CN104965479B - 装弹控制装置及装弹控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及装弹技术领域，具体涉及装弹控制装置及装弹控制方法。该装弹控制装置包括：电机组、一个以上的传感器和控制组件；其中，电机组与装弹机构通过传动组件相连接，控制组件与电机组通过信号线相连接，信号线上设置传感器。执行的控制方法包括：上电，进行初始化处理，控制组件的电机控制器接收传感器的数据；控制组件根据数据判断是否为闭环状态；若为闭环状态，则执行闭环程序调用闭环参数，并判断是否自动装弹模式；若为自动装弹模式，则向电机组发送操作信号，由电机组驱动装弹机构进行自动装弹处理。本发明能够提高装弹的速度和智能化。

Description

装弹控制装置及装弹控制方法

技术领域

本发明涉及装弹技术领域，具体而言，涉及装弹控制装置及装弹控制方法。

背景技术

传统的武器或运载设备的装填控制系统主要基于对液压油缸的控制实现，但液压油缸其结构复杂、系统设计复杂程度较高，设备安装的工艺实现性要求较高，且其使用后维修保养复杂。同时，由于液压油缸工作原理的局限性，其对装填行进速度的控制的度较精低。综合分析可知，传统装填控制系统其结构复杂，操作复杂，智能化程度较低，这些均已经无法满足日益增长的快速化装填的需求。在导弹、火箭、无人飞机等的装填领域具有广泛的应用前景，正在受到广泛的重视，需要研究更快速、智能化的装填技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种装弹控制装置及装弹控制方法，以通过伺服控制器对交流异步电机的变频调速控制，从而为装填车提供可靠的装填力的问题。

本发明一个方面提供了一种装弹控制装置，其包括：电机组、一个以上的传感器和控制组件；其中，所述电机组与装弹机构通过传动组件相连接，所述控制组件与所述电机组通过信号线相连接，所述信号线上设置所述传感器。

在一些实施例中，优选为，所述电机组包括：交流电机和减速电机，所述交流电机的控制端与所述控制组件连接，所述交流电机的动力输出端与所述减速电机的动力输入端相连，所述减速电机的动力输出端与所述装弹机构相连。

在一些实施例中，优选为，所述控制组件包括：电机控制器、上位机；所述电机控制器的第一信号输出端与所述电机组相连，信号双向通信端与所述上位机连接。

在一些实施例中，优选为，所述电机控制器的个数为多个；所述控制组件还包括：可编程逻辑控制器，所有所述电机控制器的第二信号输出端均与所述可编程逻辑的信号输入端相连，所述可编程逻辑控制器的信号输出端与所述上位机相连。

