CN1580409A - 摊铺机智能控制系统 - Google Patents

Abstract

一种摊铺机智能控制系统，采用CAN总线的EPEC微电脑控制器及GRAF图文显示器对摊铺机进行监测和控制的系统。本系统可平滑稳定地实现摊铺机双履带的行驶、转向、前进、倒退等功能控制；可实现恒速摊铺行驶及超低速恒速控制；采用汉字显示直观明了；可设定、修改摊铺行驶速度和转弯半径并监测实际行驶速度和转弯半径；可以取代部分常规仪表监测发动机、整机运行参数；根据工作小时可以作出定期保养提示；可以对部分故障进行监测报警，包括水温超限、机油压力过低、部分线路断线等；可以现场标定、修改部分控制参数。同时系统还配备应急行驶系统，保证在自动系统故障时可改为手动行驶控制，从而不因自动系统故障而影响摊铺机的正常使用。

Description

摊铺机智能控制系统

技术领域

本发明属于工程机械摊铺机的控制系统，特别涉及一种摊铺机智能控制系统。它是采用基于CAN总线的EPEC微电脑控制器和GRAF图文显示器的摊铺机行驶控制、状态参数监测、采用汉字显示的装置和方法。

背景技术

摊铺机(沥青混凝土摊铺机、稳定土摊铺机、多功能摊铺机等)通常采用液压驱动行驶。其内燃机的动力，通过行驶液压泵到行驶液压马达，驱动摊铺机行驶机构(轮边减速机+履带系统/轮胎系统)，实现摊铺机各种行驶、转向、前进、倒退等功能。一般地，采用变量泵实现摊铺机行驶速度的无级变速，而由改变行驶液压马达排量或机械变速实现摊铺和非摊铺行驶挡的转换。摊铺机行驶控制视采用的液压系统不同可以有手动机械、先导液压、电动阀控制等方式，其中电动阀可与微电脑控制器结合，实现摊铺机行驶自动恒速控制。恒速摊铺对于提高作业质量具有重要的意义。但是，已有的一些应用微电脑控制器的摊铺机，通常其超低速(～1m/min)稳定性差，不能适应大负荷超低速作业需要；显示器多为英文界面，无采用汉字显示，对中国用户极不方便；同时，没有一些基本的摊铺机运行数据监测与故障诊断功能，亦没有在使用、保养等方面的给予明显提示。这样，为了解决上述实际存在的多个问题，导致了本发明的提出。

发明内容：

本发明目的是提供一种摊铺机智能控制系统，提高摊铺机控制性能尤其是超低速控制性能，开发摊铺机汉字显示系统及符合中国习惯的显示方式，提高国产摊铺机的总体技术水平。

本发明目的是这样实现的：

一种摊铺机智能控制系统，其特征在于，采用基于CAN总线的EPEC微电脑控制器及GRAF图文显示器对摊铺机进行监测和控制的系统，该系统包括：

硬件有：采用CAN总线的EPEC微电脑控制器；采用CAN总线的GRAF图文显示器；硬件有：采用CAN总线的EPEC微电脑控制器；采用CAN总线的GRAF图文显示器；在EPEC微电脑控制器上连接有参数设定元件包括：速度电位器、手柄电位器、转向电位器；还连接有控制模式转换元件包括：高速/低速开关、中位开关；还连接有测速反馈元件包括：左/右履带测速传感器)、还连接有状态参数监测元件包括：水温传感器、机油压力传感器，系统电压传感器)还连接有控制执行元件包括：右行驶泵前进/倒退电动阀。

软件有：含摊铺机行驶控制、整机参数监测、故障诊断、工作计时、参数标定、CAN总线通讯的EPEC微电脑控制器软件；含摊铺机设定、监测参数显示、故障报警、保养提示、参数标定、采用图片式汉字显示、CAN总线通讯的GRAF图文显示器软件。

系统软件主控制流程，其运行步骤和过程如下：

第一步：在控制器通电后，输入、输出端口及CAN总线进行初始化。

第二步：接着采样三个电位器的输入，并将三个电位器的输入进行数据处理。

第三步：判断是否进行参数标定，如果不需要标定参数，那么第二步中经过处理的数据就直接进入控制模式(见图3)，如果需要标定参数，就按照相应的标定条件(从CAN总线来)进行相应参数的标定。

