CN2678953Y - 电动轮微机控制装置 - Google Patents

Abstract

一种电动轮微机控制装置，它包括壳体，安装于壳体内的底板，底板为装设有一个以上的连接器的电路板，底板上设有ISA总线电路，并电路连接有伸出壳体外的外部信号连接器，底板连接器插接有电源板、CPU板、综合信号处理板及模拟信号处理板，CPU板通过电缆连接有显示器及操作键盘。本实用新型具有稳定的系统构架、人性化的操作画面；总线标准明晰，兼容性强；采用新型电子器件，集成度高，箱内空间大，便于安装检修；角度定位和脉冲宽度精确，可随时对各项数据进行实时监控，驾驶员平时也能通过显示屏看到实时数据，系统维护方便，便于现场应用和故障诊断，可以大幅度降低产品成本。

Description

电动轮微机控制装置

技术领域

本实用新型涉及一种微机控制装置，尤其是一种154电动轮微机控制装置，属于自动控制技术领域。

背景技术

电动轮自卸车是一种通常用于露天矿山运载矿物的汽车，汽车的载重量从几十吨到几百吨，电动轮自卸车的简单工作原理为使用一个柴油发动机作为原始动力来源，它驱动一个直接连接的三相交流发电机，三相交流发电机发出的三相交流电经三相整流器转换为直流电，驱动两个串联的直流电动机，两个直流电动机分别通过齿轮带动两个后轮运动，产生前进的动力；制动时发电机通过牵引接触器切断与电动机的联系，电动机通过制动接触器切换，转换为发电机，将电能消耗在电阻栅上，为汽车产生制动力。

电动轮在行驶过程中，由于行驶线路情况不断变化，为了使系统稳定、高效、安全的运行，机车行驶速度和牵引力必须随路况变化而变化，而这一切都是依靠电动轮的核心设备——控制系统来完成。这套控制系统，装于一铁箱或铁架内，安装在电器柜里，是控制电动轮自卸车运行的核心部分。控制系统属低压设备，不包括在控制机箱外的大功率控制器件，如可控硅、整流桥、接触器等，控制系统由于时代的变迁在不断改进，按照所用器件的区别，分为老式模拟控制系统和新型微机控制系统，老式模拟控制系统现已逐步过度为新型微机控制系统，新出厂的电动轮自卸车已基本采用微机控制系统，现只讨论较先进的微机控制系统。

电动轮自卸车依靠电气传动系统产生最终动力，电气传动系统由大量复杂而精密的电气设备组成，但其电气控制的核心是对励磁电流的控制，牵引和制动的正常运行都是通过调节发电机和电动机的励磁来完成的，励磁的调节则通过改变由微机控制系统给出的可控硅导通角的度数而实现，从而达到汽车按照驾驶员的要求动作，这些动作包括加速、减速、爬坡等。因此，微机控制系统的任务是及时采集安装在电动轮上的各种传感器发出的大量模拟信号、频率信号和数字信号，经运算后再发出正确的励磁控制信号。与此同时，为了保证电动轮的安全性，微机控制系统还包含多种保护逻辑以应对各种紧急情况。

154吨电动轮的发电机不单设励磁机，使用自身三次谐波绕组发出的电压信号经可控硅励磁器产生励磁电流，通过控制可控硅的导通角控制励磁电流的大小，154吨电动轮的电动机为它励机，使用发电机三次谐波绕组发出的另一路电压信号作为能源，154吨电动轮的电气传动系统可以实现大功率系统的恒功控制和无级调速，比国产108吨电动轮合理和先进，但对控制系统的要求要高得多，154吨电动轮的控制系统有两种，一种在2型车上使用，为由模拟运放电路组成的控制系统，一种在3型车上使用，为使用单片机的微机控制系统，两种车型的外围高压主电路相同，仅控制系统内部电路不同，在功能上，3型车由于采用电脑，增加了许多控制和管理功能，线路板由2型车的34块减少为3型车的5块。其柴油机发电机电动机组成的电气传动系统结构合理，技术成熟，经多年运行稳定可靠，所以即使是3型车该部分依然维持原系统未变，但其控制系统由于微电子技术的迅速发展，原型号已经落后，无法代表先进设备，在这种背景下，国外公司开发了使用单片机的微机控制系统。

