CN105182830A - 融雪剂撒布机控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种融雪剂撒布机控制系统。包括工作控制器、液压阀块组和工作指示灯；包括检测撒布机行驶速度的车速传感器；包括检测液压阀块组上转速的测速开关；包括安装在撒布盘侧后方的电动推杆；包括用于检测撒布机内盐箱物位容量的物位传感器；包括用于检测撒布机内水箱水位的液位传感器；包括检测撒布盘上物料的接近开关。本发明解决了传统撒布机物位和水位信号无法获得的问题，可高效合理的安排撒布操作，能模拟车速输入，进行车速报警，实时记录撒布情况，实现高效、节能地抛撒融雪剂，具有较高的稳定和安全性。

Description

融雪剂撒布机控制系统

技术领域

本发明涉及自动控制和专用车辆领域，具体说是一种融雪剂撒布机控制系统，本发明结合传感器技术对撒布机液压系统进行控制，实现撒布机在不同路况下抛洒融雪剂。

背景技术

随着汽车技术的发展，各种各样的专用汽车正在不断的融入人类生产和生活之中。撒布机作为道路融雪除冰的专用装置，在维护北方冬季道路交通的安全和便利性方面起着重要的作用。传统的撒布机是人工控制，是一种开环和粗放的撒布方式，人工方式对撒布密度、撒布宽度、撒布方向的控制，往往依靠驾驶员的工作经验，并且没有检测物料的剩余和水箱的水位的功能，这些都大大影响了撒布机的工作效率。合理有效的控制撒布密度、撒布宽度、撒布方向，可保证撒布量在国家规定的撒布机撒布量的允许偏差范围内，这样不仅能节省能源，还能降低融雪剂对环境的污染，提高撒布机的工作效率。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术不足，提供了一种融雪剂撒布机控制系统，控制性能先进、工作稳定、系统集成度高。

本发明为实现上述目的而采用的技术方案是：

包括经电源与通讯端口与撒布机驾驶室控制器连接并进行中央控制的工作控制器；

包括液压阀块组，液压阀块组与工作控制器的PWM信号输出口连接；

包括指示灯，指示灯与工作控制器的开关量输出口连接；

包括检测撒布机行驶速度的车速传感器，车速传感器与工作控制器的脉冲输入口连接；

包括检测液压阀块组上转速的测速开关，测速开关与工作控制器的脉冲输入口连接；

包括安装在撒布盘侧后方的电动推杆，电动推杆伸出推动撒布盘翻转，电动推杆与工作控制器的开关量输出口连接；

包括用于检测撒布机内盐箱物位容量的物位传感器，物位传感器与工作控制器的开关量输入口连接；

包括用于检测撒布机内水箱水位的液位传感器，液位传感器与工作控制器的模拟量输入口连接；

包括检测撒布盘上物料的接近开关，接近开关与工作控制器的开关量输入口连接。

所述的液压阀块组包括水泵电液比例阀、皮带轮电液比例阀和撒布盘电液比例阀。

所述的测速开关包括水泵转速测速开关、皮带轮转速测速开关和撒布盘转速测速开关，水泵转速测速开关、皮带轮转速测速开关和撒布盘转速测速开关分别安装在水泵电液比例阀、皮带轮电液比例阀和撒布盘电液比例阀处检测转速。

所述的指示灯包括工作报警灯、撒布照明灯和箭头灯。

所述的工作报警灯、撒布照明灯、箭头灯和电动推杆一起连接到工作控制器的四个开关量输出口。

所述的水泵转速测速开关、皮带轮转速测速开关、撒布盘转速测速开关和物位传感器分别连接到工作控制器的四个脉冲输入口。

所述的工作控制器与驾驶室控制器之间采用CAN总线通讯，保证人机交互的稳定性。

所述的测速开关单位时间发出的脉冲数与所述的液压阀块组连接的液压马达转速成正比。

所述的电动推杆带有电位计反馈，能够通过电位计的反馈来闭环控制推杆的伸出量。

所述的液位传感器，采用一体式投入液位计，实时将水位信号传递到按键屏中显示。

采用本系统，驾驶员根据工作需要和当前道路情况，可选择的抛洒物料包括盐、沙、盐水，设定撒布工作模式、撒布密度、撒布方向、撒布宽度所对应的档位后，驾驶室控制屏通过CAN总线将控制信号传给工作控制器，然后工作控制器通过闭环控制皮带转速、撒布盘转速、水泵转速以及电动推杆伸出量来实现当前设定的工作参数。驾驶员通过驾驶室控制器的控制屏还可进行开关量控制，包括预湿水泵开关、撒布作业开关、工作和警示灯光开关、闪烁箭头灯开关。同时马达测速接近开关、车速传感器、物料、水位传感器也实时将检测的信号，传到工作控制器中进行计算处理。之后，工作控制器通过CAN总线将物位、水位测量值、撒布物料消耗量、撒布行驶里程以及系统异常的报警信号传送到驾驶室按键屏进行显示。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明解决了传统撒布机物位和水位信号无法获得的问题，通过专用的撒布机物位计和投入式液位计解决了此问题，驾驶员通过观测按键屏上物位和水位信息，可高效合理的安排撒布操作。

