CN109474212B - 可移动式称重型货物转运车电机的控制装置和控制方法 - Google Patents

可移动式称重型货物转运车电机的控制装置和控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可移动式称重型货物转运车电机的控制装置和控制方法，所述的控制装置与设置在升降平台的电机相连，其特征在于：包括与电机相连的执行控制电路单元，用于电机的转速控制，还包括与执行控制电路单元相连的称重传感器、上限位开关、下限位开关；所述的执行控制电路单元根据所述的称重传感器输入的载重信息控制电机的启停；所述的执行控制电路单元根据所述的上限位开关或下限位开关输入的信号控制升降平台在垂直方向上的移动范围。实现对可移动式称重型货物转运车在规定一定高度行程内进行升降控制、限载，过流保护，提高了可移动式称重型货物转运车安全保护性能。

Description

可移动式称重型货物转运车电机的控制装置和控制方法
技术领域
本发明属于电机控制领域，具体涉及一种可移动式称重型货物转运车电机的控制装置和控制方法。
背景技术
现在国家大力匡扶新能源产业的发展，并明确提出了节能减排的目标，目前很多大型超市、大型商场、物流公司的转运平台均采用人力转运车或者柴油机叉车，采用人力转运车费时费力，移动不方便；柴油叉车存在噪音大，污染严重，效率低下等问题，所以现急需一种新型纯电动可移动式称重型转运车替代原来的柴油叉车和人力转运车，而目前市面上的电动转运车仍存在许多安全问题，比如：转运车受机械强度限制，转运车对承载货物的重量缺乏合理的把控，过载则会损坏转运车；货物在升降平台上通过链条传动上升或下降时，若上升过高货物容易掉落，下降过低则会触碰地面损坏平台；工作人员为节省时间一次性装载大量货物使电机长时间处于过流运行状态，电机缺乏过流保护，经常出现电机烧坏等现象，为此本发明提出一种可移动式称重型货物转运车电机的控制装置和控制方法。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种可移动式称重型货物转运车电机的控制装置和控制方法。
实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种可移动式称重型货物转运车电机的控制装置，所述的控制装置与设置在升降平台的电机相连，包括与电机相连的执行控制电路单元，用于电机的转速及方向控制，还包括与执行控制电路单元相连的称重传感器、上限位开关、下限位开关、货物高度位置测定传感器；
所述的执行控制电路单元根据所述的称重传感器输入的载重信息控制电机的启停；
所述的执行控制电路单元根据所述的上限位开关或下限位开关输入的信号控制升降平台在垂直方向上的移动范围。
作为本发明的进一步改进，还包括与执行控制电路单元相连的货物高度位置测定传感器，所述的货物高度位置测定传感器与称重传感器相互配合，控制升降平台的位置高度使得货物水平的在货架和货物转运车之间移动。
作为本发明的进一步改进，所述的执行控制电路单元包括微处理器电路、A/D采集电路和电机驱动电路，所述的A/D采集电路的输入端与称重传感器相连，与所述的微处理器电路通过I/O接口相连；所述的电机驱动电路通过I/O接口与所述的微处理器电路相连，所述的电机驱动电路的输出端与所述的电机相连。
作为本发明的进一步改进，所述的电机驱动电路包括4个MOS管构成的H桥驱动电路和两片半桥驱动芯相连，通过PWM脉宽调制技术和自举电容的充放电，完成对电机转速和旋转方向的控制。
作为本发明的进一步改进，所述的MOS管采用的是连续漏极电流最大110A的IRFP064N，所述的半桥驱动芯采用的是IR2104S芯片。
作为本发明的进一步改进，还包括与所述的微处理器电路相连的电流采集电路，当所述的电机达到最大转速时，微处理器电路采集电流信号超过设定阈值时对电机进行过流保护。
