CN103384748A - 建筑机械控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种建筑机械控制系统，能够廉价地实施，且能够对压力传感器、控制器、变换器装置、以及回转用电动马达的故障进行检测，能够确保作业员的安全以及所需要的作业性。将冗余化的液压传感器（20）、（21）输入到运算回转指令的第1控制器（11）以及设置于变换器装置（13）的第2控制器（22），上述变换器装置（13）控制回转用电动马达（16）。第2控制器（2）利用回转指令信号的妥当性判定处理来对液压传感器（20）、（21）以及第1控制器（11）的异常进行检测，并且当判定为异常的内容是能够使回转用电动马达（16）正常工作的内容时，使用第2液压传感器（21）的信号继续进行回转动作。

Description

建筑机械控制系统

技术领域

本发明涉及建筑机械控制系统，特别是关于通过从作业员操作的操作装置导出的先导液压来远程操作搭载于建筑机械的电动马达的驱动的系统中的可靠性提升单元。

背景技术

一般地，以往的液压挖掘机等建筑机械是这样的机械：作为用于驱动机械各部的可动部的致动器，具有液压缸以及液压马达等液压致动器，并且作为是液压源的液压泵的驱动源具有发动机。专利文献1中公开了这样的内容：作为应用在这种建筑机械的操作装置，在液压泵和液压致动器之间配置所需要数量的先导式方向控制阀，并且在这些各方向控制阀的先导端口设置供给与作业员对操作杆的操作量对应的先导液压的先导阀，将从先导阀导出的先导液压供给到与被操作了的操作杆对应的预定方向控制阀的先导端口，从而切换该方向控制阀，进行与该方向控制阀对应的液压致动器的驱动。

另外，在近年中，例如像专利文献2所记载的那样，由于谋求发动机的燃料效率提升和排气量以及噪音水平的减少，而提出了这样的混合型建筑机械：作为机械各部的驱动致动器，并用液压致动器和电动马达，并且，作为液压泵的驱动源，并用发动机和发电电动机。在以往的混合型建筑机械中，驱动液压致动器来进行挖掘和行驶，使用电动马达来进行回转体（例如，液压挖掘机中的上部回转体）的回转动作的建筑机械增多。

专利文献2中公开了这样的技术：为了使在驱动液压致动器时作业员操作的操作单元的操作感觉、与驱动电动马达时作业员操作的操作单元的操作感觉共通化，以消除作业员的不舒服感，由液压先导操作阀来构成液压致动器驱动用的操作单元和电动马达驱动用的操作单元双方，关于电动马达，通过压力传感器将从该液压先导操作阀导出的先导液压变换为电气信号而输出到控制部，从控制部输出电动马达的控制信号。另外，该专利文献2中还公开了这样的技术：当采用这样的电动马达的控制系统时，当压力传感器、控制部、以及电动马达的某一个产生异常时，存在产生这样的不良情况的可能性：车体正常的回转控制变得困难，车体以非作业员所希望的速度或方向回转，所以为了避免该情况，使检测液压先导操作阀的操作量的压力传感器冗余化，通过控制部来比较从各压力传感器输出的电气信号，由此在检测出异常时能够适当地停止电动马达。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本实公平7-48761号公报

专利文献2：日本特开2008-248545号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，专利文献2所公开的技术中，虽然压力传感器冗余化（2重化），但是控制部没有冗余化，所以当控制部自身发生故障时无法输出适当的电动马达的控制信号，从而回转体的回转控制变得困难。除此之外，即使当回转体驱动用的电动马达、和应用于该电动马达的驱动控制的变换器装置发生故障时，也会产生同样的问题。另外，如果压力传感器、控制部、变换器装置、以及电动马达全部冗余化，能够防止像这样的不良情况的产生，但是相应地建筑机械成本变高，所以难以在实用方面采用。另外，构成为当压力传感器、控制部、变换器装置或电动马达的某一个产生异常时，立刻停止回转体驱动用的电动马达时，由于作业效率明显降低，所以有必要设定为能够根据异常的内容的不同尽量地使回转体的驱动继续。

本发明是为了解决像这样的以往技术的问题点而完成的发明，其目的在于提供一种建筑机械控制系统，能够廉价地实施，且当压力传感器、控制部、变换器装置、以及电动马达的某一个产生故障时也能够防止电动马达的异常旋转，还能够抑制作业效率的降低。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，本发明为一种建筑机械控制系统，具有：液压致动器操作用以及电动致动器操作用的操作部件，其由作业员进行操作；液压操作信号产生单元，其输出与上述液压致动器操作用的操作部件的操作方向以及操作量对应的液压操作信号；电气操作信号产生单元，其输出与上述电动致动器操作用的操作部件的操作方向以及操作量对应的电气操作信号；电气控制单元，其输入上述电气操作信号，并输出与此对应的上述电动致动器的控制信号；以及变换器装置，其输入上述控制信号，并输出与此对应的上述电动致动器的驱动信号，上述建筑机械控制系统的特征在于，与上述电动致动器操作用的操作部件对应地分别设置多个上述电气操作信号产生单元以及上述电气控制单元，将从上述多个电气操作信号产生单元输出的各电气操作信号分别输入到上述多个电气控制单元的每一个，并且在上述多个电气控制单元的至少1个中，对根据上述各电气操作信号而算出的值与上述各控制信号进行比较，根据该比较结果来判定上述多个电气操作信号产生单元以及电气控制单元有无异常产生。

