CN103387185A - 一种控制系统、控制方法及起重机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控制系统，包括检测装置、控制器以及人机界面模块；检测装置用于检测总线手柄和脚油门至少一者的操控指示参数，控制器，用于接收检测装置的操控指示参数，并根据操控指示参数判断总线手柄和/或脚油门是否发生故障，如果发生故障，则发出激活人机界面上与故障部件相对应的虚拟操作单元的控制指令；否则，发出继续由总线手柄和/或脚油门控制执行部件动作的控制指令；该控制系统无需额外增加其他控制元件即可满足起重机总线手柄和脚油门失效情况下的继续作业控制需求，不仅有利于降低起重机的使用成本，而且大大简化了起重机的结构，满足整机设计需求。在上述控制系统的基础上，本发明还公开了一种控制方法和起重机。

Description

一种控制系统、控制方法及起重机

技术领域

本发明涉及控制技术领域，特别涉及一种起重机的控制系统、控制方法及起重机。

背景技术

大吨位起重机随着大型化、智能化、自动化的提高，对安全要求也越来越高，安全可靠成为衡量一个产品的最重要指标。

由于总线技术具有传输距离远、抗干扰性强、可靠性高、易于布线等特点，故被广泛的应用到工程机械中。现有技术中起重机臂架动作控制模式通常也采用总线手柄的信息进行传输和交换。

请参考图1，图1为现有技术中一种典型的总线手柄的结构示意图。

总线手柄上设置有电比例按钮S1、自由滑转按钮S2、电喇叭按钮S3等控制按钮。当按下电比例按钮的时候，控制器使能激活，操纵手柄有效，主要动作有：主卷、副卷、回转、伸缩、变幅，以及超起、塔臂等复杂工况下的各种动作。手柄一般采用双自由度，可以前后、左右摆动，中位是手柄的死区，也是初始位置，当慢慢掰动手柄时，手柄通过死区位置输出执行电流信号，触发相关动作执行，随着电流的变化，动作也发生强弱改变，手柄回复中位动作终止。

但是，总线技术由于本身存在的复杂性和不确定性，车辆在工作中总线手柄一旦出现故障或总线传输线路节点出现通讯故障，此时很难及时更换总线手柄或判定总线传输节点问题，因而故障很难快速解决，这样的结果可能造成车辆无法正常操作耽误工期或正在进行操作的动作突然失控，引起无法预知的后果。

另一方面，发动机转速及扭矩的控制主要通过脚油门操纵，脚油门长期频繁使用，很容易损坏，一旦油门失控将会带来发动机转速无法控制，只能强制熄火，存在安全故障，同时发动机在高转速下熄火而加速磨损。

为了解决上述问题，现有技术一般采用设置备用设备，当其中一套系统发生故障时，通过故障监控予以切除或隔离，然后将完好装置接入系统，使系统在不停顿的情况下继续工作。

但是现有技术中设置备用设备的方式，不仅占据车辆空间，使车辆构造比较复杂，不利于车辆整体的布置，并且大大增加了工程机械的使用成本。

因此，如何改进现有技术中起重机的控制系统，使其构造简单且安全可靠，是本领域内技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的为提供一种控制系统，该控制系统构造简单且安全可靠。本发明的另一目的为提供一种具有上述控制系统的控制方法及起重机。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种起重机的控制系统，包括控制起重机相关执行部件动作的总线手柄以及脚油门，还包括以下部件：

检测装置，包括用于检测所述总线手柄和所述脚油门至少一者的操控指示参数的第一检测模块；

控制器，用于接收所述检测装置的操控指示参数，并根据所述操控指示参数判断所述总线手柄和/或所述脚油门是否发生故障，如果发生故障，则发出激活人机界面上与所述故障部件相对应的虚拟操作单元的控制指令；否则，发出继续由所述总线手柄和/或所述脚油门控制执行部件动作的控制指令；

人机界面模块，其人机界面上设置有与所述控制器进行相互通信的所述虚拟操作单元；所述虚拟操作单元与所述总线手柄和/或所述脚油门具有相同的功能，操作人员通过所述虚拟操作单元控制相应执行部件进行动作。