如图1所示，为154吨电动轮的电气传动系统原理框图。柴油发动机10在电动轮需要工作时必须启动，用它的动力通过机械传动11带动三相交流发电机20，三相交流发电机20发出的三相交流电经三相整流桥30变为直流电。在牵引状态下，牵引接触器40闭合，制动接触器41、42打开，直流电通过牵引接触器40加在两个串联的直流电动机50、60上，使其运转。直流电动机50、60通过齿轮带动左右两个车轮51、61，使车运行。制动状态时，牵引接触器40打开，制动接触器41、42闭合，三相交流发电机20不再给直流电动机50、60供电，两个牵引时串联工作的电动机变为两个独立的发电机，发出的电流通过各自的制动接触器41、42给各自的能耗制动电阻52、62，产生能耗制动。三相交流发电机20在发出三相交流电外，还由发电机三次谐波绕组21、22发出两路单相三次谐波交流电压，一路通过发电机励磁器70供给发电机励磁线圈23；一路通过电动机励磁器80供给电动机励磁线圈53、63。发电机励磁线圈23在三相交流发电机20的转子上，发电机主电枢和两路发电机三次谐波绕组21、22都在发电机定子上，两个直流电动机50、60的两个励磁线圈53、63串联连接，保证两个直流电动机50、60的励磁电流相同。发电机励磁器70及电动机励磁器80均由单相半控可控硅整流桥构成，通过改变可控硅导通角可以改变励磁电流的大小，从而改变牵引制动力的大小，而可控硅导通角由微机控制系统100通过外部传感器采集的各种计算得出。

目前使用的微机控制系统采用单片机，总线无固定标准，兼容性较差；系统共采用五块大板，箱内空间拥挤，不便于安装检修；控制系统采用硬件方法产生，使用硬件震荡器、运算放大器等器件，属模拟式脉冲发生器，角度定位和脉冲宽度不精确；使用两位LED数码管故障显示板和不随时跟车的笔记本电脑，不利于维修工人的理解，维修检测不能方便快捷；其控制系统设计于上世纪九十年代初，系统设计落后，功能不易扩展，使用成本高，亟待加以进一步改进。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对现有技术的不足，提供一种电动轮微机控制装置，其系统构架稳定、总线标准明晰，兼容性强，集成度高，箱内空间大，便于安装检修；角度定位和脉冲宽度精确，可随时对各项数据进行实时监控，驾驶员平时也能通过显示屏看到实时数据，系统维护及故障诊断方便，可以大幅度降低产品成本。

本实用新型所要解决的技术问题是通过如下技术方案实现的：

一种电动轮微机控制装置，它包括壳体，安装于壳体内的底板，所述的底板为装设有一个以上的连接器的电路板，并电路连接有伸出壳体外的外部信号连接器，其特征在于：所述的底板上设有ISA总线电路，底板连接器插接有电源板、CPU板、综合信号处理板及模拟信号处理板，所述的CPU板通过电缆连接有显示器及操作键盘。

其主要组成部件功能如下：

底板：是焊接了多个连接器的电路板，电源板、CPU板、综合信号处理板及模拟信号处理板都通过连接器插在底板上，四个外部信号连接器CAN、CNB、CND及CNE也与底板相连，底板提供了电动轮微机控制装置板间连线和装置与外部的连线。