2、本发明能模拟车速的输入：工作过程中将模拟车速输入作为撒布参数，进行计算和控制，当实际车速无法获取时，也保证撒布的正常进行。

3、本发明能进行车速报警：当车速过低时自动暂停撒布并警示，超过撒布最高车速时自动报警，遇堵车、红灯时，车速过低自动暂停撒布，车速过快以致于无法保证撒布效果时，发出报警。

4、本发明能对撒布情况实时记录：能够对当次/总计的物料消耗、撒布作业时间和里程进行实时记录。

5、本发明的控制系统精度较高，能够实现高效、节能地抛撒融雪剂。

6、本发明涉及了嵌入式控制技术、传感器技术、总线通讯技术等：结构架构简单，适合驾驶员驾驶时进行控制；控制系统安全稳定性好，且可以工作在下限温度为-40℃的低温环境下。工作控制器和CAN通讯总线的抗干扰性强，可保证系统的稳定和安全性；安装方便，不需要对原车进行改造。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明电动推杆的安装结构示意图。

图中：1、工作控制器，2、驾驶室控制器，3、液压阀块组，4、指示灯，5、液位传感器，6、测速开关，7、电源及通讯端口，8、车速传感器，9、电动推杆，10、物位传感器，11、接近开关，13、撒布盘外壳，14、撒布盘。

具体实施方式

下面将结合附图通过实例对本发明作进一步详细说明，但下述的实例仅仅是本发明其中的例子而已，并不代表本发明所限定的权利保护范围，本发明的权利保护范围以权利要求为准。

参见图1对本发明作进一步详细说明：

本发明中，工作控制器可采用PLC控制器，主要是将采集传感器检测的信号进行处理利用和对执行机构进行控制，驾驶室显示屏主要是发送控制信号到工作控制器中，工作控制器根据所接收的信号来对执行机构进行控制，二者通过CAN总线通讯，保证通讯的稳定性和准确性。以下是对系统的具体介绍：

液压阀块组2包括水泵电液比例阀、皮带轮电液比例阀和撒布盘电液比例阀，本系统的执行机构主要是液压阀块，液压阀块装有三个电液比例阀，分别控制传送皮带马达、撒布盘马达、预湿水泵马达。

测速开关6包括水泵转速测速开关、皮带轮转速测速开关和撒布盘转速测速开关，水泵转速测速开关、皮带轮转速测速开关和撒布盘转速测速开关分别安装在水泵电液比例阀、皮带轮电液比例阀和撒布盘电液比例阀处检测转速。

指示灯4包括工作报警灯、撒布照明灯和箭头灯。

工作报警灯、撒布照明灯、箭头灯和电动推杆9一起连接到工作控制器1的四个开关量输出口。

水泵转速测速开关、皮带轮转速测速开关、撒布盘转速测速开关和物位传感器10分别连接到工作控制器1的四个脉冲输入口。

工作控制器与驾驶室控制器之间采用CAN总线通讯，保证人机交互的稳定性。

检测皮带、撒布盘、预湿水泵转速的传感器为接近开关，随着转速的加快，接近开关单位时间内检测的脉冲数将增加。单位时间的脉冲数除以每圈产生脉冲数得到当前转速，这样就可以实时反馈当前马达转速。对于电液比例阀的控制，采用脉宽调制技术(PWM)，将设定的转速与当前反馈的转速作差，作为输入偏差，通过增量式PID闭环方法控制输出方波的占空比。且本工作控制器具有足够的驱动能力，无需放大板可直接驱动比例阀。

电动推杆带有电位计反馈，能够通过电位计的反馈来闭环控制推杆的伸出量，用于改变撒布方向。如图2所示，电动推杆9安装在撒布盘14侧后方，电动推杆9一端固定连接，另一端与撒布盘外壳13固定，撒布盘14通过快速旋转进行物料的撒布，撒布方向的调整由电动推杆通过万向节点连接撒布盘外壳13来实现，通过电动推杆9的伸缩来改变撒布盘外壳13开口的位置，改变物料的出口方向。

液位传感器，采用一体式投入液位计，实时检测当前的水位，将信号传给工作控制器，实时将水位信号传递到显示屏中显示。

物位传感器可采用三个非金属式接近开关，竖直方向等距分布，通过接近开关的开断，判断物料的高度，实时检测盐的物位信号，将信号传给工作控制器，并将物位信号传递到显示屏中显示。