根据这样的结构，与电动致动器操作用的操作部件对应地设置多个电气操作信号产生单元以及电气控制单元，通过某一个电气控制单元来进行各电气操作信号产生单元以及电气控制单元的某一个是否产生了异常的判定，所以不仅电气操作信号产生单元，还能够使电气控制单元冗余化，能够提高系统的可靠性。另外，由于电气控制单元当判定为异常产生时，能够根据产生的异常的内容，输出用于停止电动致动器的驱动的控制信号，也能够输出用于继续电动致动器的驱动的控制信号，所以在确保了作业的安全性的基础上，能够实现可能的作业性的维持。

另外，本发明在上述结构的建筑机械控制系统基础上，其特征在于，使用附设在上述变换器装置的变换器装置控制用控制器作为上述多个电气控制单元之一。

根据这样的结构，由于有效利用变换器装置控制用控制器作为电动致动器控制用的控制器，所以当系统整体的控制器数量是2个时，新的控制器的追加变得无用，另外，当系统整体的控制器的数量是3个以上时，能够使应该新追加的控制器的数量减少1个。因此，能够廉价地实施高功能的建筑机械控制系统。

另外，本发明在上述结构的建筑机械控制系统基础上，其特征在于，进行是否产生了上述异常的判定的电气控制单元根据输入其中的上述电气操作信号算出上述控制信号的上限值，并且进行上述上限值与上述控制信号的符号是否一致的判定、和从该电气控制单元以外的电气控制单元输出的上述控制信号与上述上限值的比较，当判定为进行比较的两信号的符号不一致时，或者，判定为从该电气控制单元以外的电气控制单元输出的上述控制信号比上述上限值大时，停止上述电动致动器的电动动作。

所谓进行比较的两信号的符号不一致的情况是回转体向非作业员所希望的方向回转的情况。另外，所谓从不进行是否产生了异常的判定的电气控制单元输出的控制信号比上限值大的情况是回转体以比作业员希望的速度高的速度回转的情况。在这样的状况下，由于安全地进行作业变得困难，所以通过停止电动致动器的驱动，能够确保作业的安全。相对地，所谓进行比较的两信号的符号一致、且上限值比从不进行是否产生了异常的判定的电气控制单元输出的控制信号大的情况是回转体以作业员所希望的速度或比该速度低的速度回转的情况，这时，由于作业的安全性没有任何问题，所以继续电动致动器的驱动，由此能够继续进行作业，能够防止或抑制作业效率的降低。

另外，本发明在上述结构的建筑机械控制系统基础上，其特征在于，进行是否产生了上述异常的判定的电气控制单元根据输入其中的上述电气操作信号算出上述控制信号的上限值，并且进行上述各电气操作信号或上述各控制信号的符号是否一致的判定、和从该电气控制单元以外的电气控制单元输出的上述控制信号与上述上限值的比较，当判定为进行比较的两信号的符号一致，且判定为从该电气控制单元以外的电气控制单元输出的控制信号比上述上限值大时，使用上述上限值来继续上述电动致动器的驱动。

当进行比较的两信号的符号一致，且，从不进行是否产生了异常的判定的电气控制单元输出的控制信号比上限值大时，回转体为这样的状态：向作业员所希望的方向，以比作业员所希望的速度高的速度回转。在这样的状况下，如上所述，能够通过停止电动致动器的驱动来确保作业的安全，但是另一方面，作业性降低。因此，如果以回转体的目标速度为上限值来继续电动致动器的驱动，那么由于能够将回转体的回转速度设为作业员所希望的速度或该速度以下的速度，所以能够确保作业的安全并且实现作业性的提升。

另外，本发明在上述结构的建筑机械控制系统基础上，其特征在于，进行是否产生了上述异常的判定的电气控制单元算出输入其中的上述电气操作信号与输入到该电气控制单元以外的电气控制单元的上述电气操作信号的差值，并且进行该差值与预先设定的基准值的比较，当判定为上述差值比上述基准值大时，停止上述电动致动器的电动动作。

所谓差值比基准值大的状况是输出电气信号的某一个电气操作信号产生单元破损的情况、或输出控制信号的某一个电气控制单元破损的情况。在这样的情况下，由于不能保证回转体安全的回转，所以通过停止电动致动器的驱动能够确保作业的安全。

另外，本发明为一种建筑机械控制系统，具有：液压致动器操作用以及电动致动器操作用的操作部件，其由作业员进行操作；液压操作信号产生单元，其输出与上述液压致动器操作用的操作部件的操作方向以及操作量对应的液压操作信号；电气操作信号产生单元，其输出与上述电动致动器操作用的操作部件的操作方向以及操作量对应的电气操作信号；电气控制单元，其输入上述电气操作信号，并输出与此对应的上述电动致动器的控制信号；以及变换器装置，其输入上述控制信号，并输出与此对应的上述电动致动器的驱动信号，上述建筑机械控制系统的特征在于，上述变换器装置根据上述电动致动器的位置信号算出表示上述电动致动器的实际驱动状态的状态信号，并进行上述控制信号的符号与上述状态信号的符号是否一致的判定、和上述控制信号是否比上述状态信号大的判定，当判定为上述控制信号的符号与上述状态信号的符号不一致时，或者，判定为上述状态信号比上述控制信号大时，停止上述电动致动器的电动动作。

