散控制、集中监控和操纵控制的分布式控制系统，各控制单元控制功能单一、通用化高，可采用模块组合的方式拼装形成不同类型和规格的履带起重机控制系统，针对衍生产品还可使用专门的控制控制单元或扩展部分控制单元以实现其特有功能、满足其特殊的需要，发挥控制设备最佳的效能，从而实现控制系统的模块化、通用化和控制部件的智能化。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种分布式控制系统，其中，包括通过总线网络相互连接的监控和操纵控制单元、上车控制单元、下车控制单元、移动配重控制单元、超起装置控制单元、臂架控制单元和专用控制单元，所述各个控制单元选择数据传输总线网络或者实时监控总线网络进行数据传输；所述各个控制单元中的部分或者所有控制单元分别设置在小型控制盒或控制箱内。

进一步地，所述监控和操纵控制单元安装在驾驶室内，用于用户监控状态信息和操作履带起重机工作，包括显示器、操作面板、手柄、脚踏板、远程监控系统、遥控设备、传感器和驱动机构，所述驱动机构包括控制驾驶室俯仰机构和驾驶室摆动机构。

进一步地，所述上车控制单元安装在上车内，用于检测上车的状态信息、接收操纵指令和控制上车机构动作，包括上车控制器、上车传感器和上车驱动机构；所述上车传感器包括温度传感器、液位传感器、压力传感器、位移传感器、速度传感器、拉力传感器、开关量传感器、模拟量传感器和总线型传感器；所述上车驱动机构包括发动机、电控液压泵、电控液压马达、电磁阀、加油泵和润滑泵。

进一步地，所述下车控制单元安装在下车上，用于检测下车的状态信息、接收操纵指令和控制下车机构动作，包括下车控制器、下车传感器和下车驱动机构；所述下车传感器包括压力传感器、速度传感器、开关量传感器、模拟量传感器和总线型传感器；所述下车驱动机构包括电控液压马达、电磁阀和润滑泵。

进一步地，所述移动配重控制单元安装在移动配重上，用于检测移动配重的状态信息、接收操纵指令和控制移动配重机构动作，包括移动配重控制器、移动配重传感器和移动配重驱动机构；所述移动配重传感器包括压力传感器、位移传感器、开关量传感器、模拟量传感器和总线型传感器；所述移动配重驱动机构包括电控液压马达、电磁阀和润滑泵。

进一步地，所述超起装置控制单元安装在超起装置上，用于检测超起装置的状态信息、接收操纵指令和控制移动配重机构动作，包括超起装置控制器、超起装置传感器和超起装置驱动机构；所述超起装置传感器包括压力传感器、位移传感器、开关量传感器、模拟量传感器和总线型传感器；所述超起装置驱动机构包括电控液压马达、电磁阀和润滑泵。

进一步地，所述臂架控制单元安装在臂架上，用于检测臂架的状态信息、接收操纵指令和控制臂架机构动作，包括臂架控制器、臂架传感器和臂架驱动机构；所述臂架传感器包括压力传感器、转速传感器、开关量传感器、模拟量传感器和总线型传感器；所述臂架驱动机构包括电控液压马达、电磁阀和润滑泵。

进一步地，所述专用控制单元用于控制专用机构动作，包括专用控制器、专用传感器和专用驱动机构；所述专用传感器包括开关量传感器、模拟量传感器和总线型传感器；所述专用驱动机构包括电控液压马达、电磁阀和电机。

进一步地，所述小型控制盒或控制箱的大小尺寸在下述范围以内：长500mm，宽300mm，深200mm。

一种起重机，包括驾驶室，上车，下车，移动配重，超起配重和臂架，所述监控和操纵控制单元安装在驾驶室内，所述上车控制单元安装在上车内，所述下车控制单元安装在下车内，所述移动配重控制单元安装在移动配重上，所述超起装置控制单元安装在超起装置上，所述臂架控制单元安装在臂架上。

与现有技术相比，本发明的优点体现在：

1、采用分布式控制方式，各控制单元分散控制、集中监控和操纵控制，发挥控制设备最佳的效能，从而实现控制系统的模块化、通用化和控制部件的智能化，降低控制系统对高性能控制器的依赖，扩展能力强；

