CN116985645A - 一种用于电动叉车控制器电机速度控制的安全方法 - Google Patents

一种用于电动叉车控制器电机速度控制的安全方法 Download PDF

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CN116985645A CN202310911783.8A CN202310911783A CN116985645A CN 116985645 A CN116985645 A CN 116985645A CN 202310911783 A CN202310911783 A CN 202310911783A CN 116985645 A CN116985645 A CN 116985645A
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    • B60L15/00—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
    • B60L15/20—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles for control of the vehicle or its driving motor to achieve a desired performance, e.g. speed, torque, programmed variation of speed
    • B60L15/28—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles for control of the vehicle or its driving motor to achieve a desired performance, e.g. speed, torque, programmed variation of speed without contact making and breaking, e.g. using a transductor
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Abstract

本发明涉及一种用于电动叉车控制器电机速度控制的安全方法，包括：对控制器通电后，主MCU和从MCU之间相互检测并实时发送给对方，获得检测结果；检验检测结果是否合格，不合格时主MCU和从MCU切断输出；合格时输入单元对主MCU和从MCU输入数据并通过反馈单元进行数据采集；通过数据采集进行校验，获得校验结果；通过校验结果，主MCU和从MCU打开或关闭电机驱动输出单元。本发明实现了当MCU出现故障或者反馈模块出现故障后，及时的检测到故障，及时的关断驱动输出。

Description

一种用于电动叉车控制器电机速度控制的安全方法
技术领域
本发明涉及电动叉车技术领域，尤其是指一种用于电动叉车控制器电机速度控制的安全方法。
背景技术
电动叉车是一种广泛应用于仓储和物流行业的工业设备，用于搬运和堆放货物。其中一个关键组件是电动叉车控制器，它控制电机的运行以实现叉车的移动和操作。由于叉车在操作过程中需要应对各种情况，如急停、急转弯、载荷变化等工况存在一些潜在的安全风险，尤其是电机速度的控制。因此，电机控制器的安全和速度控制是叉车系统关注的重要因素。
目前采用的技术是通过外部CAN信号或硬线连接输入加速指令，MCU得到对应指令后发出PWM波，经过驱动模块放大后，驱动电机运行。其中霍尔传感器用来反馈当前的电机转速，当转速超过控制器设定的转速时通过减小PWM波的占空比来减小速度，同时反馈给MCU驱动输出电流，通过电流大小变化的调整来稳定电机的转速和操作。然而当MCU出现故障或者反馈模块出现故障后，无法及时的检测到故障，不能及时的关断驱动输出，存在安全隐患。因此，安全设计方法在电动叉车控制器中的应用变得至关重要。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中当MCU出现故障或者反馈模块出现故障后，无法及时的检测到故障，不能及时的关断驱动输出。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于电动叉车控制器电机速度控制的安全方法，包括：
对所述控制器通电后，主MCU和从MCU之间相互检测并实时发送给对方，获得检测结果；
检验所述检测结果是否合格，不合格时所述主MCU和从MCU切断输出；合格时输入单元对所述主MCU和所述从MCU输入数据并通过反馈单元进行数据采集；
通过所述数据采集进行校验，获得校验结果；
通过所述校验结果，所述主MCU和所述从MCU打开或关闭电机驱动输出单元。
在本发明的一个实施例中，所述对所述控制器通电后，主MCU和从MCU之间相互检测并实时发送给对方，获得检测结果；