作为本发明的进一步改进，所述的微处理器采用的是STM32芯片，所述的电流采集电路采用HCS-LSP霍尔电流传感器，所述的A/D采集电路采用的为HX711电路。
作为本发明的进一步改进，所述的上限位开关或下限位开关的输出端与所述的微处理器电路相连，所述的上限位开关或下限位开关均采用的非接触式霍尔开关。
作为本发明的进一步改进，所述的称重传感器采用悬臂梁压力称重传感器。
一种可移动式称重型货物转运车电机的控制方法，包括：
过载保护控制，被配置为判定承载物的重量是否超过设定阈值控制电机的启停；
平台升降控制，被配置为根据所述平台升降在垂直升降过程中设定的最高或最低限位行程控制电机的转动方向；
平台高度控制，控制升降平台的位置高度，使得货物在同一水平面上完成货物的装载或卸载；
电机过流保护控制，结合PWM脉宽调制技术和定时功能，逐渐增加电机的转速占空比，并在电机转速达到最大值时对电流进行监控启动过流保护。
本发明的有益效果：本发明所设计的可移动式称重型货物转运车电机的控制装置，根据载重物重量的大小和升降平台所能达到的最高或最低限位行程对电机的开启和旋转方向进行控制，同时使电机启动采用软启动方式，减小带载运行时防止电流过载进行非正常保护出现，最终实现对可移动式称重型货物转运车在规定一定高度行程内进行升降控制、限载，过流保护，提高了可移动式称重型货物转运车安全保护性能，同时在装卸货物的同时，控制升降平台的高度，使得货物在同一水平面上完成装载，便于搬运人员搬运货物。
附图说明
图1为实施例的可移动式称重型货物转运车电机控制装置原理结构图；
图2为实施例的电机驱动电路原理结构图；
图3为实施例的电机转向逻辑控制电路原理结构图；
图4为实施例的A/D采集电路原理结构图；
图5为实施例的电流采集电路原理结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
如图1所示的可移动式称重型货物转运车电机的控制装置的原理结构图，所述的控制装置安装在与升降平台的电机上，包括与电机相连的执行控制电路单元，用于电机的转速控制，还包括与执行控制电路单元相连的称重传感器、上限位开关、下限位开关；所述的执行控制电路单元根据所述的称重传感器输入的载重信息控制电机的启停；所述的执行控制电路单元根据所述的上限位开关或下限位开关输入的信号控制电机的旋转方向。
具体的结构为，所述的执行控制电路单元包括微处理器电路、A/D采集电路和电机驱动电路，所述的A/D采集电路的输入端与称重传感器相连，与所述的微处理器电路通过I/O接口相连；所述的电机驱动电路通过I/O接口与所述的微处理器电路相连，所述的电机驱动电路的输出端与所述的电机相连，根据所述的微处理器电路对各种信息的处理控制电机的转动。
所述的装置除了包括以上对电机的保护性的控制外，还能够通过电机控制升降平台在垂直方向上的定位位置。通过与执行控制电路单元相连的货物高度位置测定传感器，所述的货物高度位置测定传感器与称重传感器相互配合，控制升降平台的位置高度使得货物水平的在货架和货物转运车之间移动。所述的高度位置测定传感器是设置在升降平台前端的超声波测距传感器，通过称重传感器感知转运车处于卸货还是载货的状态，在每一次重量变化后相应的降低或者太高升降平台的高度，每次移动的距离与货物的包装箱的高度相同，使得待转运的货物能够在同一水平面移动，方便搬运人员很容易的移动货物，尤其是体积较大，重量较大的货物，避免了在垂直方向上的做功所带来的伤害。
本发明的一种实施例中，所述的电机采用24V有刷直流电机，配有带自锁功能的减速齿轮组。
所述的微处理器采用的是STM32芯片，所述的A/D采集电路采用的为HX711电路。
