JP3748587B2 - 建設機械の電子制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、電子制御式の建設機械において制御プログラムの変更を作業現場で容易に行える電子制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
油圧ショベルなどの建設機械では、近年、その操作を容易化し操作性を向上する目的で油圧システムの電子制御化が図られている。以下、代表例として油圧ショベルを取り上げて説明する。電子制御式油圧ショベルでは、電子制御装置としてコンピュータを搭載し、そのメモリに、行うべき作業に関し標準的な作業手順のための制御プログラムおよび標準的な制御パラメータが格納されている。電子制御装置は、制御プログラムおよび制御パラメータを用いて制御指令を生成し、油圧ショベルの油圧システムに設けられたバルブ等の動作を制御する。
【０００３】
図３は、従来の電子制御装置の内部構成の例を示す。図３において、１１は電子制御装置を内蔵する制御ボックスである。制御ボックス１１内に内蔵される電子制御装置は、制御内容と制御手順（制御プログラム）と制御パラメータを格納するメモリ(EPROM) １２、このメモリ１２から制御プログラムと制御パラメータを読出して制御指令を生成するＣＰＵ１３、演算結果を一時的に格納するメモリ(RAM) １４、および制御の時間サイクルを管理するタイマ(TIM) １５によって構成される。メモリ１２は、その格納内容を作業現場等で自由に書き換えることはできない。電子制御装置は、入力／出力ポート１６および信号ケーブル１７を経由して、油圧ショベルの各部に配置されたセンサ１８からの検出信号、および操作作業員によって操作される各種スイッチ１９からの操作信号を入力し、また生成された制御指令に関する信号を各部のバルブ２０に出力する。また電子制御装置は、アナログの検出信号をディジタルに変換するＡ／Ｄ変換器２１、スイッチ１９からの操作信号を受けとる受信回路(DIO) ２２、制御指令信号に基づき駆動信号に生成するドライバ２３を備える。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
最近の油圧ショベルの電子制御装置では、作業現場において、建設機械の制御内容や制御プログラムを変更しなければならない場合が生じる。すなわち最近では、建設作業の多種多様化が進み、単にアタッチメントの交換、およびそれに伴う制御パラメータの交換だけでは、要求される作業内容のすべてに十分に対応することができなくなっている。この場合には、電子制御装置の本体すなわちハードウェア部分を共通なものとし、制御内容に関する制御手順（制御プログラム）すなわちソフトウェアを適切なものに変更すれば十分な対応が可能となる。
【０００５】
しかしながら、図３に示した従来の電子制御装置の構成によれば、制御内容と制御プログラムは書換え不能なメモリ１２に格納され、メモリ１２を制御ボックス１１に取り付けた後においては、メモリ１２の格納内容を自由に変更することができないようになっている。従って従来の電子制御装置は、本来的に作業ごとに対応して製作されることになり、異なる制御プログラムを備える電子制御装置は別物として扱われる。制御プログラムが異なる電子制御装置が別物として扱われる以上、電子制御装置の制御プログラムと作業機械との対応に関する管理が繁雑となり、価格の上昇、作業中のトラブル発生の要因となる。
【０００６】
なお、作業現場での制御プログラムの書換え・変更を考える場合、併せて、制御プログラムの変更に伴う制御パラメータの書換え・変更を行えることが望まれる。
【０００７】
本発明の目的は、上記問題を解決することにあり、電子制御式の建設機械を組み立てる現場または使用する作業現場で、作業員が簡単に制御ボックス内の制御プログラムや制御パラメータを変更でき、かつ製品の信頼性を確保でき、さらに簡単、安価な回路構成で、誤動作で書換えられるのを防ぐことのできる建設機械の電子制御装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る建設機械の電子制御装置は、メモリ内に格納した格納内容を読み出して、建設機械の油圧システムを電気的に制御する建設機械の電子制御装置であり、制御プログラムおよび制御パラメータを格納するための領域を有する書換え可能な不揮発性のメモリと、制御プログラムを書き換えるための書換え手順を格納する書換え不能なメモリと、制御プログラムを書換え手順を用いて書換え設定する設定器、あるいは制御パラメータを書換え設定する他の設定器のいずれかが必要に応じて接続されるコネクタと、設定器あるいは他の設定器のいずれかが接続されたことを判定し、この判定結果に基づき書換え可能な不揮発性のメモリにおけるそれぞれの書込み領域を区別し、指定の書換え可能領域に書換えを行う手段とを備えるように構成される。
【００１０】
上記の構成において、設定器は、接続識別手段を有し、制御装置本体は、接続識別手段からの信号を受ける識別判定手段と、この識別判定手段の判定動作に基づき書換え不能なメモリに格納される書換え手順を起動する手段とを備えることが好ましい。
【００１５】
【作用】