电源板：上面有多块DC/DC开关电源转换器，为控制系统提供各种压降的直流电源。

CPU板：上面设有CPU和与CPU相关的外围器件，如RAM，ROM等，并设有电子盘存储器；CPU板将综合信号处理板及模拟信号处理板采集上来的模拟信号、频率信号和数字信号进行综合，计算出正确的励磁控制脉冲信号和数字控制信号，发指令给综合信号处理板及模拟信号处理板向外部输出。

综合信号处理板：此板处理数字信号、频率信号及预处理模拟信号；此板对数字量输入信号进行信号条理，将外部输入的高电平数字量信号转换为计算机能够接受的+5V电平；将计算机输出的小电流+5V数字信号转换为能够驱动外部设备的具有一定驱动能力的开关信号；将模拟信号进行滤波调理和运算放大，转换成模拟信号处理板能够接受的信号；将频率信号转换成计算机能够接受的形式；输出用于控制发电机和电动机励磁的可控硅导通角脉冲信号。

模拟信号处理板：此板将模拟信号进行A/D转换，变成计算机能够接受的信号。

操作键盘：安装在驾驶室内，通过导线与CPU板连接，用于维护人员对微机的操作。

液晶显示器：安装在驾驶室内，通过导线与CPU板连接，用于实时显示各种输入输出信号，故障代码和统计数据。

本实用新型具有稳定的系统构架、人性化的操作画面；应用了先进的数字，模拟信号处理芯片，进行硬件优化设计，对输入输出信号进行光电隔离保护；总线标准明晰，兼容性强；采用新型电子器件，集成度更高，箱内空间更大，便于安装检修；角度定位和脉冲宽度更精确，可随时对各项数据进行实时监控，驾驶员平时也能通过显示屏看到实时数据，系统维护更加方便，更便于现场应用和故障诊断，可以大幅度降低产品成本。

附图说明

图1为154吨电动轮的电气传动系统原理框图；

图2为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型的技术方案进一步说明：

如图2所示，为本实用新型的结构示意图，一种电动轮微机控制装置，它包括壳体110，安装于壳体110内的底板120，底板120为装设有一个以上的连接器121的电路板，并电路连接有伸出壳体110外的外部信号连接器130，底板120上设有ISA总线电路122，底板连接器121插接有电源板140、CPU板150、综合信号处理板160及模拟信号处理板170，CPU板150通过电缆连接有显示器180及操作键盘190。

它包括的主要部件有：

壳体(机箱)110：底面用四个底角螺丝与电器柜固定连接，壳体110内部为线路板。

底板120：是焊接了多个连接器121的电路板，电源板140、CPU板150、综合信号处理板160及模拟信号处理板170四块板都通过连接器121插在底板120上，四个引入外部信号的外部信号连接器130为CAN、CNB、CND及CNE，也与底板120相连，底板120提供了电动轮微机控制装置板间连线和装置与外部的连线。

电源板140：上面有多块DC/DC开关电源转换器141，为控制系统提供各种压降的直流电源，输入的电瓶电压24～28VDC，输出的电压为+5VDC、+15VDC、-15VDC及+12VDC。

CPU板150：上面为CPU151和与CPU相关的外围器件，如RAM152、ROM153等，CPU152采用Intel公司的赛扬或奔腾系列，主频不低于400兆，程序存储在1个32兆的电子盘154内，CPU板150将综合信号处理板160及模拟信号处理板170采集上来的模拟信号、频率信号和数字信号进行综合，计算出正确的励磁控制脉冲信号和数字控制信号，发指令给综合信号处理板160及模拟信号处理板170向外部输出。

综合信号处理板160：此板处理数字信号、频率信号及预处理模拟信号。此板对数字量输入信号进行信号条理，将外部输入的高电平数字量信号转换为计算机能够接受的+5V电平；将计算机输出的小电流+5V数字信号转换为能够驱动外部设备的具有一定驱动能力的开关信号；将模拟信号进行滤波调理和运算放大，转换成D板能够接受的信号；将频率信号转换成计算机能够接受的形式；输出用于控制发电机和电动机励磁的可控硅导通角脉冲信号。