对所述控制器进行通电；
通电后，所述主MCU和所述从MCU之间相互并实时发出喂狗信号；
通过所述喂狗信号，所述主MCU和所述从MCU之间相互检测对方的喂狗信号，获得检测结果。
在本发明的一个实施例中，所述检测结果，包括：
当所述主MCU多次未检测到所述从MCU的喂狗信号时：
所述主MCU发出告警信息，并切断输出；
当所述从MCU多次未检测到所述主MCU的喂狗信号时：
所述从MCU发出告警信息，并切断输出；
当所述主MCU和所述从MCU均多次未收到喂狗信号时：
所述主MCU和所述从MCU均不输出；
当所述主MCU和所述从MCU均收到喂狗信号时：
输入单元对所述主MCU和所述从MCU输入数据并通过反馈单元进行数据采集。
在本发明的一个实施例中，所述反馈单元包括霍尔速度反馈单元和驱动电流反馈单元；
所述霍尔速度反馈单元采集所述电动叉车速度；
所述霍尔电流反馈单元采集所述电动叉车电流。
在本发明的一个实施例中，所述合格时输入单元对所述主MCU和所述从MCU输入数据并通过反馈单元进行数据采集，包括：
所述输入单元对所述主MCU和所述从MCU输入加速信号；
通过所述加速信号，所述霍尔速度反馈单元和所述霍尔电流反馈单元通过所述主MCU和所述从MCU的ADC分别采集速度和电流数据。
在本发明的一个实施例中，所述通过所述数据采集进行校验，获得校验结果，包括：
通过所述数据采集分别实时发送至所述主MCU和所述从MCU；
所述主MCU和所述从MCU通过串口进行互相校验；
获得校验结果。
在本发明的一个实施例中，所述校验结果，包括：
当所述主MCU和所述从MCU校验结果多次不一致时：
所述主MCU和所述从MCU均发出告警信号并切断输出；
当所述主MCU和所述从MCU校验结果一致时：
所述主MCU和所述从MCU打开电机驱动输出单元。
在本发明的一个实施例中，所述主MCU和所述从MCU打开电机驱动输出单元，包括：
所述校验结果一致时，所述主MCU和所述从MCU同时对使能控制单元输出开关信号；
通过所述开关信号，所述使能控制单元打开驱动电源控制单元，电机驱动输出单元运行。
在本发明的一个实施例中，所述使能控制单元打开驱动电源控制单元，电机驱动输出单元运行，包括：
通过打开驱动电源控制单元，同时所述主MCU向所述电机驱动输出单元发出对应的PWM波驱动信号；
通过所述PWM波驱动信号，电机驱动输出单元运行。
在本发明的一个实施例中，所述输入单元，包括：
CAN信号输入或硬线输入单元。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
1、本发明所述的一种用于电动叉车控制器电机速度控制的安全方法，包括：对控制器通电后，主MCU和从MCU之间相互检测并实时发送给对方，获得检测结果；检验检测结果是否合格，不合格时主MCU和从MCU切断输出；合格时输入单元对主MCU和从MCU输入数据并通过反馈单元进行数据采集；通过数据采集进行校验，获得校验结果；通过校验结果，主MCU和从MCU打开或关闭电机驱动输出单元。本发明实现了当MCU出现故障或者反馈模块出现故障后，及时的检测到故障，及时的关断驱动输出。
2、本发明采用了冗余输入输出控制的电路架构。
3、当主从MCU都接收到外部的CAN信号或硬线连接输入的速度指令后，主从MCU对输入数据进行校验，当速度信号一致时，主从MCU打开驱动输出使能通道和驱动模块的电源，同时主MCU发出对应的PWM波驱动信号，经过驱动模块放大后驱动电机运行，此时冗余模块起到数据监控的作用，不影响主MCU模块对电机速度的控制。
4、当主MCU的输入模块出现故障时，从MCU可以监控到输入的数据，经过主从MCU的数据校验后，控制器报警并关闭驱动输出。
5、当主MCU单元损坏后，从MCU可以独立关断驱动输出。
6、同时驱动的输出关断采用了差异化的关断方式，当出现低级别的报警信号时，采用关闭PWM波的方式来关闭驱动输出，当出现高级别报警信号时，采用直接断开驱动模块电源的方式来关闭驱动输出。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明的用于电动叉车控制器电机速度控制的安全方法的方法图；
图2是本发明的用于电动叉车控制器电机速度控制的安全方法的流程图；
图3是本发明的用于电动叉车控制器电机速度控制的安全方法的信号输出图；
图4是本发明的主MCU和从MCU的相互检测图；
图5是本发明的反馈模块出现故障图；
图6是本发明的主MCU发生故障图；
图7是本发明的两种驱动的关断方式的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例1
参照图1所示，本发明的本发明提供了一种用于电动叉车控制器电机速度控制的安全方法，包括：
对控制器通电后，主MCU(单片微型计算机)和从MCU之间相互检测并实时发送给对方，获得检测结果；
检验检测结果是否合格，不合格时主MCU和从MCU切断输出；合格时输入单元对主MCU和从MCU输入数据并通过反馈单元进行数据采集；