在一些实施例中，优选为，在所述电机控制器和所述可编程逻辑控制器的连接线设置所述传感器。

本发明另一个方面还提供了一种装弹控制方法，其包括：

步骤1，上电，进行初始化处理，控制组件的电机控制器接收传感器的数据；

步骤2，控制组件根据所述数据判断是否为闭环状态；

步骤3，若为闭环状态，则执行闭环程序调用闭环参数，并判断是否自动装弹模式；

步骤4，若为自动装弹模式，则向电机组发送操作信号，由电机组驱动所述装弹机构进行自动装弹处理。

在一些实施例中，优选为，所述步骤2的判断结果若为开环状态，则执行如下步骤：

步骤3’若为开环状态，则判断是否为手动装弹模式；

步骤4’若为手动装弹模式，则判断是否需要调用开环参数；

步骤5’若需要调用开环参数，则调用开环参数，并执行开环程序，手动控制装弹机构装弹。

在一些实施例中，优选为，所述步骤3’的判断结果若为非手动装弹模式，则，执行如下步骤：

步骤4”，报错，调用停稳判断程序，调用下电判断程序；

步骤5”，若需要下电处理，则下电停机；若不需要下电处理，则重新执行步骤2。

在一些实施例中，优选为，所述步骤3的判断结果为非自动装弹模式，则执行如下步骤：

步骤4”’，执行手动装弹程序，手动控制装弹机构装弹。

在一些实施例中，优选为，所述步骤1之后，所述方法还包括：

步骤02，所述控制组件的可编程逻辑控制器接收传感器的实际数据；

步骤03，所述可编程逻辑控制器将所述实际数据与预设数据进行比较；

步骤04，若所述实际数据超过所述预设数据，则，判定为异常状态；

步骤05，当判定为异常状态后，将所述实际数据和所述预设数据的差值与设定值比较；

步骤06，若超过，则报警、停机。

本发明实施例提供的装弹控制装置和装弹控制方法，与现有技术相比，基于电机驱动装填车，通过控制组件对电机组进行变频调速控制，从而为装填机构提供可靠的装填力。实现智能化的人机交互系统。

附图说明

图1为本发明一个实施例中装弹控制装置的结构示意图；

图2为本发明一个实施例中装弹控制方法中电机控制器的工作流程示意图；

图3为本发明一个实施例中装弹控制方法中可编程逻辑控制器的工作流程示意图。

具体实施方式

下面通过具体的实施例结合附图对本发明做进一步的详细描述。

考虑到传统武器装填系统中通过液压油缸控制，导致装填技术结构复杂，系统设计复杂的问题，本发明提供了一种装弹控制装置及装弹控制方法。

该装弹控制装置，包括：电机组、一个以上的传感器和控制组件；其中，电机组与装弹机构通过传动组件相连接，控制组件与电机组通过信号线相连接，信号线上设置传感器。

执行上述装弹控制装置的控制方法，包括：

步骤1，上电，进行初始化处理，控制组件的电机控制器接收传感器的数据；

步骤2，控制组件根据数据判断是否为闭环状态；

步骤3，若为闭环状态，则执行闭环程序调用闭环参数，并判断是否自动装弹模式；

步骤4，若为自动装弹模式，则向电机组发送操作信号，由电机组驱动装弹机构进行自动装弹处理。

基于电机驱动装填车，通过控制组件对电机组进行变频调速控制，从而为装填机构提供可靠的装填力，实现智能化的人机交互系统。

接下来，对装弹控制装置、及控制方法进行详细描述：

一种装弹控制装置，如图1所示，包括：电机组、一个以上的传感器和控制组件，电机组用于提供装弹机构的动力，控制组件用于数据处理，控制电机组的运转速度和整个控制装置的各类状态；具体的连接关系为：电机组与装弹机构通过传动组件相连接，控制组件与电机组通过信号线相连接，信号线上设置传感器，传感器可以为多个，设置在不同位置，用于采集各类信息，比如：装置上电状态、到位信号状态、自动运行时的速度状态等。

其中，电机组包括：交流电机和减速电机，交流电机释放交流动力，通过减速电机交流动力的调速，达到所需大小的动力。具体的连接关系为：交流电机的控制端与控制组件连接，受控于控制组件，交流电机的动力输出端与减速电机的动力输入端相连，完成动力输送；减速电机的动力输出端与装弹机构相连，驱动装弹机构进行装弹操作。

上述的控制组件包括：电机控制器、上位机；电机控制器的第一信号输出端与电机组相连，信号双向通信端与上位机连接，电机控制器为伺服控制器，主要实现对交流电机(变频电机)的转矩、速度的控制，通过接收电机编码器信号、到位信号、开关信号灯信号，实现运行速度、前进和后退、装填到位等状态控制，并驱动运行状态指示灯工作。上位机和电机控制器的通信为双向模式，既可以接收电机控制单元发送的转速、转矩、报警等信息，也可以通过交互单元对电机控制单元中的部分参数进行设置。上位机实现装填速度、装填力等值以及运行状态的实时显示，并存储记录系统运行中的装填速度、装填力、故障报警灯信息，提高装置的可操作性。

为了避免控制器工作失效，电机控制器的个数为多个，有一台进行工作，其他进行冷备份，当故障时手动进行切换。备用控制器可将相关报警信息发送给上位机，实现顺畅的人机交互。

