CN111847250A - 一种基于can总线的柴油机单轨吊电控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于CAN总线的柴油机单轨吊电控系统，包括电源箱、传感器、控制器输入信号单元、控制器输出控制单元和显示器。本发明的有益效果是：电控系统通过CAN总线的增加实现了机车数据包括各类状态参数、操作指令、故障报警数据等的分级、有效、可靠传输，同时优化了系统的硬件架构；电控系统的功能进行了模块化设计，并且在控制器主程序中这些模块化功能按优先级分别被执行，以更好的实现柴油机单轨吊的智能化及有效控制，这些进一步提高了机车的安全性，使用舒适性，降低维护成本。

Description

一种基于CAN总线的柴油机单轨吊电控系统

技术领域

本发明涉及一种电控系统，具体为一种基于CAN总线的柴油机单轨吊电控系统，属于矿山辅助运输技术领域。

背景技术

目前国内外已先后研制成功并定型生产了一些新型高效的柴油机煤矿辅助运输设备，如柴油机单轨吊、胶套轮齿轨卡轨车等。这些大型设备的运行是一种对多种信息采集、处理、控制、输出等操作的复杂过程。一方面，它们的电控系统往往使用传统的PLC控制，在结构和成本方面占据相当大的部分，设计功能简单、数据缺乏，造成了设备自动化智能化程度不高、使用舒适性较低、维护成本较高等问题；另一方面，而矿井下恶劣的工作环境要求这些设备的电控系统设计必须以确保人身和设备的安全为前提。

因此设计提高柴油机煤矿辅助设施的使用性能、安全性能的电控系统的重要性尤为突出。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决问题而提供一种基于CAN总线的柴油机单轨吊电控系统。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种基于CAN总线的柴油机单轨吊电控系统，包括电控系统，所述电控系统包括电源箱、传感器、控制器输入信号单元以及控制器输出控制单元，所述控制器输入信号单元包括信号采集器和操作台，所述控制器输出控制单元包括电磁铁、喇叭、车灯以及显示器，其中采集器、操作台、控制器和显示屏自带CAN通讯功能；

所述控制器输入信号单元的输入端连接有多个传感器，所述控制器输入信号单元的输出端连接有多个控制器输出控制单元，所述显示器的输入端与控制器输入信号单元的输出端进行连接，所述控制器输入信号单元以及控制器输出控制单元均通过电源箱进行供电；

作为本发明再进一步的方案：所述电源箱的防爆箱体内放置有控制器和安全电源，安全电源用于将非本安输入电源转换为系统其它电控设备所需的符合煤安标准的工作电源，通过CAN线网络的组建控制器接收来自采集器和操作台的数据，程序按照设计的模块化顺序处理后输出控制相应电控设备实现机车控制，显示器显示机车各类运行状态相关数据。

作为本发明再进一步的方案：所述控制器输入信号单元的信号采集器和操作台通过CAN线网络发送数据，控制器通过CAN总线接收数据并根据控制策略处理后控制控制器输出控制单元实现机车的控制，显示器进行数据显示和报警提示。

作为本发明再进一步的方案：所述CAN线网络以分级发送方式传输数据来提高关键数据发送的及时性，对正常级别的数据进行定时发送，对异常级别的数据进行触发发送。

作为本发明再进一步的方案：所述电控系统的程序功能进行了模块化设计，并且程序设计按优先级级别从高到低执行功能任务，程序中自检、故障处理、预警处理以及急停处理模块属于FaultHanding_Task，开机、工作模式分配、起吊以及驾驶模式模块属于Operating_Task。

作为本发明再进一步的方案：所述采集器全面采集各传感器的数值，数值处理后分类包括感器故障、正常数值以及数值超限报警发送至CAN线。

一种基于CAN总线的柴油机单轨吊电控系统的设计方法，其设计方法包括以下步骤：

步骤1、电源箱为防爆电源箱，箱内集有控制器和安全电源两个主要部件，可靠的实现安全防护主要部件作用，安全电源用于将非本质安全输入电压转换为本质安全输出电压；

步骤2、传感器全面采集动力系统、液压系统以及设备运行状态参数，包括各温度、液位、压力、速度、倾角以及甲烷浓度数据，并全部进入信号采集器。控制器输入信号单元信号采集器发送的数据分类为传感器故障、正常数值以及数值超限报警三类数据；

步骤3、控制器通过CAN总线接收来自于信号采集器以及操作台的控制器输入信号单元数据，并逻辑运算后输出控制控制器输出控制单元包括各电磁铁、喇叭、车灯，实现对机车的控制。显示器通过CAN总线接收数据包括传感器数值、操作指令以及各类报警数据并在监测数据画面上直观体现；

