CN104386004A - 60吨矿用自卸车控制系统 - Google Patents

Abstract

一种60吨矿用自卸车控制系统，包括柴油机组、变流器、主发电机、蓄电池、整车控制器、司控器、显示屏、组合仪表、以及六个用于驱动轮子的电机；柴油机组包括柴油机和24V发电机；变流器包括发电机励磁控制器、四个变流控制器DCU、AC/DC变换器和六个DC/AC变换器；柴油机分别与24V发电机和主发电机连接；24V发电机向蓄电池提供DC24V电压；蓄电池向整车控制器、显示屏、组合仪表、变流控制器DCU、励磁控制器ECU提供DC24V电压；主发电机发出的交流电通过一个AC/DC变换器转换为中间直流电，然后通过六个DC/AC变换器将中间直流电转换为三相交流电分别为六台电机提供电源。基于CAN总线的通讯，使整车的控制布线更简单，控制系统稳定可靠。

Description

60吨矿用自卸车控制系统

技术领域

本发明涉及矿用自卸车，尤其是60吨矿用自卸车控制系统。

背景技术

自卸车控制系统庞大而复杂，尤其是对于大吨位的矿用自卸车。一般的矿用自卸车控制系统包括状态显示系统、信号检测系统、柴油机保护系统、液压制动系统、液压举升系统等，这些系统之间通过包括整车控制器ACU、传动控制器DCU、柴油机CM500控制器和发电机励磁控制器ECU相互关联，从而使得自卸车能够平稳的行驶和举升。目前，电动轮自卸车大多采用线束连接，在车辆控制器、显示仪表、各种灯光、电磁阀、传感器等电气设备之间全部采用线束连接，这样整车布线错综复杂，故障率高，故障检测难度大，系统运行不稳定。

电动轮自卸车因为运量大、效率高、性价比高而成为每年开采量达到千万吨级及以上露天矿山、水利建设工程的关键设备。60t电动轮自卸车主要由发动机相关系统、液压系统、货箱系统、电气系统及网络控制系统等重要部件组成。其中，网络控制系统是整个系统核心，他主要是根据采集的信息，合理的控制其余的各个系统工作，其余各个系统信息的采集与监控以及各系统与控制系统之间的可靠通信显得尤为重要。

计算机控制技术在近年来高速发展，汽车线路使用的传统“点对点”的接法都不能很好的满足现在电动汽车要求的数据传输实时性好，可靠性高，节点与总线发生故障时整车的性能影响较小等对通讯系统的较高要求。CAN总线是控制器局域网（Controller Area Network）的简称，最初是德国BOSCH公司在20世纪80年代开发出来的，为了解决现代的电动汽车中较多的控制布线和测试仪器间的数据的交换而开发设计的一种用于串行数据通信的协议。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种60吨矿用自卸车控制系统，主要基于CAN总线的通讯，配合使用RS422总线通讯，减少设备之间的硬线连接，使整车的控制布线更简单，CAN总线强大的纠错能力增加系统的可靠性，保证控制系统稳定可靠。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种60吨矿用自卸车控制系统，包括柴油机组、变流器、主发电机、蓄电池、整车控制器、司控器、显示屏、组合仪表、以及六个用于驱动轮子的电机；所述柴油机组包括柴油机和24V发电机；所述变流器包括发电机励磁控制器、四个变流控制器DCU、AC/DC变换器和六个DC/AC变换器；

所述柴油机分别与24V发电机和主发电机连接；所述24V发电机向蓄电池提供DC24V电压；所述蓄电池向整车控制器、显示屏、组合仪表、变流控制器DCU、励磁控制器ECU提供DC24V电压；所述主发电机发出的交流电通过一个AC/DC变换器转换为中间直流电，然后通过六个DC/AC变换器将中间直流电转换为三相交流电分别为六台电机提供电源；

所述整车控制器通过CAN总线分别与柴油机、四个变流控制器DCU、励磁控制器ECU和组合仪表连接通讯，通过RS422与显示屏连接通讯；所述司控器将前进、后退、举升、下降、浮动、保持等信号送给整车控制器进行分析处理；