所述的上限位开关或下限位开关的输出端与所述的微处理器电路相连，所述的上限位开关或下限位开关设置在平台所能达到的限位行程的位置，所述的上限位开关或下限位开关均采用的非接触式霍尔开关。
所述的称重传感器采用采用量程为300kg的悬臂梁压力称重传感器，灵敏度为2.0±0.1mV/V。
所述的电机驱动电路包括N沟道功率MOS管构成的H桥驱动电路和两片半桥驱动芯相连，所述的MOS管采用连续漏极电流最大110A的IRFP064N，能够满足开关动作快、驱动电流大的需求。所述的半桥驱动芯采用的是IR2104S芯片，该芯片内部是采用被动式泵荷升压原理，通过PWM脉宽调制技术和自举电容C21、C32的充放电，实现上、下桥臂MOS管交替导通，完成电机转速和正反转方向控制；电机转向逻辑控制采用如图3所示的SN74HC00D与非门电路。
还包括与所述的微处理器电路相连的电流采集电路，用于监控所电机达到最大转速时的电流的大小启动电机的电流保护模式。如图5所示，所述的电流采集电路采用HCS-LSP霍尔电流传感器；它是基于磁平衡式霍尔原理及闭环原理，当原边电流ip产生的磁通通过磁芯集中在磁路中，霍尔元件固定在气隙中检测磁通，通过绕在磁芯上的多匝线圈输出反向的补偿电流，用于抵消原边ip产生的磁通，使得磁路中磁通始终保持为零。经过电路的处理，传感器的输出端能够输出精确反映原边电流的电流变化。本发明采用的电流传感器的量程为50A，输出电压为2.5±2V。当原边电流为0A时输出电压为2.5V，随着正反方向电流的增大输出电压在2.5-4.5V，2.5-0.5V之间线性变化，输出电压的采集选用STM32微处理器，其内部有12位AD，由于STM32微处理器参考电压为3.3V，所以通过电阻分压电路使得采集电压在0.25-2.25之间线性变化。
所述的微处理电路还与报警显示电路单元相连，所述的报警显示电路单元包括报警电路、显示电路和状态指示电路。状态指示电路采用发光二极管，主要指示货物是处于超重状态还是正常运行状态。显示电路采用数码管显示，主要显示货物重量，电池容量。报警电路采用蜂鸣器，超重时蜂鸣器会发出持续的叫声。
如图1所示，所述的微处理电路通过与电源电路相连进行供电。所述的电源电路采用两组12Ah铅酸蓄电池串接给电机驱动电路供电，然后降压后给微处理器电路供电。还包括与所述的微处理电路相连的按键电路，所用按键电路采用4个复位开关，包括设定称重上限报警值的按键和去除皮重的按键。
一键去皮原理：由于货物转运车需要借助托盘来承载货物，因此若要获得货物的真实重量，需要除去托盘的重量，而生产工艺中无法保证每个托盘的重量相同，所以每辆货物转运车出厂前都需要进行去皮操作。分析称重传感器原理可知，其输出电压与重物的变化为正比例函数关系，即传感器输出变化斜率是固定的，并不会因为不同的皮重而改变，以此原理设计一键去皮算法。利用两个标准砝码标定传感器输出变化斜率K，假设第一个砝码重量为a Kg，对应AD值为w1，第二个砝码重量为b Kg，对应AD值为w2(b>a，w2>w1)，则K＝(w2-w1)/(b-a)，则毛皮对应的AD值为W：W＝w2-K*b。K确定后，若皮重发生变化，则只需要利用按键获取负载重量为零时的AD值W，即可获得毛皮重量M：M＝W/K。若装载货物后的AD值为W0，则实际货物重量为SW：SW＝W0/K-M，从而实现一键去皮功能。
使用以上的装置对称重型货物转运车上的电机进行控制主要包括：货物重量采集和过载保护、电机工作电流采集和过流保护、转运升降平台电机控制。具体的控制步骤为：接通电源电路后，首先对所用系统资源初始化，同时检测各个电路单元的连接运行状况是否正常，然后循环执行货物重量采集、电机运行电流采集、平台升降控制，数码管显示等函数。运行过程中，首先称重传感器检测到货物重量超过平台所能承载最大重物设定值时，则平台禁止升降。之后在后续升降过程中，平台达到上限位开关和下限位开关所设定的限位行程是，电机改变旋转方向，平台向相反方向移动。电机转动过程中，系统通过PWM脉宽调制技术，结合微处理器电路定时器功能，使转速控制占空比逐渐递增，实现电机缓启动，并在电机转速达到最大值时进行启动过流保护，当电机运转时的电流超过阈值上限时，微处理电路会断开电机连接的电源，同时通过报警显示电路单元发出报警。利用微处理器电路内部独立看门狗电路，避免控制工程异常情况下出现程序跑飞的现象，实现转运平台，稳定、安全、高效地运行。