优选地，当所述控制器根据所述操控指示参数判断所述总线手柄和/或所述脚油门未发生故障时，所述控制器还发出所述虚拟操作单元处于休眠状态的控制指令。

优选地，所述检测装置还包括检测所述虚拟操作单元的工作参数的第二检测模块，所述控制器还根据所述虚拟操作单元的工作参数判断所述虚拟操作单元是否发生故障，如果发生故障，则发出停止由该所述虚拟操作单元操控的执行部件动作的控制指令。

优选地，所述控制器中预设有各所述执行部件的极限工作速度；所述控制器还根据所述虚拟操作单元的输入参数计算其控制的所述执行部件的工作速度，当所述工作速度大于相应所述极限工作速度时，所述控制器控制所述执行部件按所述极限工作速度动作；否则，控制所述执行部件按计算所得的所述工作速度动作。

优选地，所述总线手柄和所述脚油门与所述控制器通过CAN总线连接，所述操控指示参数为所述CAN总线中的传输信号。

优选地，所述控制器还具有指令提示模块，当所述控制器判断所述总线手柄或所述脚油门出现故障，发出激活相对应所述虚拟操作单元的控制指令时，所述指令提示模块将上述故障部件名称和控制指令显示于所述人机界面上。

当使用本发明所提供的控制系统对起重机进行控制操作时，优先选用总线手柄和脚油门控制起重机执行部件工作，只有当控制器判断总线手柄和或脚油门出现故障时，控制器激活人机界面上与故障部件对应的虚拟操作单元，操作人员可以通过虚拟操作单元控制相应执行部件动作，从而实现起重机的继续作业。

与现有技术中设置备用设备相比，本发明所提供的控制方法不仅消除了总线手柄和脚油门失效带来的安全隐患，而且该控制方法通过对起重机中已有设备的运用以及软件控制相结合的方式实现起重机在总线手柄和脚油门完全失效的情况下的控制，该控制方法无需额外增加其他控制元件即可满足起重机总线手柄和脚油门失效情况下的继续作业控制需求，不仅有利于降低起重机的使用成本，而且大大简化了起重机的结构，满足整机设计需求。