自卸车控制系统还包括状态显示系统、信号检测系统、柴油机控制及保护系统；

状态显示系统，包括设于自卸车驾驶室内与整车控制器通过RS422总线连接的显示屏，其显示界面分为：主界面、柴油机界面、DCU界面、整车参数界面、故障履历界面、输入输出界面、参数设置界面，显示屏根据整车控制器发来的信息实时进行数据显示和报警，从而帮助司机完成操作；

信号检测系统，整车控制器通过直接采集油门踏板位置、制动踏板位置、向前、向后、举升、下降、浮动、保持、电制动手柄位置、发动机已启动信号；整车控制器通过CAN总线获取包括发动机转速、发动机水温、发动机油压、发动机负荷率、发动机即时油耗信号；整车控制器通过直接采集蓄电池电压状态；整车控制器通过CAN总线获取牵引逆变器的输入电压、输入电流、车速、牵引逆变器温度、电机温度信号、整流器的输出电压、输出电流、温度和发电机温度信号；整车控制器采集液压系统转向压力传感器和开关信号、制动系统压力传感器和开关信号、举升系统压力传感器和开关信号、蓄能器压力开关信号、液压油温度传感器信号；

柴油机控制及保护系统，整车控制器接收到来自油门踏板、制动踏板、恒速旋钮信号，将这些信号转换为对应的柴油机转速给定信号，通过CAN总线给定150Hz-367Hz频率信号送给柴油机控制器CM500，最终由柴油机控制器CM500实现柴油机的调速；当柴油机存在超速、油水温度异常时，控制系统通过报警、降功、卸载、故障停机等方式对柴油机进行保护；整车控制器根据柴油机起机条件驱动柴油机启动接触器启动柴油机。

本发明与现有技术相比所带来的有益效果是：

1、电动轮自卸车整车控制器与其他子系统大部份采用CAN总线进行通讯，提高系统稳定性；

2、采用一根 CAN 总线、主站点、从站点结构，且各从站点之间可以相互通讯；

3、基于CAN总线的通讯，使整车的控制布线更简单，CAN总线数据传输实时性好、抗干扰能力强，控制系统稳定可靠。

附图说明

图1为本发明控制系统框图。

图2为整车通讯连接拓扑图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种60吨矿用自卸车控制系统，包括柴油机组、变流器、主发电机、蓄电池、整车控制器、司控器、显示屏、组合仪表、以及六个用于驱动轮子的电机；所述柴油机组包括柴油机和24V发电机；所述变流器包括发电机励磁控制器、四个变流控制器DCU、AC/DC变换器和六个DC/AC变换器。

如图1所示，所述柴油机分别与24V发电机和主发电机连接；所述24V发电机向蓄电池提供DC24V电压；所述蓄电池向整车控制器、显示屏、组合仪表、变流控制器DCU提供DC24V电压；所述主发电机发出的交流电通过一个AC/DC变换器转换为中间直流电，然后通过六个DC/AC变换器将中间直流电转换为三相交流电分别为六台电机提供电源。

如图2所示，所述整车控制器通过CAN总线分别与柴油机、四个变流控制器DCU、发电机励磁控制器和组合仪表连接通讯，与显示屏通过RS422总线连接通讯；所述司控器将前进、后退、举升、下降、浮动、保持等信号送给整车控制器进行分析处理。

自卸车控制系统还包括状态显示系统、信号检测系统、柴油机控制及保护系统。

状态显示系统，包括设于自卸车驾驶室内与整车控制器通过RS422总线连接的显示屏，其显示界面分为：主界面、柴油机界面、DCU界面、整车参数界面、故障履历界面、输入输出界面、参数设置界面，显示屏根据整车控制器发来的信息实时进行数据显示和报警，从而帮助司机完成操作；