本发明还包括通过货物高度位置测定传感器和称重模块控制升降平台的位置高度，使得货物在同一水平面上完成货物的装载或卸载。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种可移动式称重型货物转运车电机的控制装置，所述的控制装置与设置在升降平台的电机相连，其特征在于：包括与电机相连的执行控制电路单元，用于电机的转速及方向控制，还包括与执行控制电路单元相连的称重传感器、上限位开关、下限位开关、货物高度位置测定传感器；
所述的执行控制电路单元根据所述的称重传感器输入的载重信息控制电机的启停；
所述的执行控制电路单元根据所述的上限位开关或下限位开关输入的信号控制升降平台在垂直方向上的移动范围；
所述的货物高度位置测定传感器与执行控制电路单元相连，通过与称重传感器相互配合，控制升降平台的位置高度使得货物水平的在货架和货物转运车之间移动。
2.根据权利要求1所述的可移动式称重型货物转运车电机的控制装置，其特征在于：所述的执行控制电路单元包括微处理器电路、A/D采集电路和电机驱动电路，所述的A/D采集电路的输入端与称重传感器相连，与所述的微处理器电路通过I/O接口相连；所述的电机驱动电路通过I/O接口与所述的微处理器电路相连，所述的电机驱动电路的输出端与所述的电机相连。
3.根据权利要求2所述的可移动式称重型货物转运车电机的控制装置，其特征在于：所述的电机驱动电路包括4个MOS管构成的H桥驱动电路和两片半桥驱动芯相连，通过PWM脉宽调制技术和自举电容的充放电，完成对电机转速和旋转方向的控制。
4.根据权利要求3所述的可移动式称重型货物转运车电机的控制装置，其特征在于：所述的MOS管采用的是连续漏极电流最大110A的 IRFP064N，所述的半桥驱动芯采用的是IR2104S芯片。
5.根据权利要求3所述的可移动式称重型货物转运车电机的控制装置，其特征在于：还包括与所述的微处理器电路相连的电流采集电路，当所述的电机达到最大转速时，微处理器电路采集电流信号超过设定阈值时对电机进行过流保护。
6.根据权利要求5所述的可移动式称重型货物转运车电机的控制装置，其特征在于：所述的微处理器采用的是STM32芯片，所述的电流采集电路采用HCS-LSP霍尔电流传感器，所述的A/D采集电路采用的为HX711电路。
7.根据权利要求2所述的可移动式称重型货物转运车电机的控制装置，其特征在于：所述的上限位开关或下限位开关的输出端与所述的微处理器电路相连，所述的上限位开关或下限位开关均采用的非接触式霍尔开关。
8.根据权利要求1所述的可移动式称重型货物转运车电机的控制装置，其特征在于：所述的称重传感器采用悬臂梁压力称重传感器。
9.一种可移动式称重型货物转运车电机的控制方法，其特征在于：包括
过载保护控制，被配置为判定承载物的重量是否超过设定阈值控制电机的启停；
平台升降控制，被配置为根据所述平台升降在垂直升降过程中设定的最高或最低限位行程控制电机的转动方向；
平台高度控制，通过测量货物的高度，控制升降平台的位置高度，使得货物在同一水平面上完成货物的装载或卸载；
电机过流保护控制，结合PWM脉宽调制技术和定时功能，逐渐增加电机的转速占空比，并在电机转速达到最大值时对电流进行监控启动过流保护。
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