工作控制器1带有一个CAN总线接口用于通讯和程序下载，工作控制器实时检测传感器信号并且实时与驾驶室控制器进行通讯。传感器对皮带马达、撒布盘马达、水泵马达的转速进行反馈，通过工作控制器对它们进行闭环控制。

当驾驶室控制器发出控制信号，工作控制器对液压阀块组和电动推杆进行闭环控制，进而控制执行机构；传感器检测的物位、水位信号也实时传入工作控制器中，然后经过换算发送至显示屏进行显示。

驾驶室控制器包括按键和显示屏，通过CAN总线接口与工作控制器相连，按键共8个键，左右各分布在显示屏两侧各4个按键，用于调节撒布机工作的控制参数，如：抛撒物料种类、报警灯、照明灯、箭头灯、撒布密度、撒布宽度、撒布方向等。通过显示屏可以对工作过程中的物位、水位进行实时检测，并可实时显示行驶里程以及物料的消耗量，同时显示屏还有故障和报警显示功能。

显示屏主要设有4个界面：工作界面、开关界面、参数界面和调试界面。驾驶员通过显示屏的操作，将命令信号传递给工作控制器，然后对执行机构进行控制。工作界面主要是对撒布密度、撒布宽度、撒布方向的调节；开关界面主要有箭头灯、警示灯、预湿开关、最大工作状态、模拟车速等开关量；参数界面主要有：模拟车速、车速下限、物料等进行选择；调试界面主要对皮带马达、水泵马达、撒布盘马达、车速的速度上限进行设置。

其中，皮带马达、撒布盘马达、预湿水泵马达的转速，都是通过控制液压阀块组相应电液比例阀的流量进行控制。液压阀块，主要包括控制皮带马达、撒布盘马达、预湿水泵马达的电液比例阀，皮带比例阀作用是调节皮带的转速，进而调节撒布密度；撒布盘比例阀作用是控制撒布盘转速，进而调节抛撒宽度；水泵比例阀的作用是根据预定的预湿比例，使盐与水进行混合。

本控制系统包括的传感器：液位传感器、物位传感器、测速开关、电动推杆内部电位计、接近开关。液位传感器输出4～20mA的模拟信号，量程是1m，即4mA代表0m，20mA代表1m，工作控制器对检测液位信号进行A/D转换，如检测模拟信号为20mA直接转换为20000代表1m，检测模拟信号为4mA直接转换为4000代表0m，当传感器信号经转换为X，那么(X-4000)/(20000-4000)就是当前的水位，然后传给按键屏显示。

本系统物位开关，是采用三个非金属式接近开关，三个接近开关按编号3、2、1，在竖直方向等距排布，料仓的物位高度为80cm，三个接近开关将物位分成4档，当三者都已经导通，工作控制器接收到三者导通信号，工作控制器通过三者信号的导通来控制按键屏的显示，当三者都导通，代表当前物位是80mm；随着物料被消耗，最上方的接近开关3最开始与物料分离，此时它断开，工作控制器接收到信号，代表当前物位是60mm；随着撒布工作的进行，物料将逐渐被消耗，接近开关2也将与物料分离，此时代表当前物位是40mm，物料已经被消耗一半；然后物料继续下降，使接近开关1与物料分离，此时代表当前的物位是20mm，物料仅剩1/4，这时驾驶司机就应该注意当前的物料，进行补充。测速开关用于检测皮带马达、撒布盘马达、水泵马达转速，公式为：单位时间内检测的脉冲数/每圈产生脉冲数＝当前转速，当前转速作为速度反馈，与设定转速作比较，然后将产生的偏差重新输入到PID计算，计算出控制比例阀的输出值。电动推杆的电位计检测的模拟信号为0～5V，电动推杆行程为100mm，工作控制器对推杆位置信号进行A/D转换，如检测模拟信号为1V直接转换为1000，当电位计信号经转换为Y，那么(Y/5000)*100就是当前推杆的伸出量，推杆的伸出量的不同将使物料进入撒布盘的位置不同，进而控制物料抛撒出去的方向。接近开关用于检测连接料仓到撒布盘的导料槽的锁紧情况，当接近开关导通时，代表导料槽已经被锁紧，保证撒布的正常进行。

本发明的基本工作过程如下：

首先上电初始化，上电之后延时1.5S，以保证各个传感器和执行机构准备就位；然后读取通过CAN总线所传递是信息，并且等待显示屏就位，控制信息由显示屏发出。然后进入自检环节，控制器的自检环节主要是检测电动推杆、皮带比例阀、撒布盘比例阀、预湿水泵比例阀以及灯光线路的检测，通过对错误代码的判断来检测某一处是否为开路，控制器将发出信息，传递到显示屏，显示屏根据当前信息，来显示诊断信息。