第四步：将处理和标定后的输入进行组合，作为控制输入和控制模式的选择标准。

第五步：如果控制模式为低速，也就是摊铺行走，就进入闭环控制，对马达测速传感器的反馈输入和控制输入进行PID运算，PID运算输出的结果经过处理转换，得到所要的控制参量，经过D/A转换为PWM电流信号作为最终输出控制摊铺机的行走。如果控制模式为高速，也就是高速行走，就进入开环控制，控制输入经过处理转换，得到所要的控制参量，经过D/A转换为PWM电流信号作为最终输出控制摊铺机的行走。

第六步：利用三个电位器的输入和左右马达测速传感器的反馈输入计算出设定速度、实际速度、设定转弯半径和实际转弯半径，利用各个监测参量的输入计算出各个监测参量的实际值和实际状态。利用程序固定循环周期累计工作小时。

第七步：存储经过标定的参数和工作时间数据。

第八步：通过CAN总线接收显示器发来的标定条件和标定好的参数，发送监测参量给显示器进行实时显示和监测。

第九步：程序将返回并进行循环。本控制程序采用顺序执行方式。

系统主控制模式由高/低速、前进/倒退、直线/转向(左转/右转)组合确定。高/低速转换开关决定高速行驶或低速摊铺；手柄电位器的前后位置决定前进和倒退模式；转向电位器在中位为直线行驶，转向电位器左旋为左转向，右旋为右转向。

显示器的主流程。其运行步骤和过程如下：

第一步：在控制器通电后，系统初始化及CAN总线进行初始化。

第二步：通过CAN总线接收控制器的数据。

第三步：对接收的数据进行处理。

第四步：显示控制器检测到的一些重要状态参数，设定参数：设定速度、设定转向等；反馈参数：实际速度、实际转向等；常规状态参数：机油压力、发动机水温和发动机转速。

第五步：判断是否有报警量，如有则报警，主要包括常规报警：机油压力低、发动机水温高；故障报警：传感器故障、电器线路故障。

第六步：判断摊铺机工作时数是否到保养期，如果已经到保养期，则系统提示用户进行保养：液压油冷却器的清洗、发动机水滤器的更换、空气滤清器的更换。

第七步：判断是否进行参数标定，如果需要标定参数，首先输入密码，然后就按照相应的标定条件进行相应参数的标定；本系统采用软键盘的方式进行密码录入和随机循环密码保护方法；例如电位器的标定，首先由控制器的I/O把电位器值读入，然后通过CAN总线把数据传送给显示器，显示器接到数据后，进行一定的处理和显示，最终把标定好的数据通过CAN总线回传给控制器。再例如PID参数的标定，首先使用数字电位器输入合适的数值后，然后通过CAN总线传给控制器，

第八步：最后，将处理后的数据发送到CAN总线上。

本发明的优越性及技术效果：

1.平滑稳定地实现摊铺机行驶、转向、前进、倒退等各种功能控制；

2.实现恒速摊铺行驶及超低速恒速控制；

3.采用汉字显示直观明了；

4.设定、修改摊铺行驶速度和转弯半径并监测实际行驶速度和转弯半径；

5.可取代部分常规仪表监测发动机、整机运行参数，包括发动机水温、机油压力、系统电压、工作小时；

6.根据工作小时可以作出定期保养提示；

7.可以对部分故障进行监测报警，包括水温超限、机油压力过低、部分线路断线等；

8.本系统可以现场标定、修改部分控制参数；

9.配备应急行驶系统，保证在自动系统故障时可改为手动行驶控制，从而不因自动系统故障而影响摊铺机的正常使用。

附图说明

图1摊铺机智能控制系统框图

图2主控制流程图

图3主控制模式选择程序

图4显示器控制流程图

实施例

系统功能实现

本发明提供了一套摊铺机采用基于CAN总线的EPEC微电脑控制器和GRAF图文显示器的摊铺机行驶控制、状态参数监测、采用汉字显示的装置和方法。

该系统包括EPEC微电脑控制器、GRAF图文显示器、监测传感器、应急行驶电路和一些外围电路等硬件，同时还包括含摊铺机行驶控制、整机参数监测、故障诊断、工作计时、参数标定、CAN总线通讯的EPEC微电脑控制器软件，包括含摊铺机设定、监测参数显示、故障报警、保养提示、参数标定、采用图片式汉字显示、CAN总线通讯的GRAF图文显示器软件。

控制系统根据速度电位器、手柄电位器、转向电位器的给定信号，测速传感器的反馈信号，以及各种参数监测传感器信号，给出行驶变量泵电比例阀PWM控制信号，给出实时的摊铺机运行参数显示、报警/保养提示等。