在上述控制系统的基础上，本发明还提供了一种起重机，包括发动机、臂架以及控制所述发动机、所述臂架动作的控制系统，所述控制系统为上述任一项所述的控制系统。

另外，本发明还提供了一种起重机的控制方法，包括控制起重机相关执行部件动作的总线手柄以及脚油门，该控制方法包括以下步骤：

S10、检测所述总线手柄和所述脚油门至少一者的操控指示参数；

S20、接收所述操控指示参数，并根据所述操控指示参数判断所述总线手柄和/或所述脚油门是否发生故障，如果发生故障，则执行步骤S30；否则，执行步骤S40；

S30、发出激活人机界面上与所述故障部件相对应的虚拟操作单元的控制指令；

S40、发出继续由所述总线手柄和/或所述脚油门控制执行部件动作的控制指令。

所述虚拟操作单元用于与所述控制器进行相互通信，其与所述总线手柄和/或所述脚油门具有相同的功能，操作人员通过所述虚拟操作单元控制相应执行部件进行动作。

优选地，所述控制器中预设有各执行部件的极限工作速度；步骤S30之后还增加以下步骤：

S50、根据所述虚拟操作单元的输入参数计算其所控制的所述执行部件的工作速度，并且当所述工作速度大于相应所述极限工作速度时，执行步骤S51；否则，执行步骤S52。

S51、控制所述执行部件按所述极限工作速度动作；

S52、控制所述执行部件按计算所得的所述工作速度动作。

优选地，所述步骤S10中还进一步检测所述虚拟操作单元的工作参数；所述步骤S30与步骤S50之间还增加以下步骤：

S31、根据所述虚拟操作单元的工作参数判断所述虚拟操作单元是否发生故障，如果发生故障，则执行步骤S32；否则，执行步骤S50；

S32、发出由所述虚拟操作单元操控的执行部件停止动作的控制指令。

优选地，当所述步骤S20中判断结果为否，执行步骤S40的同时，所述控制器还发出以下控制命令：

S41、发出所述虚拟操作单元处于休眠状态的控制指令。

优选地，所述总线手柄和所述脚油门与所述控制器通过CAN总线连接，所述操控指示参数为所述CAN总线中的传输信号。

优选地，在步骤S20中当所述控制器判断所述总线手柄或所述脚油门出现故障，执行步骤S30的同时，还执行以下步骤：

S33：将出现故障部件的名称和所激活的虚拟操作单元的控制指令显示于所述人机界面上。

上述起重机和控制方法分别具有和应用于上述控制系统，故起重机和控制方法也具有控制系统的上述技术效果。

附图说明

图1为现有技术中一种典型的总线手柄的结构示意图；

图2为本发明所提供的起重机的控制方法的第一种具体实施方式的流程图；

图3为本发明所提供的控制方法的第二种具体实施方式流程图；

图4为本发明所提供的控制方法的第三种具体实施方式流程图；

图5为本发明所提供的控制方法的第四种具体实施方式流程图；

图6为本发明所提供的起重机的控制系统的一种具体实施方式的结构框图；

图7为本发明所提供的人机界面的一种具体显示模式。

其中，图1中附图标记和部件名称之间的一一对应关系为：

S1电比例按钮、S2自由滑转按钮、S3电喇叭按钮。

其中，图7中附图标记和虚拟操作单元中虚拟按钮之间的一一对应关系为：

11左总线手柄虚拟按钮、12左总线手柄虚拟按钮、13电比例虚拟按钮、14自由滑转虚拟按钮、15脚油门虚拟按钮、16油门调节虚拟按钮、17第一速度调节按钮、18第二速度调节按钮、19指令显示单元、20确认按钮、21返回按钮。

具体实施方式

本发明的核心为提供一种控制系统，该控制系统构造简单且安全可靠。本发明的另一核心为提供一种具有上述控制系统的控制方法及起重机。

不失一般性，本文以控制系统、控制方法在起重机中的应用为例介绍其技术方案，本领域内技术人员应当理解，本文的技术方案的应用领域包括但不局限于起重机，也可以应用于其它工程机械中。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合控制系统、控制方法以及附图、具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

请综合参考图2和图6，图2为本发明所提供的起重机的控制方法的第一种具体实施方式的流程图；图6为本发明所提供的起重机的控制系统的一种具体实施方式的结构框图。

本发明提供了一种起重机的控制系统，包括控制起重机相关执行部件动作的总线手柄以及脚油门，一般地，总线手柄包括左总线手柄和右总线手柄，总线手柄一般采用双自由度，可以前后、左右摆动，中位是总线手柄的死区，也是初始位置，当慢慢掰动总线手柄时，总线手柄通过死区位置输出执行电流信号，触发相关动作执行，随着电流的变化，动作也发生强弱改变，总线手柄回复中位动作终止，起重机主要通过总线手柄进行相关动作的操纵，主要动作有：主卷、副卷、回转、伸缩、变幅，以及超起、塔臂等复杂工况下的各种动作。

本发明的控制系统还包括检测装置、控制器以及人机界面模块；检测装置包括用于检测总线手柄和脚油门至少一者的操控指示参数的第一检测模块。

控制器，用于接收所述检测装置的操控指示参数，包括判断模块，所述判断模块根据所述操控指示参数判断所述总线手柄和/或所述脚油门是否发生故障，如果发生故障，则发出激活人机界面上与所述故障部件相对应的虚拟操作单元的控制指令；否则，发出继续由所述总线手柄和/或所述脚油门控制执行部件动作的控制指令。

具体地，总线手柄和所述脚油门与所述控制器通过CAN总线连接，所述操控指示参数为所述CAN总线中的传输信号，也就是说，第一检测模块可以检测CAN总线中的传输信号，当控制器判断传输信号缺失时，则判断发出该传输信号的部件出现故障。

