CN211078217U - 吊管机安全作业控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种吊管机安全作业控制系统，将控制器、力矩限制器、控制显示仪表、发动机ECU作为CAN总线上的各个节点，共同组成CAN网络，进行通讯和数据交互，吊钩状态监测传感器连接至力矩限制器上，将采集的状态信号传给力矩限制器，控制器上连接有手油门和行走速度传感器，油门踏板直接连接至发动机ECU上，调节发动机的转速，控制仪表上连接有报警灯和蜂鸣器，更好地提醒驾驶人员目前的工作状态给驾驶人员以感官的提醒。本实用新型的有益效果：可实现对吊管机静止吊重和行走吊重状态的区分和对不同状态下发动机的输出转速的实时控制，通过报警提示和对行走状态下发动机转速和行走速度的控制，从根本上能够避免以前车辆出现的各种安全隐患和问题。

Description

吊管机安全作业控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种吊管机安全作业控制系统，属于工程机械安全控制技术领域。

背景技术

吊管机作为一款结构紧凑、行走灵活的履带式起重机械，广泛应用于石油、天然气管道建设作业。由于其特殊的工况和用途，在作业过程中有时需要在静止状态下进行吊重作业，有时又需要进行重物的转移，完成行走吊重，然而，现有的吊管机均没有对两者不同的工作状态进行区分，并且没有对发动机转速和车辆行走速度进行限制，机器在进行行走吊重过程中的发动机转速和行走速度的控制完全由操作人员的主观意识进行，行走状态和吊重状态使用同一油门踏板，油门踏板信号(0-5V电压信号) 输入进发动机的控制单元(ECU)，然后由ECU 控制发动机输出，由于吊重时发动机输出功率的需求比行走时的要高，因此在吊重状态下行走时容易带来并发故障，稍有疏忽或不当操作，很容易导致吊管机由于速度过快，惯性大而造成的倾翻或者发动机熄火等事故。

实用新型内容

根据以上现有技术中的不足，本实用新型要解决的技术问题是：为解决上述问题之一，提供一种吊管机安全作业控制系统。

本实用新型所述的吊管机安全作业控制系统，包括控制器、力矩限制器、油门踏板、发动机ECU、报警灯、蜂鸣器、控制显示仪表、CAN总线、吊钩状态监测传感器、行走速度传感器和手油门，将控制器、力矩限制器、控制显示仪表、发动机ECU作为CAN总线上的各个节点，共同组成CAN网络，进行通讯和数据交互，吊钩状态监测传感器连接至力矩限制器上，将采集的状态信号传给力矩限制器，控制器上连接有手油门和行走速度传感器，对车辆的行走状态进行检测，同时也接收手油门的控制信号，油门踏板直接连接至发动机ECU上，调节发动机的转速，控制显示仪表上连接有报警灯和蜂鸣器，更好地提醒驾驶人员目前的工作状态给驾驶人员以感官的提醒。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1、针对具体状态实现对发动机的控制，更好地分配发动机输出功率，节省了燃油消耗，大大提高了车辆的安全作业控制系统。2、本安全作业控制技术从根本上有效区分了车辆的工作状态，在吊重状态下，控制器能够输出合理的扭矩范围( 大于非吊重状态下的平均扭矩) 对发动机进行控制，从而能够增大发动机的功率，避免发动机功率不足带来的安全隐患，提高整车工作的安全性。3、本控制技术可直观的提示驾驶员当前吊管机的工作状态和输出人性化的安全提示，和故障预警，能更好的增强驾驶员安全操作的意识。4、完善履带式吊管机机械的安全控制，更好地保护驾驶人员和设备的安全。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为是本实用新型的结构原理图；

图2为本实用新型的控制策略流程图；

图3为本实用新型的转速控制原理图；

图中：1、控制器 2、力矩限制器 3、油门踏板 4、发动机ECU 5、报警灯 6、蜂鸣器 7、控制显示仪表 8、CAN总线 9、吊钩状态监测传感器 10、行走速度传感器 11、手油门

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步描述：

以下通过具体实施例对本实用新型作进一步说明，但不用以限制本实用新型，凡在本发明精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