根据这样的结构，由于以表示电动致动器的实际驱动状态的状态信号为基准来判定有无异常产生，所以不仅能够应对电气操作信号产生单元以及电气控制单元的故障，还能够应对电动致动器以及变换器装置的故障，能够使建筑机械控制系统的可靠性更高。

另外，本发明为一种建筑机械控制系统，具有：液压致动器操作用以及电动致动器操作用的操作部件，其由作业员进行操作；液压操作信号产生单元，其输出与上述液压致动器操作用的操作部件的操作方向以及操作量对应的液压操作信号；电气操作信号产生单元，其输出与上述电动致动器操作用的操作部件的操作方向以及操作量对应的电气操作信号；电气控制单元，其输入上述电气操作信号，并输出与此对应的上述电动致动器的控制信号；以及变换器装置，其输入上述控制信号，并输出与此对应的上述电动致动器的驱动信号，上述建筑机械控制系统的特征在于，上述变换器装置具有监视该变换器装置自身状态的监视单元，该监视单元根据上述电动致动器的位置信号算出表示上述电动致动器的实际驱动状态的状态信号，并进行上述控制信号的符号与上述状态信号的符号是否一致的判定、和上述控制信号是否比上述状态信号大的判定，当判定为上述控制信号的符号与上述状态信号的符号不一致时，或者，判定为上述状态信号比上述控制信号大时，停止上述电动致动器的电动动作。

根据这样的结构，将监视单元设置到变换器装置，对该变换器装置进行自我监视，所以能够容易且准确地检测出变换器装置的故障。另外，由于监视单元不算出电动致动器的控制信号，所以能够使用廉价的微型计算机等，而不会成为使建筑机械控制系统高成本化的主要原因。

另外，本发明为一种建筑机械控制系统，具有：液压致动器操作用以及电动致动器操作用的操作部件，其由作业员进行操作；液压操作信号产生单元，其输出与上述液压致动器操作用的操作部件的操作方向以及操作量对应的液压操作信号；电气操作信号产生单元，其输出与上述电动致动器操作用的操作部件的操作方向以及操作量对应的电气操作信号；电气控制单元，其输入上述电气操作信号，并输出与此对应的上述电动致动器的控制信号；以及变换器装置，其输入上述控制信号，并输出与此对应的上述电动致动器的驱动信号，上述建筑机械控制系统的特征在于，上述电气控制单元与上述变换器装置在相互间定期地进行监视信号的交换，并且进行从另一方在预定时间内是否接收到监视信号的判定，上述变换器装置当判定为从上述电气控制单元在预定时间内没有接收到监视信号时，停止该电动动作，或使用根据输入到该变换器装置的上述操作信号算出的上述控制信号的上限值来继续上述电动致动器的驱动，上述电气控制单元当判定为从上述变换器装置在预定时间内没有接收到监视信号时，停止该电动动作。

根据这样的结构，在电气控制单元和变换器装置的相互间进行监视信号的收发，这些电气控制单元与变换器装置相互监视，所以能够容易且准确地检测出电气控制单元以及变换器装置的故障。另外，由于这种情况与对变换器装置进行自我检视的情况不同，没有必要设置特别的监视单元，所以能够更容易且廉价地实施建筑机械控制系统。

另外，本发明在上述各结构的建筑机械控制系统基础上，其特征在于，当判定为上述电动致动器、上述电气操作信号产生单元、上述电气控制单元、以及上述变换器装置的某一个产生异常时，将与产生的异常内容对应的通报发送给作业员。

根据这样的结构，由于能够实时通知作业员异常的产生以及产生的异常的内容，所以能够提早获得针对故障的应对方法。

发明效果

根据本发明的建筑机械控制系统，通过简单且能够廉价地实施的结构，能够对电动致动器、压力检测单元、电气控制单元以及变换器装置的任一个的异常的产生进行检测，能够避免非作业员所希望的异常的回转体回转动作。

附图说明

图1是具有本发明的建筑机械控制系统的混合型挖掘机的外观图。

图2是表示第1实施方式的建筑机械控制系统的结构的方框图。

图3是具有第1实施方式的建筑机械控制系统的混合型挖掘机的控制回路图。

图4是表示第2实施方式的建筑机械控制系统的结构的方框图。

图5是具有第2实施方式的建筑机械控制系统的混合型挖掘机的控制回路图。

图6是表示变换器装置的内部控制器执行的回转指令信号的妥当性判定处理过程的流程图。

图7是表示针对使用直线近似式算出的回转杆操作量的回转速度上限值、与根据回转杆操作量算出的回转速度指令值的关系的图表。

图8是表示变换器装置的内部控制器执行的回转指令信号的妥当性判定处理过程的其他示例的流程图。

图9是表示变换器装置的内部控制器通过直接比较2个液压传感器的输出信号而执行的异常检测过程的流程图。

图10是设置在实施方式的建筑机械控制系统的变换器装置的详细方框图。

图11是表示变换器装置的内部控制器执行的相对于回转速度指令的实际回转旋转速度的妥当性判定处理过程的流程图。

图12是表示主控制器执行的相互监视处理过程的流程图。

图13是表示变换器装置的内部控制器执行的相互监视处理过程的流程图。

图14是表示变换器装置的内部控制器执行的相互监视处理过程的其他示例的流程图。

具体实施方式

以下，与附图一起对本发明的建筑机械控制系统的实施方式进行说明。另外，在图中，以下所记载的第1控制器、第2控制器、第3控制器、第1液压传感器、以及第2液压传感器分别简称为控制器1、控制器2、控制器3、液压传感器1、以及液压传感器2。