步骤4、CAN线网络以分级发送方式传输数据，以提高关键数据发送的及时性，同时降低总线的传输压力，避免出现拥堵现象；

步骤5、电控系统的功能划分为八个模块，包括自检、故障处理、预警处理、急停处理、开机、工作模式分配、起吊以及驾驶模式模块，并且这些功能按优先级分别被执行。

本发明的有益效果是：该基于CAN总线的柴油机单轨吊电控系统设计合理，电源箱内安置安全电源和控制器以完好的保护这两个系统主要非防爆部件，并且安全电源为电控系统的其它部件提供稳定的本质安全工作电源。传感器全面采集动力系统、液压系统以及设备运行状态参数，全面实时展现机车运行状态，且各传感器数值进入采集器后被以分类数据形式发送，简化了电气结构，提升了电控系统的应用水平。CAN总线中的数据设计进行分级发送，平衡了数据传输总线的传输压力。通过CAN网络的组建，控制器接收来自采集器的数值数据和操作台的操作指令，逻辑处理后输出控制喇叭、灯和各阀实现机车控制，同时通过显示器实时显示机车系统数据。进一步，程序功能模块化设计完美的实现了机车的控制逻辑，这些都提高了机车的自动化和智能化控制程度。

附图说明

图1为本发明系统组成示意图；

图2为本发明系统流程示意图。

图中：1、电源箱，2、传感器，3、控制器输入信号单元，4、控制器输出控制单元和5、显示器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1～2，一种基于CAN总线的柴油机单轨吊电控系统，包括电控系统，其特征在于，所述电控系统包括电源箱1、传感器2、控制器输入信号单元3以及控制器输出控制单元4，所述控制器输入信号单元3包括信号采集器和操作台，所述控制器输出控制单元4包括电磁铁、喇叭、车灯以及显示器5，其中采集器、操作台、控制器和显示屏自带CAN通讯功能；

所述控制器输入信号单元3的输入端连接有多个传感器2，所述控制器输入信号单元3的输出端连接有多个控制器输出控制单元4，所述显示器5的输入端与控制器输入信号单元3的输出端进行连接，所述控制器输入信号单元3以及控制器输出控制单元4均通过电源箱1进行供电。

进一步的，在本发明实施例中，所述电源箱1的防爆箱体内放置有控制器和安全电源，由安全电源进行非本安电源与本安电源的转化以为其它电控系统部件提供可靠的符合标准的工作电源，符合煤安标准要求，起到可靠的保护作用。

进一步的，在本发明实施例中，所述控制器输入信号单元3的信号采集器和操作台通过CAN线网络发送数据，控制器通过CAN总线接收数据并根据控制策略处理后控制控制器输出控制单元4实现机车的控制，显示器5进行数据显示和报警提示，传感器2的数值统一进入控制器信号输入单元3采集器后由采集器内部进行分类处理后以感器故障、正常数值以及数值超限报警三类数据通过采集器自带的的CAN通讯功能发送至CAN1线，控制器信号输入单元3机车操作指令以数据形式通过操作台内自带的CAN功能发送至CAN2 线。

进一步的，在本发明实施例中，所述CAN线网络以分级发送方式传输数据来提高关键数据发送的及时性，对正常级别的数据进行定时发送，对异常级别的数据进行触发发送。这提高了关键数据发送的及时性，并且降低了总线的传输压力，避免出现拥堵现象，同时降低总线的传输压力，避免出现拥堵现象。

进一步的，在本发明实施例中，控制器通过CAN线接收来自CAN1和CAN2 的数据，程序处理后相应控制控制器输出控制单元4，实现机车控制。显示器5接收来自CAN线的数据进行对机车运行状态和参数以及相关报警信息的显示。

进一步的，在本发明实施例中，所述电控系统的功能进行了模块化设计，并且在程序中这些功能按优先级分别被执行。电控系统的功能划分为八个模块，包括自检、故障处理、预警处理、急停处理、开机、工作模式分配、起吊以及驾驶模式模块。程序中自检、故障处理、预警处理以及急停处理属于FaultHanding_Task，开机、工作模式分配、起吊以及驾驶模式属于 Operating_Task。程序设计按优先级级别从高到低执行任务，任务的优先级别数值越小代表的优先级别越高，更好的控制机车运行。

一种基于CAN总线的柴油机单轨吊电控系统的设计方法，其设计方法包括以下步骤：

步骤1、电源箱1为防爆电源箱，箱内集有控制器和安全电源两个主要部件，可靠的实现安全防护主要部件作用，安全电源用于将非本质安全输入电压转换为本质安全输出电压；

步骤2、传感器2全面采集动力系统、液压系统以及设备运行状态参数，包括各温度、液位、压力、速度、倾角以及甲烷浓度数据，并全部进入信号采集器。控制器输入信号单元3信号采集器发送的数据分类为传感器故障、正常数值以及数值超限报警三类数据；