通过数据采集进行校验，获得校验结果；
通过校验结果，主MCU和从MCU打开或关闭电机驱动输出单元。
对控制器通电后，主MCU和从MCU之间相互检测并实时发送给对方，获得检测结果；
对控制器进行通电；
通电后，主MCU和从MCU之间相互并实时发出喂狗信号；
通过喂狗信号，主MCU和从MCU之间相互检测对方的喂狗信号，获得检测结果。
检测结果，包括：
当主MCU多次未检测到从MCU的喂狗信号时：
主MCU发出告警信息，并切断输出；
当从MCU多次未检测到主MCU的喂狗信号时：
从MCU发出告警信息，并切断输出；
当主MCU和从MCU均多次未收到喂狗信号时：
主MCU和从MCU均不输出；
当主MCU和从MCU均收到喂狗信号时：
输入单元对主MCU和从MCU输入数据并通过反馈单元进行数据采集。
反馈单元包括霍尔速度反馈单元和驱动电流反馈单元；
霍尔速度反馈单元采集电动叉车速度；
霍尔电流反馈单元采集电动叉车电流。
合格时输入单元对主MCU和从MCU输入数据并通过反馈单元进行数据采集，包括：
输入单元对主MCU和从MCU输入加速信号；
通过加速信号，霍尔速度反馈单元和霍尔电流反馈单元通过所述主MCU和所述从MCU的ADC(模拟数字转换器)分别采集速度和电流数据。
通过数据采集进行校验，获得校验结果，包括：
通过数据采集分别实时发送至主MCU和从MCU；
主MCU和从MCU通过串口进行互相校验；
获得校验结果。
校验结果，包括：
当主MCU和从MCU校验结果多次不一致时：
主MCU和从MCU均发出告警信号并切断输出；
当主MCU和从MCU校验结果一致时：
主MCU和从MCU打开电机驱动输出单元。
主MCU和从MCU打开电机驱动输出单元，包括：
校验结果一致时，主MCU和从MCU同时对使能控制单元输出开关信号；
通过开关信号，使能控制单元打开驱动电源控制单元，电机驱动输出单元运行。
使能控制单元打开驱动电源控制单元，电机驱动输出单元运行，包括：
通过打开驱动电源控制单元，同时主MCU向电机驱动输出单元发出对应的PWM(脉冲宽度调制)波驱动信号；
通过PWM波驱动信号，电机驱动输出单元运行。
输入单元，包括：
CAN(控制器局域网总线)信号输入或硬线输入单元。
实施例2
参照图2所示。本发明提供了一种电机速度控制的安全设计方法，包括：冗余的输入通道，冗余的输出控制，主从MCU间的数据通信，主从MCU间的看门狗信号相互检测。
通过上述冗余结构，可以对电机速度控制中出现的安全隐患进行检测和独立关断驱动输出，减少潜在的安全风险，并确保在发生意外情况时能够保护操作人员和周围环境的安全。当主MCU的速度或电流反馈回路出现故障时，从MCU进行数据判断后，控制器报警并关闭驱动信号的输出。当从MCU不能检测到主MCU的看门狗信号时，则从MCU独立关闭驱动输出并报警。为了避免关闭驱动输出时电机骤停的危害，采用了2种驱动的关断方式。当出现低级别的报警信号时，采用关闭PWM波的方式来关闭，当出现高级别危险报警信号时，驱动才采用断开驱动电源的方式。
工作原理：通过CAN信号或者硬线连接输入加速命令给主从MCU单元，主从MCU对输入加速信号通过串口进行传输并校验，当数据校验一致时，主从MCU单元输出使能信号给使能控制单元打开驱动使能开关，同时主从MCU单元输出开关信号给驱动电源控制单元打开驱动电源，同时主MCU发出对应的PWM波驱动信号，经过驱动模块放大后驱动电机运行。主从MCU单元上电后一直相互喂狗并检测对方的喂狗信号，当检测不到对方喂狗信号时，则判断为对方模块出现故障并报警停止驱动输出。其中冗余模块的作用是数据监控和独立关断驱动输出，不影响主MCU单元对电机速度的控制。
本发明提供了一种电动叉车控制器的电机速度控制的安全设计方法，该方法提高了控制器的电机速度控制的可靠性和安全性，对功能安全有要求的应用场合和电路设计提供了指导方法。
同时提高了电动叉车操作员的安全性，通过主从MCU单元对输入反馈的数据进行相互校验，保证了叉车的行驶速度一直控制在阈值范围内，从而减少了失速引起的意外碰撞和伤害风险。
实施例3
一种电动叉车控制器的电机速度控制的安全设计方法，所述的模块部件和控制流有；
模块包括有：冗余的输入通道，冗余的输出控制，主从MCU间的数据通信，主从MCU间的看门狗信号相互检测。
1、控制器上电后主从MCU自检，同时检测对方的喂狗信号，当检测不到对方喂狗信号时，则判断为对方模块出现故障并报警自检失败。
2、参照图3所示，自检成功后，通过外部CAN信号或者硬线连接输入加速命令给主从MCU单元，主从MCU对输入加速信号通过串口进行传输并校验，当数据校验一致时，主从MCU单元输出使能信号给使能控制单元打开驱动使能开关，同时主从MCU单元输出开关信号给驱动电源控制单元打开驱动电源，同时主MCU发出对应的PWM波驱动信号，经过驱动模块放大后驱动电机运行。