人机界面模块，其人机界面上设置有与所述控制器进行相互通信的所述虚拟操作单元；所述虚拟操作单元与所述总线手柄和/或所述脚油门具有相同的功能，操作人员通过所述虚拟操作单元控制相应执行部件进行动作；也就是说，总线手柄的各个功能在虚拟操作单元中都有与其一一对应的单元，在虚拟操作单元中可以设定执行部件各种运行状态的数据信息和参数，控制器通过虚拟操作单元中设定的数据信息和参数控制相应执行部件动作。人机界面模块可以是操作室中的显示器，该显示器可以为触摸式显示器。

以下给出了本发明所提供的控制系统的一种具体的控制方法，详细内容如下：

S10、检测所述总线手柄和所述脚油门至少一者的操控指示参数；

S20、接收所述操控指示参数，并根据所述操控指示参数判断所述总线手柄和/或所述脚油门是否发生故障，如果发生故障，则执行步骤S30；否则，执行步骤S40；

S30、发出激活人机界面上与所述故障部件相对应的虚拟操作单元的控制指令；

S40、发出继续由所述总线手柄和/或所述脚油门控制执行部件动作的控制指令。

当使用本发明所提供的控制系统对起重机进行控制操作时，优先选用总线手柄和脚油门控制起重机执行部件工作，只有当控制器判断总线手柄和或脚油门出现故障时，控制器激活人机界面上与故障部件对应的虚拟操作单元，操作人员可以通过虚拟操作单元控制相应执行部件动作，从而实现起重机的继续作业。

与现有技术中设置备用设备相比，本发明所提供的控制方法不仅消除了总线手柄和脚油门失效带来的安全隐患，而且该控制方法通过对起重机中已有设备的运用以及软件控制相结合的方式实现起重机在总线手柄和脚油门完全失效的情况下的控制，该控制方法无需额外增加其他控制元件即可满足起重机总线手柄和脚油门失效情况下的继续作业控制需求，不仅有利于降低起重机的使用成本，而且大大简化了起重机的结构，满足整机设计需求。

为了避免操作人员在总线手柄和脚油门正常工作情况下误操作人机界面上的虚拟操作单元，影响起重机的正常作业，还可以进行如下设置。

请参考图3，图3为本发明所提供的控制方法的第二种具体实施方式流程图。

在上述实施方式的基础上，所述步骤S20中当所述控制器根据所述操控指示参数判断所述总线手柄和/或所述脚油门未发生故障时，所述控制器还发出以下控制命令：

S41、发出所述虚拟操作单元处于休眠状态的控制指令。

请参考图4，图4为本发明所提供的控制方法的第三种具体实施方式流程图

在第三种具体实施方式中，上述各实施方式中控制器还可以预设有各执行部件的极限工作速度；所述控制器还根据所述虚拟操作单元的输入参数计算其控制的所述执行部件的工作速度，当所述工作速度大于相应所述极限工作速度时，控制器控制所述执行部件按所述极限工作速度动作；具体地，控制流程可以进行如下设置，上述各实施里中的步骤S30之后还增加以下步骤：

S50、根据所述虚拟操作单元的输入参数计算其所控制的所述执行部件的工作速度，并且当所述工作速度大于相应所述极限工作速度时，执行步骤S51；否则，执行步骤S52。

S51、控制所述执行部件按所述极限工作速度动作；

S52、控制所述执行部件按计算所得的所述工作速度动作。

该实施方式中的控制方法有利于防止操作人机界面上的虚拟操作单元幅度过大而带来的执行部件动作过大情况的发生，进一步提高了执行部件动作的安全性和可靠性。

在第四种优选的实施方式中，检测装置还可以包括检测所述虚拟操作单元的工作参数的第二检测模块，所述控制器还根据所述虚拟操作单元的工作参数判断所述虚拟操作单元是否发生故障，如果发生故障，则发出停止由该所述虚拟操作单元操控的执行部件动作的控制指令。