步骤3、控制器通过CAN总线接收来自于信号采集器以及操作台的控制器输入信号单元3数据，并逻辑运算后输出控制控制器输出控制单元4包括各电磁铁、喇叭、车灯，实现对机车的控制。显示器5通过CAN总线接收数据包括传感器数值、操作指令以及各类报警数据并在监测数据画面上直观体现；

步骤4、CAN线网络以分级发送方式传输数据，以提高关键数据发送的及时性，同时降低总线的传输压力，避免出现拥堵现象；

步骤5、电控系统的功能划分为八个模块，包括自检、故障处理、预警处理、急停处理、开机、工作模式分配、起吊以及驾驶模式模块，并且这些功能按优先级分别被执行。

工作原理：在使用该基于CAN总线的柴油机单轨吊电控系统时，电控系统通过CAN总线的增加实现了机车数据包括各类状态参数、操作指令、故障报警数据等的分级、有效、可靠传输，同时优化了系统的硬件架构；电控系统的功能进行了模块化设计，并且在控制器主程序中这些模块化功能按优先级分别被执行，以更好的实现柴油机单轨吊的智能化及有效控制，这些进一步提高了机车的安全性，使用舒适性，降低维护成本。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种基于CAN总线的柴油机单轨吊电控系统，包括电控系统，其特征在于，所述电控系统包括电源箱（1）、传感器（2）、控制器输入信号单元（3）以及控制器输出控制单元（4），所述控制器输入信号单元（3）包括信号采集器和操作台，所述控制器输出控制单元（4）包括电磁铁、喇叭、车灯以及显示器（5），其中采集器、操作台、控制器和显示屏自带CAN通讯功能；

所述控制器输入信号单元（3）的输入端连接有多个传感器（2），所述控制器输入信号单元（3）的输出端连接有多个控制器输出控制单元（4），所述显示器（5）的输入端与控制器输入信号单元（3）的输出端进行连接，所述控制器输入信号单元（3）以及控制器输出控制单元（4）均通过电源箱（1）进行供电。

2.根据权利要求1所述的一种基于CAN总线的柴油机单轨吊电控系统，其特征在于，所述电源箱（1）的防爆箱体内放置有控制器和安全电源。

3.根据权利要求1所述的一种基于CAN总线的柴油机单轨吊电控系统，其特征在于，所述控制器输入信号单元（3）的信号采集器和操作台通过CAN线网络发送数据，控制器通过CAN总线接收数据并根据控制策略处理后控制控制器输出控制单元（4）实现机车的控制，显示器（5）进行数据显示和报警提示。

4.根据权利要求3所述的一种基于CAN总线的柴油机单轨吊电控系统，其特征在于，所述CAN线网络以分级发送方式传输数据来提高关键数据发送的及时性，同时降低总线的传输压力，避免出现拥堵现象。

5.根据权利要求1或3所述的一种基于CAN总线的柴油机单轨吊电控系统，其特征在于，所述电控系统的程序功能进行了模块化设计，并且程序设计按优先级级别从高到低执行功能任务。

6.一种基于权利要求1所述的一种基于CAN总线的柴油机单轨吊电控系统的设计方法，其特征在于，其设计方法包括以下步骤：

步骤1、电源箱（1）为防爆电源箱，箱内集有控制器和安全电源两个主要部件，可靠的实现安全防护主要部件作用，安全电源用于将非本质安全输入电压转换为本质安全输出电压；

步骤2、传感器（2）全面采集动力系统、液压系统以及设备运行状态参数，包括各温度、液位、压力、速度、倾角以及甲烷浓度数据，并全部进入信号采集器，控制器输入信号单元（3）信号采集器发送的数据分类为传感器故障、正常数值以及数值超限报警三类数据；

步骤3、控制器通过CAN总线接收来自于信号采集器以及操作台的控制器输入信号单元（3）数据，并逻辑运算后输出控制控制器输出控制单元（4）包括各电磁铁、喇叭、车灯，实现对机车的控制，显示器（5）通过CAN总线接收数据包括传感器数值、操作指令以及各类报警数据并在监测数据画面上直观体现；

步骤4、CAN线网络以分级发送方式传输数据，以提高关键数据发送的及时性，同时降低总线的传输压力，避免出现拥堵现象；

步骤5、电控系统的功能划分为八个模块，包括自检、故障处理、预警处理、急停处理、开机、工作模式分配、起吊以及驾驶模式模块，并且这些功能按优先级分别被执行。

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