另外，电机控制器具有丰富的报警保护功能，当运行中发生过载、过压、欠压等故障时，控制器具备自动保护功能。而且，控制组件还包括：可编程逻辑控制器(PLC)，所有电机控制器的第二信号输出端均与可编程逻辑的信号输入端相连，可编程逻辑控制器的信号输出端与上位机相连。PLC监测装置上电状态、到位信号状态及自动运行时的速度状态，实现变频控制器自身保护之外的冗余保护，以提高系统可靠性。

PLC监测的上述各项都取自于传感器的感应，传感器的设置方式有很多，比如：在电机控制器和可编程逻辑控制器的连接线设置传感器；或电机上。

装置的智能化控制主要通过电机控制器对电机的控制实现，电机控制器其由微处理器控制，并采用具有现代先进技术水平的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)作为功率输出器件。采用脉冲频率可选的专用脉宽调制技术，可使电动机低噪声运行。因此，它们具有很高的运行可靠性和功能的多样性。采用32位微控制器对电机进行全数字化控制，采用IMS伺服控制器专用编程语言，支持用户自 行编写控制程序，丰富的数字量、模拟量输入和输出功能，可以实现对电机转速、输出转矩的高性能控制。

它具有多路数字量输入、输出，多路模拟量输入、输出，支持脉冲列输入、支持RS232C和RS422/RS485通信协议。它的工作频率范围0-250Hz、输出功率11kW，可以满足系统使用要求。

外接市电接入伺服控制器并输出频率可变的交流电给电机，模式选择和执行开关信号、装填和后退到位信号接入可编程接入输入端，控制状态输出接状态指示灯，电机编码器信号输入编码器输入端，电机制动时回馈的能量输出至制动电阻，485通信端口实现与上位机的实时通信。

上述装弹控制装置采用电控方案解决了液压油缸推进方式效率低、易污染环境、噪音大、配套设备多、操作人员多等缺点，实现了重载荷长行程平稳连续推进，大大提高了工作效率，节约了人力、物力等成本投入。此种电控系统在国内大推力、大行程的重载水平装填推进机械中尚无应用。而且，该装置实现自动装填退弹功能，大大提高了系统智能化水平。另外，首次采用可视化操作人机交互界面，实现与电机控制单元和备用保护控制模块基于现场总线的通信。交互单元与电机控制单元的通信为双向模式，既可以接收电机控制单元发送的转速、转矩、报警等信息，也可以通过交互单元对电机控制单元中的部分参数进行设置；备用保护控制模块可将相关报警信息发送给人机交互单元显示，实现了良好的人机交互。

下面介绍利用上述装弹控制装置进行装弹控制的方法，该方法主要由为高精度、智能化控制的核心，主要由主循环、模式判断子程序、运行模式选择子程序、停稳判断子程序四部分组成，如图2所示。

其中主循环包括：

步骤101，上电，进行初始化处理，控制组件的电机控制器接收传感器的数据；

装置上电后首先进行开关(I/O)口、系统参数、用户参数、通信端口、初始状态等参数的初始化，初始化完毕后进入主程序循环，在主程序里读取模式选择I/O口、系统上电标志位、电机初始状态等数据。