具体的控制方法，请参考图5，图5为本发明所提供的控制方法的第四种具体实施方式流程图。

在第四种具体实施方式中，控制步骤如下所示：

在所述步骤S10中还进一步检测所述虚拟操作单元的工作参数；所述步骤S30之后还增加以下步骤：

S31、根据所述虚拟操作单元的工作参数判断所述虚拟操作单元是否发生故障，如果发生故障，则执行步骤S32；

S32、发出停止由所述虚拟操作单元操控的执行部件动作的控制指令。

该控制方法进一步降低了由于虚拟操作单元出现故障而导致的安全隐患，有利于提高起重机工作的安全性和可靠性。

为了使操作人员更好地、及时地了解起重机的作业情况，上述各实施例中，在步骤S20中当所述控制器判断所述总线手柄或所述脚油门出现故障，执行步骤S30的同时，还执行以下步骤：

S33：将出现故障的部件和所激活的虚拟操作单元的控制指令显示于所述人机界面上。

具体地，人机界面模块还可以包括指令显示单元，指令显示单元接收控制器中指令提示模块的控制指令，并在人机界面中显示上述信息。

这样，操作人员可以比较直观的了解起重机作业情况，及时更换至虚拟操作单元控制起重机继续作业，不仅可以提高起重机作业的效率，而且进一步增加了起重机作业过程中的安全性。

上述各实施例中，虚拟操作单元中可以通过滑动按键的形式控制速度的大小和方向，也可以通过填写矢量数值的方式控制速度的大小和方向；本文中给出了一种滑动按键形式的人机界面，请参考图7，图7为本发明所提供的人机界面的一种具体显示模式。

在一种具体实施方式中，虚拟操作单元包括与左总线手柄、右总线手柄以及脚油门相对应的虚拟控制单元，分别以按钮的形式显示于人机界面上，如图7中的左总线手柄虚拟按钮11、左总线手柄虚拟按钮12、脚油门虚拟按钮15，当人机界面上的虚拟按钮被激活时，操作人员可以点击相应的按钮，代替故障部件进行控制，图7中还给出了虚拟操作单元中与总线手柄上功能相同的控制按钮的一种设置方式：电比例虚拟按钮13、自由滑转虚拟按钮14、油门调节虚拟按钮16、第一速度调节按钮17、第二速度调节按钮18；为了方便控制，将用于速度调节的虚拟的按钮设置为滑动按钮的形式，并且相对两方向用同一按钮向相反方向滑动来实现，其中，中位规定为滑动按钮的零点，从中位向两侧滑动分别控制执行部件向两个方向运动，滑动按钮必须从中位开始。

当然，人机界面模块的人机界面上还可以进一步添加有指令显示单元、确认按钮和返回按钮。

在上述控制系统和控制方法的基础上，本发明还提供了一种起重机，包括发动机、臂架以及控制所述发动机、所述臂架动作的控制系统，所述控制系统为上述任一项所述的控制系统。

因上述控制系统具有上述技术效果，故具有上述控制系统的起重机也具有控制系统的上述技术效果。

起重机其它方面的结构请参考现有技术，在此不作赘述。

以上对本发明所提供的一种控制系统、控制方法及起重机进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (13)

1.一种起重机的控制系统，包括控制起重机相关执行部件动作的总线手柄以及脚油门，其特征在于，还包括以下部件：

检测装置，包括用于检测所述总线手柄和所述脚油门至少一者的操控指示参数的第一检测模块；

控制器，用于接收所述检测装置的操控指示参数，并根据所述操控指示参数判断所述总线手柄和/或所述脚油门是否发生故障，如果发生故障，则发出激活人机界面上与所述故障部件相对应的虚拟操作单元的控制指令；否则，发出继续由所述总线手柄和/或所述脚油门控制执行部件动作的控制指令；

人机界面模块，其人机界面上设置有与所述控制器进行相互通信的所述虚拟操作单元；所述虚拟操作单元与所述总线手柄和/或所述脚油门具有相同的功能，操作人员通过所述虚拟操作单元控制相应执行部件进行动作。