实施例

如图1-3所示，所述吊管机安全作业控制系统，包括控制器1、力矩限制器2、油门踏板3、发动机ECU4、报警灯5、蜂鸣器6、控制显示仪表7、CAN总线8、吊钩状态监测传感器9、行走速度传感器10和手油门11，将控制器1、力矩限制器2、控制显示仪表7、发动机ECU4作为CAN总线8上的各个节点，共同组成CAN网络，进行通讯和数据交互，吊钩状态监测传感器9连接至力矩限制器2上，将采集的状态信号传给力矩限制器，控制器1上连接有手油门11和行走速度传感器10，对车辆的行走状态进行检测，同时也接收手油门的控制信号，油门踏板3直接连接至发动机ECU4上，调节发动机的转速，控制显示仪表7上连接有报警灯5和蜂鸣器6，更好地提醒驾驶人员目前的工作状态给驾驶人员以感官的提醒。

本具体实施方式的工作原理：首先，吊管机启动后，控制器、控制显示仪表和力矩限制器等进行系统自检，若系统有异常情况出现，对应的故障在控制显示仪表提示，若自检各系统正常，则力矩限制器接收来自吊钩状态监测传感器检测到的吊钩状态信息，并且将信息在力矩显示器上进行显示，若吊钩此时吊有重物，则重物的信息以及吊杆的信息在力矩限制器上进行显示，系统的状态共可以分为四种状态：静止吊重、移动吊重、静止未吊重、移动未吊重。此时，对应信息通过CAN总线发送至控制器中，控制器结合行走速度传感器实时检测的车辆行走状态进一步对吊管机的工作状态进行判断，因为吊重状态下的系统所需要的发动机转速要高于行走状态下的所需的发动机转速，这样可以根据吊重状态下的工况需求，使发动机在吊重状态时的油门稳定控制在高扭矩区间，这样输出功率更大，从而以避免在吊重状态下发动机功率输出不足，带来的安全隐患。所以，当控制器检测到吊管机工作状态为处于车辆静止状态下的吊重作业，发动机ECU接收的油门踏板信号变化范围按照预先在控制器内标定的静止吊重发动机转速曲线进行标定。此时标定的油门变化曲线将使发动机转速接近恒功率输出，即保持在发动机大扭矩区间进行输出，这样可以使系统在吊重时不受急剧变化的外部负荷影响，可以尽可能的将发动机输出的功率用于吊重作业，即节省了燃油消耗，又确保吊重作业的安全。同理，若检测到吊钩上有重物且行走速度传感器检测到车辆处于行走状态，此时既可以判断吊管机的状态为“移动吊重”，由于吊管机在吊重状态下进行车辆移动时，若行走速度过快或者行走速度变化过于剧烈，则很容易由于重物强大的惯性引起车辆倾翻或者更加严重的事故。因此，很有必要通过对吊管机相应工作状态的判断而做出对应的控制策略，确保安全。若控制器结合吊钩状态和行走速度传感器状态判断吊管机的工作状态为“移动吊重”，此时，为了确保重物的稳定性、确保车辆的行走速度处于低速和行走速度变化的平稳性，此时控制器可以根据“移动吊重”的工作状态，使发动机ECU接收的油门踏板信号变化范围按照预先在控制器内标定的移动吊重发动机转速曲线进行标定。此时标定的油门变化曲线将使发动机转速在小于最大扭矩区间且变化范围小（线性平缓）的怠速区间内，即保持在发动机高怠速区间进行输出，这样可以使吊管机在行走吊重时不受变化的油门大小影响，可以尽可能的使发动机输出功率满足行走状态下的吊重作业，通过对吊管机低速吊重行走的控制，可确保使吊管机在吊重状态下，只能低速行驶，从而确保吊重物时的行走安全。