2、根据设备拆装和运输需求划分控制单元，且各控制单元之间的线路接口仅包括电源和总线信号，从而减少电气设备拆装难度、降低劳动强度和提高设备可靠性；

3、根据拆装和运输单元内部空间大小，合理配备多个小型控制盒或控制箱，取代控制柜，从而提高设备空间利用率；

4、提供数据传输总线网络和实时控制总线网络两种不同功能的通讯网络，解决数据传输量大和实时性要求高的矛盾。

附图说明

图1是本发明分布式控制系统及包括该系统的起重机中的分布式控制系统的系统结构示意框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

请参看图1所示，本发明基于总线技术的履带起重机分布式控制系统按设备拆装和运输需求划分为：监控和操纵控制单元、上车控制单元、下车控制单元、移动配重控制单元、超起装置控制单元、臂架控制单元和专用控制单元，各控制单元均安装在对应的设备组件上，各控制单元均为独立的子控制系统，各控制单元之间通过数据传输总线网络或实时监控总线网络连接。

具体地，集中监控和操纵控制单元安装在驾驶室内，用于用户监控状态信息和操作履带起重机工作，包括显示器、操作面板、手柄、脚踏板、远程监控系统、遥控设备、传感器和驱动机构，驱动机构包括控制驾驶室俯仰机构和驾驶室摆动机构。

上车控制单元安装在上车内，用于检测上车的状态信息、接收操纵指令和控制上车机构动作，包括上车控制器、上车传感器和上车驱动机构；所述上车传感器包括温度传感器、液位传感器、压力传感器、位移传感器、速度传感器、拉力传感器、开关量传感器、模拟量传感器和总线型传感器，可以根据具体的需求选择一种或几种相应的数据采集设备；所述上车驱动机构包括发动机、电控液压泵、电控液压马达、电磁阀、加油泵和润滑泵，可以根据具体的配置选择其中一种或几种相应电气设备。

下车控制单元安装在下车上，用于检测下车的状态信息、接收操纵指令和控制下车机构动作，包括下车控制器、下车传感器和下车驱动机构；所述下车传感器包括压力传感器、速度传感器、开关量传感器、模拟量传感器和总线型传感器，可以根据具体的需求选择一种或几种相应的数据采集设备；下车驱动机构包括电控液压马达、电磁阀和润滑泵，可以根据具体的配置选择其中一种或几种相应电气设备。

移动配重控制单元安装在移动配重上，用于检测移动配重的状态信息、接收操纵指令和控制移动配重机构动作，包括移动配重控制器、移动配重传感器和移动配重驱动机构；移动配重传感器包括压力传感器、位移传感器、开关量传感器、模拟量传感器和总线型传感器，可以根据具体的需求选择一种或几种相应的数据采集设备，移动配重驱动机构包括电控液压马达、电磁阀和润滑泵，可以根据具体的配置选择其中一种或几种相应电气设备。

超起装置控制单元安装在超起装置上，用于检测超起装置的状态信息、接收操纵指令和控制移动配重机构动作，包括超起装置控制器、超起装置传感器和超起装置驱动机构；超起装置传感器包括压力传感器、位移传感器、开关量传感器、模拟量传感器和总线型传感器，可以根据具体的需求选择一种或几种相应的数据采集设备；超起装置驱动机构包括电控液压马达、电磁阀和润滑泵，可以根据具体的配置选择其中一种或几种相应电气设备。

臂架控制单元安装在臂架上，用于检测臂架的状态信息、接收操纵指令和控制臂架机构动作，包括臂架控制器、臂架传感器和臂架驱动机构；臂架传感器包括压力传感器、转速传感器、开关量传感器、模拟量传感器和总线型传感器，可以根据具体的需求选择一种或几种相应的数据采集设备；臂架驱动机构包括电控液压马达、电磁阀和润滑泵，可以根据具体的配置选择其中一种或几种相应电气设备。

专用控制单元用于控制专用机构动作，包括专用控制器、专用传感器和专用驱动机构；所述专用传感器包括开关量传感器、模拟量传感器和总线型传感器；所述专用驱动机构包括电控液压马达、电磁阀和电机，可以根据具体的配置选择其中一种或几种相应电气设备。