其基本原理可以简述如下：

本系统智能化自动控制核心是一微电脑控制器，各种摊铺机指令信号(包括定电位器信号、开关量信号)和各种监测、反馈信号作为微电脑控制器输入量，通过控制器软件的识别、判断、逻辑运算，确定摊铺机行驶进入/不进入PID闭环控制运算，由此获得PWM控制信号，通过I/O端输出到相应的行驶泵电动阀，实现实时的行驶控制。

在摊铺作业工况，根据设定速度、反馈速度及转弯设定信号，微电脑控制器进行PID闭环控制运算，其经过调制的PWM输出信号控制行驶泵电动阀，确保摊铺机的恒速行驶要求。同时，根据各种监测信号，微电脑控制器可以实时运算得到摊铺机运行数据，监控摊铺机的报警，并通过CAN总线传递到显示器实时显示，使操作人员可以随时掌握摊铺机的运行状态，及时作出各种操作决策。

为了便于使用，还编制了通过显示器和控制器的现场标定程序以及使用、保养提示等。

为了便于使用，系统还预留了一定数量的I/O扩展口；采用CAN总线技术，随时可以增加基于CAN总线技术的应用器件、上位机等，为本系统的扩展升级打下良好的基础。

软件功能实现

系统软件主控制流程，其运行步骤和过程如下：

第一步：在控制器通电后，输入、输出端口及CAN总线进行初始化。

第二步：接着采样三个电位器的输入，并将三个电位器的输入进行数据处理。

第三步：判断是否进行参数标定，如果不需要标定参数，那么第二步中经过处理的数据就直接进入控制模式(见图3)，如果需要标定参数，就按照相应的标定条件(从CAN总线来)进行相应参数的标定。

第四步：将处理和标定后的输入进行组合，作为控制输入和控制模式的选择标准。

第五步：如果控制模式为低速，也就是摊铺行走，就进入闭环控制，对马达测速传感器的反馈输入和控制输入进行PID运算，PID运算输出的结果经过处理转换，得到所要的控制参量，经过D/A转换为PWM电流信号作为最终输出控制摊铺机的行走。如果控制模式为高速，也就是高速行走，就进入开环控制，控制输入经过处理转换，得到所要的控制参量，经过D/A转换为PWM电流信号作为最终输出控制摊铺机的行走。

第六步：利用三个电位器的输入和左右马达测速传感器的反馈输入计算出设定速度、实际速度、设定转弯半径和实际转弯半径，利用各个监测参量的输入计算出各个监测参量的实际值和实际状态。利用程序固定循环周期累计工作小时。

第七步：存储经过标定的参数和工作时间数据。

第八步：通过CAN总线接收显示器发来的标定条件和标定好的参数，发送监测参量给显示器进行实时显示和监测。

第九步：程序将返回并进行循环。本控制程序采用顺序执行方式。

系统主控制模式由高/低速、前进/倒退、直线/转向(左转/右转)组合确定。高/低速转换开关决定高速行驶或低速摊铺；手柄电位器的前后位置决定前进和倒退模式；转向电位器在中位为直线行驶，转向电位器左旋为左转向，右旋为右转向。

显示器的主流程。其运行步骤和过程如下：

第一步：在控制器通电后，系统初始化及CAN总线进行初始化。

第二步：通过CAN总线接收控制器的数据。

第三步：对接收的数据进行处理。

第四步：显示控制器检测到的一些重要状态参数，设定参数：设定速度、设定转向等；反馈参数：实际速度、实际转向等；常规状态参数：机油压力、发动机水温和发动机转速。

第五步：判断是否有报警量，如有则报警，主要包括常规报警：机油压力低、发动机水温高；故障报警：传感器故障、电器线路故障。

第六步：判断摊铺机工作时数是否到保养期，如果已经到保养期，则系统提示用户进行保养：液压油冷却器的清洗、发动机水滤器的更换、空气滤清器的更换。

第七步：判断是否进行参数标定，如果需要标定参数，首先输入密码，然后就按照相应的标定条件进行相应参数的标定；本系统采用软键盘的方式进行密码录入和随机循环密码保护方法；例如电位器的标定，首先由控制器的I/O把电位器值读入，然后通过CAN总线把数据传送给显示器，显示器接到数据后，进行一定的处理和显示，最终把标定好的数据通过CAN总线回传给控制器。再例如PID参数的标定，首先使用数字电位器输入合适的数值后，然后通过CAN总线传给控制器，