2.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，当所述控制器根据所述操控指示参数判断所述总线手柄和/或所述脚油门未发生故障时，所述控制器还发出所述虚拟操作单元处于休眠状态的控制指令。

3.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述检测装置还包括检测所述虚拟操作单元的工作参数的第二检测模块，所述控制器还根据所述虚拟操作单元的工作参数判断所述虚拟操作单元是否发生故障，如果发生故障，则发出停止由该所述虚拟操作单元操控的执行部件动作的控制指令。

4.如权利要求1至3任一项所述的控制系统，其特征在于，所述控制器中预设有各所述执行部件的极限工作速度；所述控制器还根据所述虚拟操作单元的输入参数计算其控制的所述执行部件的工作速度，当所述工作速度大于相应所述极限工作速度时，所述控制器控制所述执行部件按所述极限工作速度动作；否则，控制所述执行部件按计算所得的所述工作速度动作。

5.如权利要求4所述的控制系统，其特征在于，所述总线手柄和所述脚油门与所述控制器通过CAN总线连接，所述操控指示参数为所述CAN总线中的传输信号。

6.如权利要求4所述的控制系统，其特征在于，所述控制器还具有指令提示模块，当所述控制器判断所述总线手柄或所述脚油门出现故障，发出激活相对应所述虚拟操作单元的控制指令时，所述指令提示模块将上述故障部件名称和控制指令显示于所述人机界面上。

7.一种起重机，包括发动机、臂架以及控制所述发动机、所述臂架动作的控制系统，其特征在于，所述控制系统为权利要求1至6任一项所述的控制系统。

8.一种起重机的控制方法，包括控制起重机相关执行部件动作的总线手柄以及脚油门，其特征在于，该控制方法包括以下步骤：

S10、检测所述总线手柄和所述脚油门至少一者的操控指示参数；

S20、接收所述操控指示参数，并根据所述操控指示参数判断所述总线手柄和/或所述脚油门是否发生故障，如果发生故障，则执行步骤S30；否则，执行步骤S40；

S30、发出激活人机界面上与所述故障部件相对应的虚拟操作单元的控制指令；

S40、发出继续由所述总线手柄和/或所述脚油门控制执行部件动作的控制指令。

所述虚拟操作单元用于与所述控制器进行相互通信，其与所述总线手柄和/或所述脚油门具有相同的功能，操作人员通过所述虚拟操作单元控制相应执行部件进行动作。

9.如权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述控制器中预设有各执行部件的极限工作速度；步骤S30之后还增加以下步骤：

S50、根据所述虚拟操作单元的输入参数计算其所控制的所述执行部件的工作速度，并且当所述工作速度大于相应所述极限工作速度时，执行步骤S51；否则，执行步骤S52。

S51、控制所述执行部件按所述极限工作速度动作；

S52、控制所述执行部件按计算所得的所述工作速度动作。

10.如权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S10中还进一步检测所述虚拟操作单元的工作参数；所述步骤S30与步骤S50之间还增加以下步骤：

S31、根据所述虚拟操作单元的工作参数判断所述虚拟操作单元是否发生故障，如果发生故障，则执行步骤S32；否则，执行步骤S50；

S32、发出由所述虚拟操作单元操控的执行部件停止动作的控制指令。

11.如权利要求9所述的控制方法，其特征在于，当所述步骤S20中判断结果为否，执行步骤S40的同时，所述控制器还发出以下控制命令：

S41、发出所述虚拟操作单元处于休眠状态的控制指令。

12.如权利要求8至11任一项所述的控制方法，其特征在于，所述总线手柄和所述脚油门与所述控制器通过CAN总线连接，所述操控指示参数为所述CAN总线中的传输信号。

13.如权利要求12所述的控制方法，其特征在于，在步骤S20中当所述控制器判断所述总线手柄或所述脚油门出现故障，执行步骤S30的同时，还执行以下步骤：

S33：将出现故障部件的名称和所激活的虚拟操作单元的控制指令显示于所述人机界面上。

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