信号检测系统，整车控制器通过直接采集油门踏板位置、制动踏板位置、向前、向后、举升、下降、浮动、保持、电制动手柄位置、发动机已启动信号；整车控制器通过CAN总线获取包括发动机转速、发动机水温、发动机油压、发动机负荷率、发动机即时油耗信号；整车控制器通过直接采集蓄电池电压状态；整车控制器通过CAN总线获取牵引逆变器的输入电压、输入电流、车速、牵引逆变器温度、电机温度信号、整流器的输出电压、输出电流、温度和发电机温度信号；整车控制器采集液压系统转向压力传感器和开关信号、制动系统压力传感器和开关信号、举升系统压力传感器和开关信号、蓄能器压力开关信号、液压油温度传感器信号；

柴油机控制及保护系统，整车控制器接收到来自油门踏板、制动踏板、恒速旋钮信号，将这些信号转换为对应的柴油机转速给定信号，通过CAN总线给定150Hz-367Hz频率信号送给柴油机控制器CM500，最终由柴油机控制器CM500实现柴油机的调速；当柴油机存在超速、油水温度异常时，控制系统通过报警、降功、卸载、故障停机等方式对柴油机进行保护；整车控制器根据柴油机起机条件驱动柴油机启动接触器启动柴油机。

整车控制器接收QSK19发动机系统监测关键参数：如发动机温度、燃油箱油位、水箱液位等，并在超过或低于正常工作范围时记录故障诊断代码同时驱动蜂鸣器报警，显示屏提示操作员采取进一步措施。如果超范围情况进一步恶化，则采取措施降低发动机功率，同时显示器界面将向操作员发出警告；当超范围情况持续恶化，显示器界面出现紧急状态报警，发动机将会停机；在安全的情况下，驾驶员必须将车辆停靠在路边，以减少发动机损坏的可能性。

电动轮自卸车设计中用控制单元数字I/O、总线和软件实现卡车运行逻辑控制，例如卡车工况切换、卡车加/减载等逻辑控制，柴油机起停机逻辑、卡车运行操作逻辑和速度限制逻辑保护等。

整车控制器根据货箱举升控制杆的状态以及电动轮自卸车其他状态信息，驱动货箱举升控制阀，实现举升功能控制。货箱举升控制杆的操作共有四个状态：下降、浮动、举升、保持。通过操作举升控制杆，控制4个电磁阀的开合来实现4个状态的转换。车在行进的过程中为浮动状态。待车停稳车速为零后，将方向手柄打到中间零位，按下驻车制动按钮，开始作业。举升到位触发举升限位开关，将信号送到整车控制器然后提示司机将举升控制杆打到保持位；下降到位触发降落限位开关，将信号送给整车控制器然后提示司机将举升控制杆打到浮动位。

整车控制器根据司机踏板位置及柴油机转速，计算主发功率输出给定值和中间电压给定值，中间电压给定值通过CAN总线与励磁调节器进行通信，由励磁调节器调节主发电机励磁电流，控制主发电机的输出功率。柴油机正常运行时主要工作在1500r/min以上，确保输出扭矩能及时跟上。当司机将卡车设置为自负荷模式时，ACU通过CAN总线将自负荷模式命令发送给DCU，DCU驱动斩波IGBT闭合，将制动电阻接入中间直流回路。ACU根据柴油机转速控制主发电机的电压输出，使得制动电阻消耗的功率与当前转速下柴油机的输出功率相匹配，以验证柴油机的转速—功率特性。

控制系统通过CAN、RS422等总线实现电动轮自卸车各关键部件的协调工作和信息交换。按照优先级设定通信速度。当各部件通信故障时，控制系统控制卡车按照通信重要等级进行报警或卸载。

电动轮自卸车保护主要分为柴油机级、变流器级、整车操作级等几大块，系统根据所检测到的，或通讯得到的各装备和部件状态信息进行电动轮车故障诊断和保护，同时完成故障记录和状态记录。