第八步：最后，将处理后的数据发送到CAN总线上。

Claims (3)

1、一种摊铺机智能控制系统，其特征在于，采用基于CAN总线的EPEC微电脑控制器及GRAF图文显示器对摊铺机进行监测和控制的系统，该系统包括：

硬件有：采用CAN总线的EPEC微电脑控制器；采用CAN总线的GRAF图文显示器；在EPEC微电脑控制器上连接有参数设定元件包括：速度电位器、手柄电位器、转向电位器；还连接有控制模式转换元件包括：高速/低速开关、中位开关；还连接有测速反馈元件包括：左/右履带测速传感器)、还连接有状态参数监测元件包括：水温传感器、机油压力传感器，系统电压传感器)还连接有控制执行元件包括：右行驶泵前进/倒退电动阀。

2、根据权利要求1所述的摊铺机智能控制系统，其特征在于，软件有：含摊铺机行驶控制、整机参数监测、故障诊断、工作计时、参数标定、CAN总线通讯的EPEC微电脑控制器软件；含摊铺机设定、监测参数显示、故障报警、保养提示、参数标定、采用图片式汉字显示、CAN总线通讯的GRAF图文显示器软件。

3、根据权利要求2所述的摊铺机智能控制系统，其特征在于，系统软件主控制流程如下：

第一步：在控制器通电后，输入、输出端口及CAN总线进行初始化。

第二步：接着采样三个电位器的输入，并将三个电位器的输入进行数据处理。

第三步：判断是否进行参数标定，如果不需要标定参数，那么第二步中经过处理的数据就直接进入控制模式(见图3)，如果需要标定参数，就按照相应的标定条件(从CAN总线来)进行相应参数的标定。

第四步：将处理和标定后的输入进行组合，作为控制输入和控制模式的选择标准。

第五步：如果控制模式为低速，也就是摊铺行走，就进入闭环控制，对马达测速传感器的反馈输入和控制输入进行PID运算，PID运算输出的结果经过处理转换，得到所要的控制参量，经过D/A转换为PWM电流信号作为最终输出控制摊铺机的行走。如果控制模式为高速，也就是高速行走，就进入开环控制，控制输入经过处理转换，得到所要的控制参量，经过D/A转换为PWM电流信号作为最终输出控制摊铺机的行走。

第六步：利用三个电位器的输入和左右马达测速传感器的反馈输入计算出设定速度、实际速度、设定转弯半径和实际转弯半径，利用各个监测参量的输入计算出各个监测参量的实际值和实际状态。利用程序固定循环周期累计工作小时。

第七步：存储经过标定的参数和工作时间数据。

第八步：通过CAN总线接收显示器发来的标定条件和标定好的参数，发送监测参量给显示器进行实时显示和监测。

第九步：程序将返回并进行循环。本控制程序采用顺序执行方式。

系统主控制模式由高/低速、前进/倒退、直线/转向(左转/右转)组合确定。高/低速转换开关决定高速行驶或低速摊铺；手柄电位器的前后位置决定前进和倒退模式；转向电位器在中位为直线行驶，转向电位器左旋为左转向，右旋为右转向。

显示器的主流程如下：

第一步：在控制器通电后，系统初始化及CAN总线进行初始化。

第二步：通过CAN总线接收控制器的数据。

第三步：对接收的数据进行处理。

第四步：显示控制器检测到的一些重要状态参数，设定参数：设定速度、设定转向等；反馈参数：实际速度、实际转向等；常规状态参数：机油压力、发动机水温和发动机转速。

第五步：判断是否有报警量，如有则报警，主要包括常规报警：机油压力低、发动机水温高；故障报警：传感器故障、电器线路故障。

第六步：判断摊铺机工作时数是否到保养期，如果已经到保养期，则系统提示用户进行保养：液压油冷却器的清洗、发动机水滤器的更换、空气滤清器的更换。

第七步：判断是否进行参数标定，如果需要标定参数，首先输入密码，然后就按照相应的标定条件进行相应参数的标定；本系统采用软键盘的方式进行密码录入和随机循环密码保护方法；例如电位器的标定，首先由控制器的I/O把电位器值读入，然后通过CAN总线把数据传送给显示器，显示器接到数据后，进行一定的处理和显示，最终把标定好的数据通过CAN总线回传给控制器。再例如PID参数的标定，首先使用数字电位器输入合适的数值后，然后通过CAN总线传给控制器，

第八步：最后，将处理后的数据发送到CAN总线上。

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