CN104453845A - 一种基于can总线的全液压动力头钻机控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于CAN总线的全液压动力头钻机控制系统，包括传感器输入模块、控制执行模块、采集端和执行端CAN总线接口模块及系统控制器，本系统通过设置的系列传感器输入模块采集钻机运行状态的信息，并将采集的信息通过采集端CAN总线接口发送至系统控制器，系统控制器分析处理后输出控制指令到执行端CAN总线接口模块，经执行端微处理器处理后传给相应的控制执行模块，通过执行器件实现对钻机系统工作参数的调节控制。本控制系统应用CAN总线技术，使系统结构模块化、集成化、微型化，方便于检测、执行和控制元件的布置及系统布线，且CAN总线易于扩展，应用本系统使钻机的工作参数最优化，提高了生产效率，降低了钻探成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种钻机控制系统，具体地说是一种基于CAN总线的全液压动力头钻机控制系统。
背景技术
随着国家对地质资源勘探力度不断加大,钻探作为地质找矿的主要手段,其工作量越来越大。钻探设备的使用和革新也不断加快,钻机由普通立轴式钻机向全液压动力头钻机发展。全液压动力头钻机因其具有结构紧凑、工作扭矩大、液控操作方便、起下钻速度快、工艺适应性强、工作效率高和劳动强度低等优点,已广泛应用于地质勘探、铁路和交通工程施工、煤矿井探采等领域。目前的全液压动力头钻机采用手动式液压阀对工作参数调节控制，利用机械式仪表显示工作参数，各控制机构和显示仪表相互独立，分散布置，操作台安装有大量的液压元件，这些元件通过大量的液压管件和接头实现连接，当部分元件发生故障就会引起整个设备的运行不正常，甚至引发事故，但是有很多全液压动力头钻机，只是在系统中加入了部分传感器和电子控制元件，采用的是传统的集中式控制结构，导致布线复杂、调试很不方便、系统的兼容性和扩展性差等诸多问题，因此需要一种采用模块化、集成化、微型化的结构，便于检测、执行和控制元件的布置及系统布线的全液压动力头钻机控制系统，实现对钻机工作参数的最优化控制，提高钻机生产效率，降低钻探成本。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术存在的问题，而提供一种采用模块化、集成化、微型化的结构，且便于检测、执行和控制元件的布置及系统布线的基于CAN总线的全液压动力头钻机控制系统，实现对钻机工作参数的最优化控制，提高钻机生产效率，降低钻探成本。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：提供一种基于CAN总线的全液压动力头钻机控制系统，包括采集端节点模块、执行端节点模块和系统控制器，所述的模块之间、模块与系统控制器之间的控制指令和数据传输均采用CAN总线协议；
所述的采集端节点模块设有传感器输入模块和采集端CAN总线接口模块，所述的传感器输入模块包括传感器和输入接口，传感器与输入接口连接；所述的采集端CAN总线接口模块设有微处理器和CAN总线收发电路，传感器通过输入接口与采集端CAN总线接口模块的微处理器连接，微处理器通过输入接口获取传感器采集的信息，经微处理器分析处理后通过CAN总线收发电路发送至CAN总线，由系统控制器接收；
所述的执行端节点模块设有控制执行模块和执行端CAN总线接口模块，所述的控制执行模块包括执行器件和输出接口，执行器件与输出接口连接，执行器件通过输出接口与执行端CAN总线接口模块的微处理器连接，执行端微处理器通过CAN总线收发电路获取系统控制器发送的控制指令，经执行端微处理器分析处理后通过输出接口向执行器件发出控制指令，由执行器件完成钻机工作参数的调节控制；
所述的系统控制器通过CAN总线收发信息，将各传感器输入模块采集的钻机各工作参数进行数据分析处理和输出控制指令，完成对钻机工作参数的设置；还完成钻机运行数据的存储和管理及图形化的运行监测。