从图1可以看出，本例的电动液压挖掘机由以下部分构成：多关节型的前部装置1A，其由动臂1a、斗杆1b、以及挖斗1c构成；车体1B，其由上部回转体1d以及下部行驶体1e构成，前部装置1A的动臂1a的基端以在垂直方向转动的方式支撑在上部回转体1d的前部。动臂1a、斗杆1b、挖斗1c、上部回转体1d、以及下部行驶体1e分别由图3所示的动臂气缸3a、斗杆气缸3b、挖斗气缸3c、回转用电动马达16、以及左右行驶用液压马达3e、3f驱动。通过由作业员操作设置在操作信号产生装置4a、4b的操作杆等操作部件来进行这些各致动器的驱动。

图2是表示本发明的第1实施方式的建筑机械控制系统的结构的图，从该图可以看出，本例的建筑机械控制系统由以下部分构成：回转用操作信号产生装置（液压操作信号产生单元）4b，当作业员操作操作杆等回转操作用的操作部件时，导出与该操作方向以及操作量对应的先导压力；第1以及第2液压传感器（电气操作信号产生单元）20、21，其检测从该回转用操作信号产生装置4b导出的先导压力，并输出与其对应的电气信号；第1控制器（电气控制单元）11，其进行上部回转体1d的回转控制；变换器装置13，其驱动回转用电动马达16；以及回转紧急制动器25。另外，变换器装置13由以下部分构成：IGBT(InsulatedGate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)23，其用于将未图示的直流电压变换为交流电压来驱动回转马达16；以及第2控制器22，其用于控制该IGBT23的门电路的通断。如后述那样，液压传感器20、21能够以分别检测左回转和右回转的方式将2个传感器设为1组，但是图2中为了简化，所以记载为1个液压传感器。另外，在本实施方式中，使用对从回转用操作信号产生装置4b导出的先导压力进行检测、并输出与其对应的电气信号的第1以及第2液压传感器20、21，作为电气操作信号产生单元，但是也能够代替这样的结构而使用检测操作杆的操作位置、并输出与其对应的电气信号的位置传感器等。

从第1液压传感器20输出的电气信号输入到第1控制器11，从第2液压传感器21输出的电气信号输入到附设在变换器装置13的IGBT控制用的第2控制器22。第1控制器11根据从第1液压传感器20输出的电气信号、和从第2控制器22接收到的实际回转旋转速度来运算出回转速度指令，并将其发送到第2控制器22。第2控制器22接收该回转速度指令，利用对回转用电动马达16的回转位置进行检测的马达旋转位置检测传感器24、和未图示的3相马达电流来控制IGBT23的门电路的通断，以满足该回转速度指令。

以下，对利用第1实施方式的建筑机械控制系统来执行的回转控制进行概述。另外，在本实施方式中，以第1以及第2压力传感器20、21和第1以及第2控制器11、22不会同时产生2个以上的故障为前提。

首先，第2控制器22使用从第2液压传感器21输出的电气信号的值来判定从第1控制器11接收到的回转速度指令的妥当性。由此，能够对第1以及第2液压传感器20、21和第1控制器11有无异常进行检测。另外，第2控制器22为了对由IGBT23和回转用电动马达16的故障，或除回转控制系统以外的异常引起的回转异常进行检测，而判定相对于回转速度指令的实际回转旋转速度的妥当性。另外，也考虑到第2控制器22自身会发生故障，但是对此，由第1控制器11来监视第2控制器22，或在第2控制器22中进行自我诊断，由此能够应对第2控制器22自身发生故障。关于这些方案的详细情况在后面进行叙述。根据本实施方式的建筑机械控制系统，即使在检测出第1控制器11以及第2控制器22的某一个发生异常时，通过使回转紧急制动器25工作，能够使非作业员所希望的异常的回转停止。

另外，在本实施方式中，作为来自第1控制器11的指令值，使用了回转速度指令，但是也能够使用回转转矩指令。这时，第2控制器22将实际转矩值反馈给第1控制器11。

另外，在本实施方式中，第2控制器22判定从第1控制器11接收到的回转速度指令的妥当性，但是还能够以以下结构代替这样的结构：第1控制器11将从第1液压传感器20输出的电气信号直接发送给第2控制器22，第2控制器22对从第1以及第2液压传感器20、21输出的电气信号进行比较，由此对第1控制器11以及第1和第2液压传感器20、21有无异常进行检测。

另外，在本实施方式中，将2个液压传感器20、21设置在1个回转用操作信号产生装置4b，但是例如，能够使用液压传感器、和检测操作杆的操作方向以及操作量的位置传感器的组合等，组合检测方式不同的传感器进行使用。由此，能够使系统的可靠性进一步提升。