步骤102，控制组件根据数据判断是否为闭环状态；

根据上述数据进行判断，执行模式判断子程序，判断系统的开环/闭环状态。

步骤103，若为闭环状态，则执行闭环程序调用闭环参数，并判断是否自动装弹模式；

若处于闭环模式则执行闭环子程序并调用闭环参数，再运行运行模式选择子程序，判断系统的手动/自动装弹模式。

步骤104，若为自动装弹模式，则向电机组发送操作信号，由电机组驱动装弹机构进行自动装弹处理。

若为自动装弹模式，则执行自动子程序，进行自动装弹处理。

若判断为非自动装弹模式，则执行如下步骤：步骤104”’，执行手动装弹程序，手动控制装弹机构装弹。

在模式判断子程序运行中，即步骤102中，判断结果若为开环状态，则执行如下步骤：

步骤103’若为开环状态，则判断是否为手动装弹模式；

步骤104’若为手动装弹模式，则判断是否需要调用开环参数；

步骤105’若需要调用开环参数，则调用开环参数，并执行开环程序，手动控制装弹机构装弹。

若步骤103’的判断结果若为非手动装弹模式，则，执行如下步骤：

步骤104”，报错，调用停稳判断程序，调用下电判断程序；

步骤105”，若需要下电处理，则调用停稳和下电子程序，下电停机，装置停机或断电；若不需要下电处理，则重新执行步骤2。

可编程逻辑控制器能够将各种数据传递到上位机，同时能够完成数据判断，进而确定装置工作是否正常，一旦不正常，确定是否断电，进行控制器更换。该方法区别于主循环程序及各子程序的运行，其具体为：

步骤1002，控制组件的可编程逻辑控制器接收传感器的实际数据；

步骤1003，可编程逻辑控制器将实际数据与预设数据进行比较；

步骤1004，若实际数据超过预设数据，则，判定为异常状态；

步骤1005，当判定为异常状态后，将实际数据和预设数据的差值与设定值比较；

步骤1007，若超过，则报警、停机。

该装置和方法具备以下特征性：

人机交互特性：

为了实现装填控制系统状态的实时监测、数据实时存储和控制指令的发送，并为用户提供直观的显示和操作效果，提高用户的可操作性，开发了基于上位机、电机控制器、可编程逻辑控制器的交互单元，实现了状态的显示、数据的存储等功能。

该装置使用的交互方法主要由主程序、中断程序、状态监测子程序组成，主循环中调用功能模块，实现状态和参数的设置。为了实现装填力、装填速度、位移、时间、报警信息等状态数据的存储和记录，调用数据记录模块，所有需要记录的数据由传感器采集，在运行过程中自动生成Excel数据表，数据的存储采样精度可以个性化调整，支持外设存储功能，生成的数据可以存储入U盘、SD卡等存储介质，可以实现数据的大量存储。

上述上位机和可编程逻辑控制器与电机控制器和备用保护控制模块进行基于现场总线的双向通信。上位机与电机控制器之间既可以接收电机自带控制单元发送的转速、转矩、报警等信息，也可以通过上位机对电机的控制单元中的 部分参数进行设置；备用保护控制模块可将相关报警信息发送给上位机显示。上位机上设置显示屏。

上位机和可编程逻辑控制器不仅可以实现操作过程中的状态和数据的实时显示，同时提供内容丰富的报警和提示功能，而且它可以将运行中的数据进行自动记录，并生成一个完整流程的曲线图，可以形成有效的数据包络，不仅便于用户进行数据分析和比对，而且也为操作人员提供了状态判读的有效依据。

自动装填特性：

装置具有自动装填功能，由于被装填设备在装填过程中需要根据特定的位置进行装填速度的快速和慢速的切换，在手动模式下需要人为的根据相应的位置进行快速和慢速的切换。装置设计时，在上位机、可编程逻辑控制器、电机控制器的交互中设置有自动装填特定位置输入端口，手动输入相应的位置值后，启动自动装填功能后，控制系统会自动识别每个位置前后的装填速度，并进行自动切换。可以根据备装填设备的不同，设置不同的值，系统具有很强的适应性。

PLC冗余保护特性

为了实现装置的高可靠性控制，除了电机控制器(即伺服控制器)自身具有丰富的报警和保护功能外，该装置设置了可编程逻辑控制器(PLC)冗余保护逻辑电路。高性能PLC具有多路数字量和模拟量输入I/O，多路高速计数器输入，最大输入信号频率可达200kHz，具有多路输出，控制器功能丰富，运行可靠，广泛应用于工业领域。

装置上电时，PLC监控来自输入和输出断路器辅助触点的上电信号，若两路信号同时生效，则说明两台控制器同时接入装置，PLC报警并控制输出继电器断开主回路电源，保护装置；伺服控制器工作时，电机编码器信号和测速传感器信号同时输入PLC的两个高速信号输入端，两个高速计数口接收脉冲信号后PLC实时进行判断，若两路信号超过报警范围时，说明编码器或测速传感器 故障，PLC报警并停机。PLC运行中状态信息和报警指示信息均通过串口通信传送给上位机，进行状态显示和存储。