CAN总线简介：

CAN总作为一种串行数据的通信协议，它的通讯接口定义了的数据链路层和物理层的功能，它可以完成对通信数据一帧一帧的处理；挂接在CAN总线上的所有节点不分主从，任何节点在任意时刻都可以主动向CAN总线发送信息；通过对网络上的节点分成不同的优先级来满足不同的实时性要求；采用非破坏性的优先级位仲裁总线的结构机制，当某个时刻不止一个节点向网络上发送数据时，总线就会利用非破坏性的优先级位仲裁对节点进行仲裁，优先级较高的节点可以不受影响的持续传输数据，而优先级较低的节点就会立刻停止发送数据即刻转为接收节点。这种非破坏性优先级位仲裁可以很大程度上的节省总线冲突的仲裁时间，在重负荷的时候表现出良好的性能；可以点对点传输、一点对多点传输以及全局广播传输等几种传送方式接收数据；采用有效字节数为八个的短帧结构，传输速度快，抗干扰能力强；每帧传送的信息都采用CRC（Cyclical Redundancy Check，循环冗余码校验）校验，CRC校验码可靠性高；通信介质采用双绞线，抗干扰性能力强。

CAN总线节点具有自己的故障界定方法，当节点发生错误时根据故障界定方法判断出总线处于某种状态，当出现严重的错误的时候，总线会自己关闭发送接收功能，切断与总线的联系，总线上的其他节点仍然可以继续通信，不受此节点的影响，从而保证系统的正常运行。

Claims (1)

1.一种60吨矿用自卸车控制系统，包括柴油机组、变流器、主发电机、蓄电池、整车控制器、司控器、显示屏、组合仪表、以及六个用于驱动轮子的电机；所述柴油机组包括柴油机和24V发电机；所述变流器包括发电机励磁控制器、四个变流控制器DCU、AC/DC变换器和六个DC/AC变换器；

所述柴油机分别与24V发电机和主发电机连接；所述24V发电机向蓄电池提供DC24V电压；所述蓄电池向整车控制器、显示屏、组合仪表、变流控制器DCU、励磁控制器ECU提供DC24V电压；所述主发电机发出的交流电通过一个AC/DC变换器转换为中间直流电，然后通过六个DC/AC变换器将中间直流电转换为三相交流电分别为六台电机提供电源；

所述整车控制器通过CAN总线分别与柴油机、四个变流控制器DCU、励磁控制器ECU和组合仪表连接通讯，通过RS422与显示屏连接通讯；所述司控器将前进、后退、举升、下降、浮动、保持等信号送给整车控制器进行分析处理；

自卸车控制系统还包括状态显示系统、信号检测系统、柴油机控制及保护系统；

状态显示系统，包括设于自卸车驾驶室内与整车控制器通过RS422总线连接的显示屏，其显示界面分为：主界面、柴油机界面、DCU界面、整车参数界面、故障履历界面、输入输出界面、参数设置界面，显示屏根据整车控制器发来的信息实时进行数据显示和报警，从而帮助司机完成操作；

信号检测系统，整车控制器通过直接采集油门踏板位置、制动踏板位置、向前、向后、举升、下降、浮动、保持、电制动手柄位置、发动机已启动信号；整车控制器通过CAN总线获取包括发动机转速、发动机水温、发动机油压、发动机负荷率、发动机即时油耗信号；整车控制器通过直接采集蓄电池电压状态；整车控制器通过CAN总线获取牵引逆变器的输入电压、输入电流、车速、牵引逆变器温度、电机温度信号、整流器的输出电压、输出电流、温度和发电机温度信号；整车控制器采集液压系统转向压力传感器和开关信号、制动系统压力传感器和开关信号、举升系统压力传感器和开关信号、蓄能器压力开关信号、液压油温度传感器信号；

柴油机控制及保护系统，整车控制器接收到来自油门踏板、制动踏板、恒速旋钮信号，将这些信号转换为对应的柴油机转速给定信号，通过CAN总线给定150Hz-367Hz频率信号送给柴油机控制器CM500，最终由柴油机控制器CM500实现柴油机的调速；当柴油机存在超速、油水温度异常时，控制系统通过报警、降功、卸载、故障停机等方式对柴油机进行保护；整车控制器根据柴油机起机条件驱动柴油机启动接触器启动柴油机。