图3表示本例的建筑机械控制系统的具体的在建筑机械中的应用例。操作信号产生装置4a、4b是这样的装置：作业员操作设置在操作信号产生装置4a、4b的操作杆等操作部件，由此产生与该操作方向以及操作量对应的先导压力。先导压力通过将由未图示的先导泵产生的1次压力减压为与操作信号产生装置4a、4b的操作开度对应的2次压力而生成。从该操作信号产生装置4a导出的先导压力被输送到滑阀型的方向切换阀5a～5f的受压部，从图示的中立位置对方向切换阀5a～5f进行切换操作。方向切换阀5a～5f对从主液压泵6以发动机7为动力而产生的压力油的流动进行切换控制，并控制液压致动器3a～3f的驱动。为这样的结构：当液压配管内的压力过度上升时，通过安全阀8向油箱9泻出压力油。液压致动器3a～3c是分别驱动动臂1a、斗杆1b、挖斗1c的液压缸，液压致动器3e、3f是驱动左右下部行驶体1e的液压马达。

在液压泵6与发动机7之间连接有动力变换器10。该动力变换器10除了作为将发动机7的动力变换为电能并将该电能输出到变换器装置12、13的发电机发挥功能之外，还具有作为利用从蓄电设备15供给的电能来辅助驱动液压泵6的电动机发挥功能。变换器装置12将蓄电设备15的电能变换为交流电力供给到动力变换器10并辅助驱动液压泵6。

变换器装置13是将从动力变换器10输出的电力供给到回转用电动马达16的装置，相当于图2所记载的变换器装置13。因此，该变换器装置13具有图2所记载的第2控制器22，接收来自第1控制器11的回转操作指令信号，从而进行回转电动机16的驱动控制。另外，变换器装置13根据从第2液压传感器21a、21b输入的电气信号，判定来自第1控制器11的回转操作指令信号的妥当性，上述第2液压传感器21a、21b与连接操作信号产生装置4a、4b和方向切换阀5a～5f的先导配管中的、控制左右方向的回转操作的先导配管连接。

断路器14控制直流电力线L1的电压，蓄电设备15经该断路器14向变换器装置12、13供给电力，并且对动力变换器10产生的电能和从回转用电动马达再生的电能进行蓄积。能够使用电容器或蓄电池，或者该两者作为蓄电设备。

第1控制器11根据从第2压力传感器20a、20b输入的电气信号，向变换器装置13输出用于进行回转用电动马达16的驱动控制的回转操作指令信号，上述第2压力传感器20a、20b与连接操作信号产生装置4a、4b和方向切换阀5a～5f的先导配管中的、控制左右方向的回转操作的先导配管连接。另外，在回转制动时，还进行从回转用电动马达16回收电能的动力再生控制。并且，该第1控制器11在动力再生控制时，或液压负荷减轻而产生剩余电力时，还进行将该回收电力或剩余电力蓄积到蓄电设备15的控制。

变换器装置12、13、断路器14、以及控制器11经通信线L2交换控制所需的信号。

接下来，使用图4，对本发明的第2实施方式的建筑机械控制系统进行说明。本例的建筑机械控制系统以将第3控制器35附加到第1实施方式的建筑机械控制系统为特征。从第2液压传感器21输出的电气信号输入到第3控制器35，该第3控制器35不对第2液压传感器21的值进行加工，而直接输出到设置在变换器装置13的第2控制器22。设置在变换器装置13的第2控制器22使用这样接收到的第2液压传感器21的输出信号，来判定来自第1控制器11的回转操作指令信号的妥当性。

图5表示本例的建筑机械控制系统具体的在建筑机械中的应用例。在本实施方式中，除了进行图3所示的电动液压挖掘机特有的控制的第1控制器11之外，还设置了第3控制器35，将从液压传感器21a、21b输出的电气信号输入到第3控制器35，上述液压传感器21a、21b与连接操作信号产生装置4a、4b和方向切换阀5a～5f的先导配管中的、控制左右方向的回转操作的先导配管连接。作为第3控制器35例如使用发动机控制器、或控制车体整体的机械控制器等即可。变换器装置12、13、断路器14、以及控制器11、35经通信线L2交换控制所需的信号。

接下来，使用图6～图9，对第1以及第2实施方式的建筑机械控制系统执行的回转指令信号的妥当性判定处理进行详细叙述。

图6是表示回转指令信号的妥当性判定处理的第1例的流程图，首先，在处理S10中，使用从第2液压传感器21直接或从第3控制器35接收到的第2液压传感器2的输出信号，来运算出回转速度上限值Vmax。另外，在处理S11中，从第1控制器11接收回转速度指令值Vtar。接下来，在判定处理S12中，判定这2个值的符号是否相等，即，以冗余化的液压传感器的值为基础来判定各控制器运算出的回转方向是否一致。这里，sgn（a）意味着值a的符号。当判定为一致时，向判定处理S13前进，判定回转速度指令值Vtar是否纳入在回转速度上限值Vmax。

如上所述，能够根据第2液压传感器2的输出信号算出回转速度上限值Vmax，但是为了减轻第2控制器22的运算负荷，还可以根据由第1控制器11算出的针对回转杆操作量的回转速度指令的简档，预先编好如图7的虚线所示那样的运算容易的直线近似式。由此，能够减轻控制器2的运算负荷。当然，如果运算资源有富余，则具有上述简档的映射，或执行与第1控制器11相同的回转控制逻辑，由此能够直接比较回转速度指令值。

返回到图6的判定处理S13，这里当判定为Vmax＞Vtar时，由于判定为第1以及第2液压传感器21、22和第1控制器11都是正常的，所以在处理S14中将Vtar代入最终的回转速度目标值V^*，结束回转指令信号的妥当性判定处理。当判定处理S12、S13的某一个中不满足预定条件时，由于能够判断为第1以及第2液压传感器21、22或第1控制器11的某一个存在异常，所以在处理S15中利用零速度指令来控制性地停止回转，然后在步骤S16中使回转紧急制动器工作。另外，省略了图示，但是在检测到异常时向作业员通报该意思、敦促机器的检查、修理。