PLC程序流程图如图3，电源开关闭合后PLC系统上电而控制伺服控制器上电的主接触器未上电，PLC判断控制器处于停机状态后控制主接触器闭合使控制器上电。PLC判断系统手否收到到位信号，若收到到位信号再判断是否收到停止信号，若收到停止信号则到位停止，若未收到停止信号则判断保护延时，超出延时范围后发出报警并停机。若没有收到到位信号，则判断是否自动模式，若自动模式则进行速度保护判断，若手动模式则不判断。

过载保护特性

装填过程中，为了防止过程中发生卡滞等故障，电机控制器设置了装填力过载保护，当装填力超过理论保护值时，系统保护停机，且系统可以实现高精度的装填力控制，控制精度达到±5％，可以实现过载情况下的准确动作。

行程保护特性

在装填过程中，为了防止装填或后退到位后继续前进，从而对发射筒和装填车结构造成损坏，系统设置了装填和后退到位接近开关，当箭体最前沿距离到位开关一定距离时，开关发出到位信号给控制器，电机控制器收到到位信号后停机，后退原理相同，可以实现到位的精确控制。

总之，通过上述装置和功能的设计，装置的智能化和交互式功能得到了顺利的实现，装置投入运行后，操作方便、运行可靠、维护保养容易，收到了很好的效果。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种装弹控制方法，所述装弹控制方法采用的装弹控制装置包括电机组、一个以上的传感器和控制组件，所述电机组与装弹机构通过传动组件相连接，所述控制组件与所述电机组通过信号线相连接，所述信号线上设置所述传感器，电机组包括交流电机和减速电机，所述交流电机的控制端与所述控制组件连接，所述交流电机的动力输出端与所述减速电机的动力输入端相连，所述减速电机的动力输出端与所述装弹机构相连，控制组件包括电机控制器、上位机；所述电机控制器的第一信号输出端与所述电机组相连，信号双向通信端与所述上位机连接，控制组件还包括可编程逻辑控制器，所述电机控制器的第二信号输出端与所述可编程逻辑的信号输入端相连，所述可编程逻辑控制器的信号输出端与所述上位机相连，其特征在于，装弹控制方法包括以下步骤：

步骤1，上电，进行初始化处理，控制组件的电机控制器接收传感器的数据；

步骤2，控制组件根据所述数据判断是否为闭环状态；

步骤3，若为闭环状态，则执行闭环程序调用闭环参数，并判断是否自动装弹模式；

步骤4，若为自动装弹模式，则向电机组发送操作信号，由电机组驱动所述装弹机构进行自动装弹处理；

所述步骤2的判断结果若为开环状态，则执行如下步骤：

步骤3’若为开环状态，则判断是否为手动装弹模式；

步骤4’若为手动装弹模式，则判断是否需要调用开环参数；

步骤5’若需要调用开环参数，则调用开环参数，并执行开环程序，手动控制装弹机构装弹。

2.如权利要求1所述的装弹控制方法，其特征在于，所述步骤3’的判断结果若为非手动装弹模式，则，执行如下步骤：

步骤4”，报错，调用停稳判断程序，调用下电判断程序；

步骤5”，若需要下电处理，则下电停机；若不需要下电处理，则重新执行步骤2。

3.如权利要求1所述的装弹控制方法，其特征在于，所述步骤3的判断结果为非自动装弹模式，则执行如下步骤：

步骤4”’，执行手动装弹程序，手动控制装弹机构装弹。

4.如权利要求1-3任一项所述的装弹控制方法，其特征在于，所述步骤1之后，所述方法还包括：

步骤02，所述控制组件的可编程逻辑控制器接收传感器的实际数据；

步骤03，所述可编程逻辑控制器将所述实际数据与预设数据进行比较；

步骤04，若所述实际数据超过所述预设数据，则，判定为异常状态；

步骤05，当判定为异常状态后，将所述实际数据和所述预设数据的差值与设定值比较；

步骤06，若超过，则报警、停机。