所述的传感器输入模块设有液压压力传感器模块、液压温度传感器模块、动力头位移传感器模块、动力头行程接近开关模块、动力头转速传感器模块和主卷扬机大钩载荷传感器模块，所述的传感器输入模块用于全面收集全液压动力头钻机的运行工作参数，并通过采集端CAN总线接口模块发送至系统控制器。
所述的控制执行模块设有电液比例阀模块、液压拧管控制阀模块、动力头马达控制阀模块、动力头进给油缸控制阀模块和主卷扬机液压控制阀模块，所述的控制执行模块用于获取系统控制器发送的控制指令，并通过相应设置的执行器件实现对钻机系统工作参数的调节控制。
本发明基于CAN总线的全液压动力头钻机控制系统的工作过程是：通过在全液压动力头钻机中布设一系列传感器输入模块，通过传感器输入模块中的传感器采集全液压动力头钻机运行过程的工作参数，传感器采集的信息通过输入模块传给采集端CAN总线接口的微处理器，微处理器处理接收的信息并通过CAN总线收发电路发送至系统控制器；系统控制器获取信息并进行分析处理，然后发出控制指令通过执行端CAN总线接口发送给相应的控制执行模块，控制执行模块输出控制指令到执行器件，由执行器件完成钻机工作参数的调节控制。
本发明基于CAN总线的全液压动力头钻机控制系统具有的有益效果是：
⑴、本发明的控制系统通过同时采集钻机系统的压力、温度、位移、转速、载荷等物理量实现对钻机运行状态的实时监测，相应的通过电液比例阀、液压拧管控制阀、动力头马达控制阀、动力头进给油缸控制阀和主卷扬机液压控制阀等执行器件实现对钻机系统工作参数的调节控制。
⑵、本发明的控制系统由于采用CAN总线技术，使控制系统具有模块化、集成化、微型化的结构，便于检测、执行和控制元件的布置及系统布线。
⑶、本发明的控制系统具有很强的可扩展性，这是由于CAN总线易于扩展，可将新增加检测或控制节点直接挂在总线上，且布线简化，扩充容易，改型灵活。
⑷、本发明各节点之间的数据通信实时性强、通信速率高、容易实现且性价比高。
⑸、本发明可以采用多种智能技术实时控制钻机的运行，实现钻机工作参数的最优化，提高生产效率，降低钻探成本。
附图说明
图1为本发明基于CAN总线的全液压动力头钻机控制系统的整体结构框图。
图2为本发明基于CAN总线的全液压动力头钻机控制系统的采集端节点框图。
图3为本发明基于CAN总线的全液压动力头钻机控制系统的执行端节点框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步说明，但本发明的实施不限于此。
实施例1：本发明提供一种基于CAN总线的全液压动力头钻机控制系统，其结构如图1中所示，包括采集端节点模块、执行端节点模块和系统控制器，所述的模块之间、模块与系统控制器之间的控制指令和数据传输均采用CAN总线协议。本发明的控制系统中设有6个采集端节点模块，有6个采集端CAN总线接口模块和传感器输入模块，所述的6个传感器输入模块分别为液压压力传感器模块、液压温度传感器模块、动力头位移传感器模块、动力头行程接近开关模块、动力头转速传感器模块和主卷扬机大钩载荷传感器模块，所述的6个传感器输入模块用于全面收集全液压动力头钻机的运行工作参数，并分别通过各自对应的采集端CAN总线接口模块发送至系统控制器。本发明的控制系统中设有5个执行端节点模块，有5个执行端CAN总线接口模块和控制执行模块，5个控制执行模块包括电液比例阀模块、液压拧管控制阀模块、动力头马达控制阀模块、动力头进给油缸控制阀模块和主卷扬机液压控制阀模块，通过5个控制执行模块中对应的5个执行器件接收和执行系统控制器通过执行端CAN总线接口模块传输的钻机系统工作参数的调节控制指令，完成钻机工作参数的调节控制。