图8是表示回转指令信号的妥当性判定处理的其他例的流程图。在本例中，当在判定处理S13中不满足Vmax＞Vtar时，由于能够判断为第1以及第2液压传感器21、22或第1控制器11的某一个存在异常，所以向作业员进行异常通报，但是在处理S17中将Vmax代入最终的回转速度目标值V^*，由此继续回转动作。如果像这样，即使异常产生时也没有停止回转，所以能够提升建筑机械的可用性。另外，由于第2液压传感器21的故障，使该传感器21在过小侧输出非法值时，虽然回转性能降低，但是不至于出现非作业员所希望的超速这一危险的现象。

在图6以及图8中的判定处理S13中，即使满足Vmax＞Vtar，在第2液压传感器21也有产生向过大侧输出非法值的故障的可能性。为了检测出该故障而避免该故障潜在化，可以构成为：当Vmax与Vtar的差为预先决定的阈值以上时，判定为异常并通报给作业员，由此能够敦促机器的检查、修理。

图9是表示回转指令信号的妥当性判定处理的另外其他例的流程图。在本例中，第2控制器22对从第1以及第2液压传感器20、21输出的电气信号直接进行比较，由此进行异常检测。首先，在处理S25中，读出从液压传感器2输出的电气信号，在处理S26中，从第1控制器11接收从第1液压传感器20输出的电气信号、和据此算出的回转速度指令值Vtar。在下面的判定处理S27中，比较液压传感器20和液压传感器21的各输出信号，如果两者的差比预先决定的预定值δ小，则在处理S14中将Vtar代入最终的回转速度目标值V^*并结束处理。反之当两者的差为δ以上时，在处理S15中利用零速度指令来控制性地停止回转，然后在处理S16中使回转紧急制动器工作。

接下来，使用图10以及图11，利用上述的第1以及第2实施方式的建筑机械控制系统对用于检测由IGBT23或回转用电动马达16的故障、或回转控制系统以外的异常引起的回转异常的、相对于回转速度指令的实际回转旋转速度的妥当性判定处理进行说明。

图10是变换器装置13的详细方框图。如该图所示，第2控制器22由以下部分构成：主微型计算机31、监视微型计算机32、以及通信驱动回路33a、33b，其成为每个微型计算机和通信线L2的接口。主微型计算机31使用检测回转用电动马达16的旋转位置的马达旋转位置检测传感器24的上方与3相马达电流传感器30的信息，输出IGBT23的门电路控制信号，以满足经由通信线L2从第1控制器11接收到的回转速度指令。另外，没有图示，但是在IGBT23中包括有驱动门电路的门电路驱动回路。

主微型计算机31执行通常的马达反馈控制和为了异常检测的图11所示的输出妥当性判定处理。首先，在处理S18中，使用马达旋转位置检测传感器24的输出信号值，算出实际输出的回转旋转速度V。接下来，在判定处理S19中，判定该回转旋转速度V是否比上述最终的回转速度目标值V^*小，即，判定是不是没有产生了异常的旋转速度超速，并且，判定这2个值的符号是否一致，即，判定是不是没有产生与作业员的希望相悖的旋转。当不满足判定条件时，能够判断为IGBT23和回转用电动马达16的故障，或回转控制系统以外的异常，但是当产生这些异常时，由于无法输出零速度指令而控制性地实施制动的可能性高，所以在处理S20中输出IGBT23的门电路断开信号，使回转用电动马达16为自由运行状态，然后，在处理S16中使回转紧急制动器工作。在这种情况下，能够在检测出异常时向作业员通报该意思，敦促机器的检查、修理。另外，在本实施例中，通过回转速度指令与实际旋转速度的比较来进行输出的妥当性判定，但是作为除此以外的实施方式，也可以对根据回转转矩指令或回转速度指令运算出的转矩目标值、与从马达电流算出的实际转矩进行比较。

返回到图10，第2控制器22具有监视微型计算机32作为检测主微型计算机31的异常的自我诊断功能。监视微型计算机32与主微型计算机31同样地，从通信线L2接收回转速度指令，输入来自马达旋转位置检测传感器24和3相马达电流传感器30的信号。使用这些来执行图11所示的输出妥当性判定处理，在检测出异常时，还从监视微型计算机32输出IGBT门电路断开信号和回转紧急制动器停止信号。由此，例如，即使在主微型计算机31失控而进行了非法的马达控制时，也能够使回转动作停止。监视微型计算机32由于不进行马达控制，所以不需要像主微型计算机31那样高的运算性能，可使用廉价的微型计算机。因此，关于本例的建筑机械控制系统，总体也能够廉价地实施。

监视微型计算机32除了以上的处理之外，也可以向主微型计算机31提出适当的问题，组合根据该解答结果而进行主微型计算机31的诊断的例题运算方式等，对主微型计算机31的状态进行监视。另外，在图10中，通过在监视微型计算机32设置通信功能，从第1控制器11直接接收回转速度指令，但是如果该回转速度指令经由主微型计算机31而接收，则监视微型计算机32不需要通信功能，能够以更低成本构成系统。当像这样构成时，在主微型计算机31产生异常时，为了防止监视微型计算机32接收错误的指令值而无法检测出主微型计算机31的异常，使第1控制器11能够预先将验证码或串号附加到指令值来进行发送。主微型计算机31不对这些进行加工而直接发送给监视微型计算机32，由此监视微型计算机32能够判定指令值是不是没有由于主微型计算机31的异常而被篡改。