各控制单元之间根据数据实时性和数据量合理要求选择数据传输总线网络和实时监控总线网络进行数据传输，由监控和操纵控制单元集中调配总线资源，具体地，数据量实时性可以以100ms间隔单位为衡量标准，当数据传输间隔小于100ms，则各个控制单元选择数据传输总线网络进行传输，其余的则通过实时监控总线网络进行传输，上述阈值可以根据需要进行改变。

本发明还涉及一种包括上述分布式控制系统的起重机，起重机的分布式控制系统与现有技术存在区别，其他部分并未绘制，本领域技术人员可以结合现有技术掌握采用上述分布式控制系统的起重机的其他部分的结构，在此不予赘述。

综上，本发明采用分布式控制方式，各控制单元分散控制、集中监控和操纵控制，发挥控制设备最佳的效能，从而实现控制系统的模块化、通用化和控制部件的智能化，降低控制系统对高性能控制器的依赖，扩展能力强。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的申请专利范围，所以凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等效结构变化，均包含在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种分布式控制系统，其特征在于，包括通过总线网络相互连接的监控和操纵控制单元、上车控制单元、下车控制单元、移动配重控制单元、超起装置控制单元、臂架控制单元和专用控制单元，所述各个控制单元选择数据传输总线网络或者实时监控总线网络进行数据传输，当数据传输间隔小于衡量标准，则所述各个控制单元选择数据传输总线网络进行传输，当大于等于衡量标准则通过实时监控总线网络进行传输；所述各个控制单元中的部分或者所有控制单元分别设置在小型控制盒或控制箱内。

2.如权利要求1所述的分布式控制系统，其特征在于，所述监控和操纵控制单元安装在驾驶室内，用于用户监控状态信息和操作履带起重机工作，包括显示器、操作面板、手柄、脚踏板、远程监控系统、遥控设备、传感器和驱动机构，所述驱动机构包括控制驾驶室俯仰机构和驾驶室摆动机构。

3.如权利要求1所述的分布式控制系统，其特征在于，所述上车控制单元安装在上车内，用于检测上车的状态信息、接收操纵指令和控制上车机构动作，包括上车控制器、上车传感器和上车驱动机构；所述上车传感器包括温度传感器、液位传感器、压力传感器、位移传感器、速度传感器、拉力传感器、开关量传感器、模拟量传感器和总线型传感器；所述上车驱动机构包括发动机、电控液压泵、电控液压马达、电磁阀、加油泵和润滑泵。

4.如权利要求1所述的分布式控制系统，其特征在于，所述下车控制单元安装在下车上，用于检测下车的状态信息、接收操纵指令和控制下车机构动作，包括下车控制器、下车传感器和下车驱动机构；所述下车传感器包括压力传感器、速度传感器、开关量传感器、模拟量传感器和总线型传感器；所述下车驱动机构包括电控液压马达、电磁阀和润滑泵。

5.如权利要求1所述的分布式控制系统，其特征在于，所述移动配重控制单元安装在移动配重上，用于检测移动配重的状态信息、接收操纵指令和控制移动配重机构动作，包括移动配重控制器、移动配重传感器和移动配重驱动机构；所述移动配重传感器包括压力传感器、位移传感器、开关量传感器、模拟量传感器和总线型传感器；所述移动配重驱动机构包括电控液压马达、电磁阀和润滑泵。

6.如权利要求1所述的分布式控制系统，其特征在于，所述臂架控制单元安装在臂架上，用于检测臂架的状态信息、接收操纵指令和控制臂架机构动作，包括臂架控制器、臂架传感器和臂架驱动机构；所述臂架传感器包括压力传感器、转速传感器、开关量传感器、模拟量传感器和总线型传感器；所述臂架驱动机构包括电控液压马达、电磁阀和润滑泵。

7.如权利要求1所述的分布式控制系统，其特征在于，所述专用控制单元用于控制专用机构动作，包括专用控制器、专用传感器和专用驱动机构；所述专用传感器包括开关量传感器、模拟量传感器和总线型传感器；所述专用驱动机构包括电控液压马达、电磁阀和电机。

8.如权利要求1所述的分布式控制系统，其特征在于，所述小型控制盒或控制箱的大小尺寸在下述范围以内：长500mm，宽300mm，深200mm。