然后进入传感器的输入读取环节，控制器将对开关量、模拟量、频率输入信号，进行读取，并且将这些信号进行换算为控制器所用。然后是撒布参数的计算，根据所选物料和抛撒模式的不同，来计算各马达的转速，例如：皮带转速的计算公式为：皮带转速＝撒布密度×撒布宽度×当前车速/系数K(其中系数K只与抛撒的物料有关)。

然后是输出量的控制，输出量包括：开关量和模拟量，对于灯光和电动推杆为开关量控制，对于三个电液比例阀为模拟量控制采用PWM技术。

当改变撒布方向时，只需调节显示屏上按钮，发送信号到控制器。控制器以开关量控制电动推杆的伸缩，并由电位计反馈当前伸出量进行闭环控制。电动推杆控制物料进入撒布盘上的位置，进而控制物料被抛撒的方向。

当改变撒布密度、撒布方向时，同样通过调节显示屏上按钮，发出控制信号到控制器。控制器采用增量式PID方式通过电液比例阀对三个液压马达进行转速闭环控制。

本控制系统具有统计里程和物料消耗量的功能，可统计当次和总计的里程和撒布消耗量。且本控制系统将实时检测整机的运行状态，若当前车速大于最大车速，即发出报警信号，提示驾驶员进行操作。

由此，本发明实现了撒布机物位和水位信号的获取，高效合理地撒布操作，能模拟车速输入，进行车速报警，实时记录撒布情况，实现高效、节能地抛撒融雪剂，具有较高的稳定和安全性等技术效果。

Claims (10)

1.一种融雪剂撒布机控制系统，其特征在于：

包括经电源与通讯端口(7)与撒布机驾驶室控制器(2)连接并进行中央控制的工作控制器(1)；

包括液压阀块组(2)，液压阀块组(2)与工作控制器(1)的PWM信号输出口连接；

包括指示灯(4)，指示灯(4)与工作控制器(1)的开关量输出口连接；

包括检测撒布机行驶速度的车速传感器(8)，车速传感器(8)与工作控制器(1)的脉冲输入口连接；

包括检测液压阀块组(2)上转速的测速开关(6)，测速开关(6)与工作控制器(1)的脉冲输入口连接；

包括安装在撒布盘侧后方的电动推杆(9)，电动推杆(9)伸出推动撒布盘翻转，电动推杆(9)与工作控制器(1)的开关量输出口连接；

包括用于检测撒布机内盐箱物位容量的物位传感器(10)，物位传感器(10)与工作控制器(1)的开关量输入口连接；

包括用于检测撒布机内水箱水位的液位传感器(5)，液位传感器(5)与工作控制器(1)的模拟量输入口连接；

包括检测撒布盘上物料的接近开关(11)，接近开关(11)与工作控制器(1)的开关量输入口连接。

2.根据权利要求1所述的一种融雪剂撒布机控制系统，其特征在于：所述的液压阀块组(2)包括水泵电液比例阀、皮带轮电液比例阀和撒布盘电液比例阀。

3.根据权利要求2所述的一种融雪剂撒布机控制系统，其特征在于：所述的测速开关(6)包括水泵转速测速开关、皮带轮转速测速开关和撒布盘转速测速开关，水泵转速测速开关、皮带轮转速测速开关和撒布盘转速测速开关分别安装在水泵电液比例阀、皮带轮电液比例阀和撒布盘电液比例阀处检测转速。

4.根据权利要求2所述的一种融雪剂撒布机控制系统，其特征在于：所述的指示灯(4)包括工作报警灯、撒布照明灯和箭头灯。

5.根据权利要求2所述的一种融雪剂撒布机控制系统，其特征在于：所述的工作报警灯、撒布照明灯、箭头灯和电动推杆(9)一起连接到工作控制器(1)的四个开关量输出口。

6.根据权利要求2所述的一种融雪剂撒布机控制系统，其特征在于：所述的水泵转速测速开关、皮带轮转速测速开关、撒布盘转速测速开关和物位传感器(10)分别连接到工作控制器(1)的四个脉冲输入口。

7.根据权利要求1所述的一种融雪剂撒布机控制系统，其特征在于：所述的工作控制器与驾驶室控制器之间采用CAN总线通讯，保证人机交互的稳定性。

8.根据权利要求1所述的一种融雪剂撒布机控制系统，其特征在于：所述的测速开关(6)单位时间发出的脉冲数与所述的液压阀块组(2)连接的液压马达转速成正比。

9.根据权利要求1所述的一种融雪剂撒布机控制系统，其特征在于：所述的电动推杆带有电位计反馈，能够通过电位计的反馈来闭环控制推杆的伸出量。

10.根据权利要求1所述的一种融雪剂撒布机控制系统，其特征在于：所述的液位传感器，采用一体式投入液位计，实时将水位信号传递到按键屏中显示。