控制器11、22的异常检测，除了到目前为止所述的实施方式以外，还可以通过在第1控制器11以及第2控制器22之间进行相互监视来实现。

图12是表示控制器11、22之间的相互监视处理的第1例的流程图。在本例中，第1控制器11与第2控制器22经通信线L2来收发指令值和其反馈值，但是在判定处理S21中第1控制器11判定来自第2控制器22的接收数据在预先确定的时间内是否有更新。当没有更新时，能够判断为第2控制器22或通信线L2的某一个产生异常，由于无论哪个异常都无法按照指令继续回转，所以在处理S16中使回转紧急制动器工作。在这种情况下，在检测出异常时，向作业员通报该意思，并敦促机器的检查、修理，这与上述是一样的。

图13是表示控制器11、22之间的相互监视处理的第2例的流程图。在本例中，在判定处理S21中当判定为在预先确定的时间内没有更新来自控制器1的接收数据时，由于马达控制自身能够正常地进行，所以在处理S15中利用零速度指令来使回转控制性地停止，然后在处理S16中使回转紧急制动器工作。

图14是表示控制器11、22之间的相互监视处理的第3例的流程图。在本例中，在判定处理S21中当判定为在预先确定的时间内没有更新来自第1控制器11的接收数据时，向作业员通报异常，但是由于马达控制自身能够正常地进行，所以在处理S17中如上所述那样通过将Vmax代入最终的回转速度目标值V^*来继续回转动作，上述Vmax是第2控制器22使用液压传感器2的信号而算出的。由此，即使在异常产生时也不会停止回转，能够提升建筑机械的可用性。

另外，在上述的相互监视处理中，作为确认有无更新的接收数据，除了回转指令和其反馈值之外，也可以使用像用于定期地相互通知正常工作的有效（alive）信号那样的信号。

如上所述，根据本发明的建筑机械控制系统，由于将冗余化的液压传感器20、21的输出信号输入到运算回转指令的第1控制器和设置在变换器装置13的第2控制器22，上述变换器装置13控制回转用电动马达16，该第2控制器22执行回转指令信号的妥当性判定处理，所以能够检测出在液压传感器20、21以及第1控制器11产生的异常，能够避免非作业员所希望的异常的回转动作，另外，除了回转指令信号的妥当性判定处理之外，通过进行针对回转指令的输出的妥当性判定处理、和使用了监视微型计算机的自我诊断、以及各控制器11、22间的相互监视，无需使每个控制器都冗余化，成本低，即使当液压传感器20、21、控制器11、22、变换器装置13、以及回转用电动马达16的某一个发生故障时，也能够确保电动回转部的安全性。另外，由于将冗余化的一方的液压传感器输入到变换器装置13，所以能够对运算回转指令的第1控制器11和连接该控制器11与变换器装置13的通信线产生的异常进行检测，并且当检测出这种异常时，由于继续回转体的回转，所以能够提升建筑机械的可用性。

符号说明

1A…前部装置；

1B…车体；

1a…动臂；

1b…斗杆；

1c…挖斗；

1d…上部回转体；

1e…下部行驶体；

3a…动臂气缸；

3b…斗杆气缸；

3c…挖斗气缸；

3e…左侧行驶马达；

3f…右侧行驶马达；

4a、4b…操作装置；

5a～5f…滑阀型方向切换阀；

6…液压泵；

7…发动机；

8…安全阀；

9…压力油箱；

10…动力变换器；

11…第1控制器；

12、13…变换器装置；

14…断路器；

15…蓄电设备；

16…回转用电动马达；

20…第1液压传感器；

20a…第1液压传感器（左侧）；

20b…第1液压传感器（右侧）；

21…第2压传感器；

21a…第2液压传感器（左侧）；

21b…第2液压传感器（右侧）；

22…第2控制器；

23…IGBT；

24…马达旋转位置检测传感器；

25…回转紧急制动器；

30…3相马达电流传感器；

31…主微型计算机；

32…监视微型计算机；

33a、33b…通信驱动回路；

L1…直流电力线；

L2…通信线

Claims (9)

1.一种建筑机械控制系统，具有：液压致动器操作用以及电动致动器操作用的操作部件，其由作业员进行操作；液压操作信号产生单元，其输出与上述液压致动器操作用的操作部件的操作方向以及操作量对应的液压操作信号；电气操作信号产生单元，其输出与上述电动致动器操作用的操作部件的操作方向以及操作量对应的电气操作信号；电气控制单元，其输入上述电气操作信号，并输出与此对应的上述电动致动器的控制信号；以及变换器装置，其输入上述控制信号，并输出与此对应的上述电动致动器的驱动信号，

上述建筑机械控制系统的特征在于，

与上述电动致动器操作用的操作部件对应地分别设置多个上述电气操作信号产生单元以及上述电气控制单元，将从上述多个电气操作信号产生单元输出的各电气操作信号分别输入到上述多个电气控制单元的每一个，并且在上述多个电气控制单元的至少1个中，对根据上述各电气操作信号而算出的值与上述各控制信号进行比较，根据该比较结果来判定上述多个电气操作信号产生单元以及电气控制单元有无异常产生。