3、参照图4所示，正常工作时，主从MCU单元会实时给对方MCU发生4KHZ方波信号进行喂狗，当多次检测不到对方喂狗信号时，则判断对方MCU模块出现故障并报警停止驱动输出。
4、参照图5所示，当主MCU的CAN信号输入、霍尔速度或电流反馈回路出现故障时，主从MCU进行数据校验判断后，控制器报警并关闭驱动信号的输出。
5、参照图6所示，当主MCU的出现故障时，从MCU发出报警信号并独立关闭驱动信号的输出。
6、参照图7所示，采用了2种驱动的关断方式。当出现低级别的报警信号时，采用关闭PWM波的方式来关闭驱动输出，保证了关闭电机的稳定性和舒适性；当出现高级别危险报警信号时，驱动才采用断开驱动电源的方式关闭。
7、通过输入反馈的速度和电流信号给主从MCU单元进行相互校验，使其电机速度一直在可控制的阈值内，从而减少了失速引起的意外碰撞和伤害风险。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种用于电动叉车控制器电机速度控制的安全方法，其特征在于，包括：
对所述控制器通电后，主MCU和从MCU之间相互检测并实时发送给对方，获得检测结果；
检验所述检测结果是否合格，不合格时所述主MCU和所述从MCU切断输出；合格时输入单元对所述主MCU和所述从MCU输入数据并通过反馈单元进行数据采集；
通过所述数据采集进行校验，获得校验结果；
通过所述校验结果，所述主MCU和所述从MCU打开或关闭电机驱动输出单元。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述控制器通电后，主MCU和从MCU之间相互检测并实时发送给对方，获得检测结果；
对所述控制器进行通电；
通电后，所述主MCU和所述从MCU之间相互并实时发出喂狗信号；
通过所述喂狗信号，所述主MCU和所述从MCU之间相互检测对方的喂狗信号，获得检测结果。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述检测结果，包括：
当所述主MCU多次未检测到所述从MCU的喂狗信号时：
所述主MCU发出告警信息，并切断输出；
当所述从MCU多次未检测到所述主MCU的喂狗信号时：
所述从MCU发出告警信息，并切断输出；
当所述主MCU和所述从MCU均多次未收到喂狗信号时：
所述主MCU和所述从MCU均不输出；
当所述主MCU和所述从MCU均收到喂狗信号时：
输入单元对所述主MCU和所述从MCU输入数据并通过反馈单元进行数据采集。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反馈单元，包括霍尔速度反馈单元和驱动电流反馈单元；
所述霍尔速度反馈单元采集所述电动叉车速度；
所述霍尔电流反馈单元采集所述电动叉车电流。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述合格时输入单元对所述主MCU和所述从MCU输入数据并通过反馈单元进行数据采集，包括：
所述输入单元对所述主MCU和所述从MCU输入加速信号；
通过所述加速信号，所述霍尔速度反馈单元和所述霍尔电流反馈单元通过所述主MCU和所述从MCU的ADC分别采集速度和电流数据。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过所述数据采集进行校验，获得校验结果，包括：
通过所述数据采集分别实时发送至所述主MCU和所述从MCU；
所述主MCU和所述从MCU通过串口进行互相校验；
获得校验结果。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述校验结果，包括：
当所述主MCU和所述从MCU校验结果多次不一致时：
所述主MCU和所述从MCU均发出告警信号并切断输出；
当所述主MCU和所述从MCU校验结果一致时：
所述主MCU和所述从MCU打开电机驱动输出单元。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述主MCU和所述从MCU打开电机驱动输出单元，包括：
所述校验结果一致时，所述主MCU和所述从MCU同时对使能控制单元输出开关信号；
通过所述开关信号，所述使能控制单元打开驱动电源控制单元，电机驱动输出单元运行。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述使能控制单元打开驱动电源控制单元，电机驱动输出单元运行，包括：
通过打开驱动电源控制单元，同时所述主MCU向所述电机驱动输出单元发出对应的PWM波驱动信号；
通过所述PWM波驱动信号，电机驱动输出单元运行。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述输入单元，包括：
CAN信号输入或硬线输入单元。
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