模拟信号处理板170：此板将模拟信号进行A/D转换，变成计算机能够接受的信号。

液晶显示器180：安装在驾驶室内，通过导线与CPU板150连接，用于实时显示各种输入输出信号，故障代码和统计数据。

PS2兼容键盘190：安装在驾驶室内，通过导线与CPU板150连接，用于维护人员对微机的操作。

本实用新型所处理的信号比较多，现以发动机转速信号为例说明本实用新型的工作过程。发动机转速信号是由安装在发动机上的速度传感器检测到发动机在运转后给出的，该信号为频率和幅值都随发动机转速变化的正弦波信号，幅值与发动机转速成非线形关系，频率值与发动机转速成正比关系。该信号从连接器130经底板120进入综合信号处理板160，经频率转换电路161将该频率信号转换成等幅高的、去掉干扰杂波的整形信号，并做相应的数字化计算。CPU板150从ISA总线122将该信号的数据调入CPU151，CPU151通过程序将该信号与发动机功率曲线做比较，计算出发动机的功率值，用功率值再与采集上来的发电机电枢电流、发电机励磁电流、电动机励磁电流等信号进行综合计算，得出发电机励磁器可控硅触发导通角和电动机励磁器可控硅触发导通角的计算值，CPU板150从ISA总线122将导通角的数据传入综合信号处理板160，综合信号处理板160通过脉冲发生电路162将导通角值转换成脉冲列，经底板120、连接器130送至壳体110外的励磁器。

本实用新型采用工业控制机ISA总线，总线标准明晰，兼容性强；采用新型电子器件，集程度更高，共采用四块板，每块板的面积只有原来的三分之一，箱内空间更大，便于安装检修；控制发电机和电动机励磁的可控硅导通角脉冲信号，采用定时器芯片，以软件编程方法产生，角度定位和脉冲宽度更精确；应用了比较先进的数字，模拟信号处理芯片，进行硬件优化设计，对输入输出信号进行光电隔离保护；在驾驶室内增加液晶显示屏，可随时对各项数据进行实时监控，驾驶员平时也能看到，系统维护更加方便，显示屏同时可以显示两位故障代码，并带有中文解释，拥有更稳定系统构架、更人性化操作画面，这样就省略了FL275微机控制系统中两位LED数码管故障显示板和不随时跟车的笔记本电脑；软件界面采用中文表达方式，使不懂英文的工作人员也能方便使用，更便于现场应用和故障诊断；采用新型电子计算机控制器件生产的产品，为将来的功能扩展提供了硬件基础；由于器件集成度高，生产和维护成本降低。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型而并非限制本实用新型所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本实用新型已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本实用新型进行修改或者等同替换；而一切不脱离本实用新型的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (7)

1、一种电动轮微机控制装置，它包括壳体，安装于壳体内的底板，所述的底板为装设有一个以上的连接器的电路板，并电路连接有伸出壳体外的外部信号连接器，其特征在于：所述的底板上设有ISA总线电路，底板连接器插接有电源板、CPU板、综合信号处理板及模拟信号处理板，所述的CPU板通过电缆连接有显示器及操作键盘。

2、根据权利要求1所述的电动轮微机控制装置，其特征在于：所述的底板上的连接器为四个或四个以上。

3、根据权利要求1所述的电动轮微机控制装置，其特征在于：所述的外部信号连接器为四个。

4、根据权利要求1或2或3所述的电动轮微机控制装置，其特征在于：所述的显示器及操作键盘通过电缆设置在壳体外。

5、根据权利要求4所述的电动轮微机控制装置，其特征在于：所述的显示器为液晶显示器。

6、根据权利要求4所述的电动轮微机控制装置，其特征在于：所述的操作键盘为PS2兼容键盘。

7、根据权利要求1或2或3或5或6所述的电动轮微机控制装置，其特征在于：所述的CPU板上设有电子盘存储器。