2.根据权利要求1所述的建筑机械控制系统，其特征在于，

使用附设在上述变换器装置的变换器装置控制用控制器作为上述多个电气控制单元之一。

3.根据权利要求1或2所述的建筑机械控制系统，其特征在于，

进行是否产生了上述异常的判定的电气控制单元根据输入其中的上述电气操作信号算出上述控制信号的上限值，并且进行上述上限值与上述控制信号的符号是否一致的判定、和从该电气控制单元以外的电气控制单元输出的上述控制信号与上述上限值的比较，

当判定为进行比较的两信号的符号不一致时，或者，判定为从该电气控制单元以外的电气控制单元输出的上述控制信号比上述上限值大时，停止上述电动致动器的电动动作。

4.根据权利要求1或2所述的建筑机械控制系统，其特征在于，

进行是否产生了上述异常的判定的电气控制单元根据输入其中的上述电气操作信号算出上述控制信号的上限值，并且进行上述各电气操作信号或上述各控制信号的符号是否一致的判定、和从该电气控制单元以外的电气控制单元输出的上述控制信号与上述上限值的比较，

当判定为进行比较的两信号的符号一致，且判定为从该电气控制单元以外的电气控制单元输出的控制信号比上述上限值大时，使用上述上限值来继续上述电动致动器的驱动。

5.根据权利要求1或2所述的建筑机械控制系统，其特征在于，

进行是否产生了上述异常的判定的电气控制单元算出输入其中的上述电气操作信号与输入到该电气控制单元以外的电气控制单元的上述电气操作信号的差值，并且进行该差值与预先设定的基准值的比较，

当判定为上述差值比上述基准值大时，停止上述电动致动器的电动动作。

6.一种建筑机械控制系统，具有：液压致动器操作用以及电动致动器操作用的操作部件，其由作业员进行操作；液压操作信号产生单元，其输出与上述液压致动器操作用的操作部件的操作方向以及操作量对应的液压操作信号；电气操作信号产生单元，其输出与上述电动致动器操作用的操作部件的操作方向以及操作量对应的电气操作信号；电气控制单元，其输入上述电气操作信号，并输出与此对应的上述电动致动器的控制信号；以及变换器装置，其输入上述控制信号，并输出与此对应的上述电动致动器的驱动信号，

上述建筑机械控制系统的特征在于，

上述变换器装置根据上述电动致动器的位置信号算出表示上述电动致动器的实际驱动状态的状态信号，并进行上述控制信号的符号与上述状态信号的符号是否一致的判定、和上述控制信号是否比上述状态信号大的判定，当判定为上述控制信号的符号与上述状态信号的符号不一致时，或者，判定为上述状态信号比上述控制信号大时，停止上述电动致动器的电动动作。

7.一种建筑机械控制系统，具有：液压致动器操作用以及电动致动器操作用的操作部件，其由作业员进行操作；液压操作信号产生单元，其输出与上述液压致动器操作用的操作部件的操作方向以及操作量对应的液压操作信号；电气操作信号产生单元，其输出与上述电动致动器操作用的操作部件的操作方向以及操作量对应的电气操作信号；电气控制单元，其输入上述电气操作信号，并输出与此对应的上述电动致动器的控制信号；以及变换器装置，其输入上述控制信号，并输出与此对应的上述电动致动器的驱动信号，

上述建筑机械控制系统的特征在于，

上述变换器装置具有监视该变换器装置自身状态的监视单元，该监视单元根据上述电动致动器的位置信号算出表示上述电动致动器的实际驱动状态的状态信号，并进行上述控制信号的符号与上述状态信号的符号是否一致的判定、和上述控制信号是否比上述状态信号大的判定，

当判定为上述控制信号的符号与上述状态信号的符号不一致时，或者，判定为上述状态信号比上述控制信号大时，停止上述电动致动器的电动动作。

8.一种建筑机械控制系统，具有：液压致动器操作用以及电动致动器操作用的操作部件，其由作业员进行操作；液压操作信号产生单元，其输出与上述液压致动器操作用的操作部件的操作方向以及操作量对应的液压操作信号；电气操作信号产生单元，其输出与上述电动致动器操作用的操作部件的操作方向以及操作量对应的电气操作信号；电气控制单元，其输入上述电气操作信号，并输出与此对应的上述电动致动器的控制信号；以及变换器装置，其输入上述控制信号，并输出与此对应的上述电动致动器的驱动信号，

上述建筑机械控制系统的特征在于，

上述电气控制单元与上述变换器装置在相互间定期地进行监视信号的交换，并且进行从另一方在预定时间内是否接收到监视信号的判定，

上述变换器装置当判定为从上述电气控制单元在预定时间内没有接收到监视信号时，停止该电动动作，或使用根据输入到该变换器装置的上述操作信号算出的上述控制信号的上限值来继续上述电动致动器的驱动，

上述电气控制单元当判定为从上述变换器装置在预定时间内没有接收到监视信号时，停止该电动动作。

9.根据权利要求1～8中的任一项所述的建筑机械控制系统，其特征在于，

当判定为上述电动致动器、上述电气操作信号产生单元、上述电气控制单元、以及上述变换器装置的某一个产生异常时，将与产生的异常内容对应的通报发送给作业员。

Images