如图2所示，所述的采集端节点模块设有传感器输入模块和采集端CAN总线接口模块，所述的传感器输入模块包括传感器和输入接口，传感器与输入接口连接；所述的采集端CAN总线接口模块设有微处理器和CAN总线收发电路，传感器通过输入接口与采集端CAN总线接口模块的微处理器连接，微处理器通过输入接口获取传感器采集的信息，经微处理器分析处理后通过CAN总线收发电路发送至CAN总线，由系统控制器接收。
如图3所示，所述的执行端节点模块设有控制执行模块和执行端CAN总线接口模块，所述的控制执行模块包括执行器件和输出接口，执行器件与输出接口连接，执行器件通过输出接口与执行端CAN总线接口模块的微处理器连接，执行端微处理器通过CAN总线收发电路获取系统控制器发送的控制指令，经执行端微处理器分析处理后通过输出接口向执行器件发出控制指令，由执行器件完成钻机工作参数的调节控制。
所述的系统控制器通过CAN总线收发信息，将各传感器输入模块采集的钻机各工作参数进行数据分析处理和输出控制指令，完成对钻机工作参数的设置；还完成钻机运行数据的存储和管理及图形化的运行监测。
本发明的钻机控制系统的工作过程是：通过在全液压动力头钻机中布设一系列传感器输入模块，通过传感器输入模块中的传感器采集钻机运行过程的工作参数，传感器采集的信息通过输入模块传给采集端CAN总线接口的微处理器，微处理器处理接收的信息并通过CAN总线收发电路发送至系统控制器；系统控制器获取信息并进行分析处理，然后发出控制指令通过执行端CAN总线接口发送给相应的控制执行模块，控制执行模块输出控制指令到执行器件，由执行器件完成钻机工作参数的调节控制。由于本发明各节点之间的数据通信实时性强、通信速率高，因此可实时控制钻机的运行情况，实现钻机工作参数的最优化控制，提高钻机生产效率，降低钻探成本。
Claims (3)
1.一种基于CAN总线的全液压动力头钻机控制系统，包括采集端节点模块、执行端节点模块和系统控制器，所述的模块之间、模块与系统控制器之间的控制指令和数据传输均采用CAN总线协议；其特征在于：
所述的采集端节点模块设有传感器输入模块和采集端CAN总线接口模块，所述的传感器输入模块包括传感器和输入接口，传感器与输入接口连接；所述的采集端CAN总线接口模块设有微处理器和CAN总线收发电路，传感器通过输入接口与采集端CAN总线接口模块的微处理器连接，微处理器通过输入接口获取传感器采集的信息，经微处理器分析处理后通过CAN总线收发电路发送至CAN总线，由系统控制器接收；
所述的执行端节点模块设有控制执行模块和执行端CAN总线接口模块，所述的控制执行模块包括执行器件和输出接口，执行器件与输出接口连接，执行器件通过输出接口与执行端CAN总线接口模块的微处理器连接，执行端微处理器通过CAN总线收发电路获取系统控制器发送的控制指令，经执行端微处理器分析处理后通过输出接口向执行器件发出控制指令，由执行器件完成钻机工作参数的调节控制；
所述的系统控制器通过CAN总线收发信息，将各传感器输入模块采集的钻机各工作参数进行数据分析处理和输出控制指令，完成对钻机工作参数的设置；还完成钻机运行数据的存储和管理及图形化的运行监测。
2.根据权利要求1所述的一种基于CAN总线的全液压动力头钻机控制系统，其特征在于：所述的传感器输入模块设有液压压力传感器模块、液压温度传感器模块、动力头位移传感器模块、动力头行程接近开关模块、动力头转速传感器模块和主卷扬机大钩载荷传感器模块，所述的传感器输入模块用于全面收集全液压动力头钻机的运行工作参数，并通过采集端CAN总线接口模块发送至系统控制器。
3.根据权利要求1所述的一种基于CAN总线的全液压动力头钻机控制系统，其特征在于：所述的控制执行模块设有电液比例阀模块、液压拧管控制阀模块、动力头马达控制阀模块、动力头进给油缸控制阀模块和主卷扬机液压控制阀模块，所述的控制执行模块用于获取系统控制器发送的控制指令，并通过相应设置的执行器件实现对钻机系统工作参数的调节控制。
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