为了更好地实现人机交互作用，使驾驶人员及时了解吊管机的工作状态，通过CAN总线的传输，控制器接收的状态信号和输出的指令都可以被控制显示仪表实时采集交互并进行显示，同时，控制显示仪表可以通过输出控制报警灯和蜂鸣器进行实时故障诊断和状态预警。例如：当吊管机处于静止吊重状态时，控制器将工作状态通过CAN总线发送控制显示仪表，控制显示仪表进行显示提示驾驶人员此时刻的工作状态，若系统出现故障时（控制器并未按照预先设定的发动机转速曲线进行输出控制，或者系统出现其他异常），则控制显示仪表通过报警灯和蜂鸣器及时提醒驾驶人员车辆存在故障需要排除，从而保证系统实时的故障诊断和报警提示，故障排除后，报警解除，最大限度的确保安全。当然，某些作业区域内，车辆确实需要在报警范围内的状态下进行作业，此时若报警灯和蜂鸣器一直输出和鸣叫，这是驾驶人员不愿意看到的，此时可通过对控制显示仪表的设置，进行手动报警解除。真实的响应车辆作业过程中的实际状况，此种控制方法不仅操作简单，控制可靠，而且驾驶人员很容易掌握车辆的实时工况，将更好的感知车辆，从而从源头上和安全上更好地控制车辆，避免了危险状况的发生。

同理，若检测到吊管机处于“静止未吊重”、“行走未吊重”状态时，由于吊管机吊重系统没有承受对应的负载，此时，车辆发动机的状态只用于整车空转或移动，无特殊要求，所以当控制器检测到吊钩处于未吊重状态时，此时控制器不输出对发动机ECU转速信号的控制，即油门踏板全行程按照线性关系控制发动机的怠速到最高速度。同理，吊管机的工作状态千变万化，某些特殊时候，需要解除这种对发动机转速的限定控制，优选的，可以在控制显示仪表中通过软件程序设定对应的解除指令，并设置对应密码，对安全作业控制系统进行保护管理，这样，安全作业控制系统将能最大限度的实现安全作业。从而使整个系统更加稳定、可靠。

吊管机的底盘与推土机类似，所以此处的油门系统有手油门和油门踏板（脚油门），手油门为增油门可保持，油门踏板为减油门自复位，手油门优先控制发动机转速，即当手油门没有输出时，此时变化油门踏板，不作任何输出处理，只有手油门预先将发动机转速提升后，脚油门的动作才可以使发动机转速在手油门调整转速的范围内进行增减。

为了更好地实现根据吊管机工作状态对发动机的控制，以及油门系统的工作特性，即手油门优先于油门踏板，所以，此处手油门连接至控制器。油门踏板连接至发动机ECU，控制器经过CAN总线读取油门踏板位置信号，与控制器读取的手油门信号一起运算后，采用CAN总线通过ECU控制发动机转速，这样可有效缩小手油门动作死区，提高油门系统对发动机速度控制精度，同时大大简化了整机线束。

通过此系统，可实现对吊管机静止吊重和行走吊重状态的区分和对不同状态下发动机的输出转速的实时控制，通过报警提示和对行走状态下发动机转速和行走速度的控制，从根本上能够避免以前车辆出现的各种安全隐患和问题。该控制系统结构紧凑，实施简单、方便，由参数采集模块、控制模块、显示模块、报警模块等几大模块共同组成，完成整个发明内容的控制，说明书中对现有技术的改造在于硬件部分和组合以及电路连接关系，同时所涉及的计算机程序属于本领域技术人员利用现有计算机程序开发平台和熟知的编程方法可以容易实现其功能的简单程序，不属于对计算机程序本身提出的改变。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征以及本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型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，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型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实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.一种吊管机安全作业控制系统，其特征在于：包括控制器（1）、力矩限制器（2）、油门踏板（3）、发动机ECU（4）、报警灯（5）、蜂鸣器（6）、控制显示仪表（7）、CAN总线（8）、吊钩状态监测传感器（9）、行走速度传感器（10）和手油门（11），将控制器（1）、力矩限制器（2）、控制显示仪表（7）、发动机ECU（4）作为CAN总线（8）上的各个节点，共同组成CAN网络，进行通讯和数据交互，吊钩状态监测传感器（9）连接至力矩限制器（2）上，将采集的状态信号传给力矩限制器，控制器（1）上连接有手油门（11）和行走速度传感器（10），对车辆的行走状态进行检测，同时也接收手油门的控制信号，油门踏板（3）直接连接至发动机ECU（4）上，调节发动机的转速，控制显示仪表（7）上连接有报警灯（5）和蜂鸣器（6），更好地提醒驾驶人员目前的工作状态给驾驶人员以感官的提醒。

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