本発明では、油圧ショベル等の建設機械の電子制御装置に設けられた制御プログラムの書換え手順を格納する第１メモリおよび制御プログラムを自由に書き換えることができる領域を有する第２メモリと、第２メモリの制御プログラムを書き換えることを可能にする設定器によって、作業機の製造現場や作業現場で作業機ごとの制御プログラムを自由に書換え・変更することができる。制御プログラムの書換えを行えるための設定器は、電子制御装置を含む制御ボックスに対して着脱自在であり、これによって特定の作業員が行う。
【００１６】
上記設定器による制御プログラムの書換え・変更と併せて、第２メモリに格納される制御パラメータの書換え・変更を可能にする他の設定器により制御パラメータを書き換えることができる。
【００１７】
以上によって、電子制御装置が内蔵される制御ボックスの制御プログラムと制御パラメータの一方または両方を、作業機に応じて、組立て現場と作業現場で簡単に変更できる。
【００１８】
また誤入力防止手段によって、制御プログラムや制御パラメータの誤った消去や書換えが発生するのを防いでいる。
【００１９】
【実施例】
以下に、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る電子制御装置の実施例を示す構成図、図２は主要動作を示すフローチャートである。
【００２０】
図１において、図３に基づいて説明した従来の電子制御装置の構成要素と実質的に同一の要素には同一の符号を付している。１１は電子制御装置が内蔵される制御ボックスで、この制御ボックス１１は、図示されない例えば油圧ショベル等の作業機に付設される。作業機には、この作業機を動作させるための油圧駆動システムの各部に配置された圧力センサ（または差圧センサ等）、各駆動部に配置された位置センサ（または変位センサ等）等のセンサ１８と、運転作業員席に配置されかつ運転作業員によって操作される各種スイッチ１９と、油圧駆動システムの各部に配置され、作動油の流量および流れる方向を調整する電磁比例弁等のバルブ２０が設けられる。制御ボックス１１は、信号ケーブル１７を介して、センサ１８からの検出信号、スイッチ１９からの操作信号をそれぞれ入力し、かつ各バルブ２０に対し制御信号を出力する。
【００２１】
制御ボックス１１に内蔵される電子制御装置は、制御プログラムおよび制御パラメータ等を読出し、制御プログラムの起動・実行を行い制御指令を生成するＣＰＵ３１と、制御内容と制御手順すなわち制御プログラムを基板上で書き換えるための書換え手順を格納する書換え不能な第１のメモリ(EPROM) ３２と、制御内容と制御プログラムと制御パラメータ等を格納し、作業機個々の制御内容、制御プログラム、制御パラメータの書換え・変更をできるように電気的に書換え可能な構造を有し、かつ電源を切っても格納データが消えない特性（不揮発性）を有する第２のメモリ(EEPROM)３３と、読書き自由な第３のメモリ(RAM) １４と、外部の設定器からシリアルに送られてくるデータを取り入れる受信回路(SIO) ３４と、外部のスイッチ１９からの操作信号を取り入れる受信回路(DIO) ２２と、センサ１８から送られてくる検出信号（アナログ信号）をＣＰＵ３１で処理可能なデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器２１と、制御の時間サイクルを管理するタイマー(TIM) １５と、電気信号を油圧制御量に変換するためのバルブ２０を駆動する駆動信号を生成するドライバ２３とを含む。また１６は、信号ケーブル１７や、制御ボックス側のコネクタ３５が接続される入力／出力ポートである。
【００２２】
上記メモリ３３は、制御内容を格納するための領域、制御プログラムを格納するための領域、制御パラメータを格納するための領域を有する。
【００２３】
設定器４１は、作業機の製造工程における組立てラインで作業員によって使用される設定器である。設定器４１は、制御内容等を選択する等の各種操作のためのスイッチ４２、表示部４３、ＥＰＲＯＭ差込み部４４、フロッピー差込み部４５、通信ポート４６が設けられる。設定器４１は、コネクタ４７を用いて制御ボックス１１のコネクタ３５に着脱自在に接続され得る。コネクタ４７には、設定器４１がコネクタ３５に接続されていることをＣＰＵ３１に知らせるためのスイッチ４８が設けられる。スイッチ４８の代わりに接続ピンや接続ケーブルを使用することもできる。
【００２４】
制御ボックス１１に接続された状態にある設定器４１を組立て作業員が操作することによって、次のことを設定することができる。第１に、設定器４１の内部に格納される複数の制御内容のうち、作業機の種類に応じた制御内容を設定器４１のパネルに設けられたスイッチ４２を使用して選択し、選択された制御内容が、制御ボックス１１のメモリ３３にメモリ３２の書換え手順を用いて設定される。第２に、所望の制御プログラムが格納されたＥＰＲＯＭ４９をＥＰＲＯＭ差込み部４４にセットすることにより、または所望の制御プログラムが格納されたフロッピー５０をフロッピー差込み部４５にセットすることにより、所要の操作に基づき、当該制御プログラムをＥＰＲＯＭ４９またはフロッピー５０から読み出し、メモリ３２内の書替え手順を用いてメモリ３３に書き込むことができる。第３に、通信ポート４６を介してソフトウェア開発装置５１を接続することによって、制御プログラムを作成し、この制御プログラムを制御ボックス１１のメモリ３３に直接的に書き込むことが可能である。
【００２５】
また設定器６１は他の設定器であり、この設定器６１は、ユーザの希望に応じたフロントアタッチメントを作業機に取り付けるサービス工場、あるいはユーザの作業現場においてメーカの作業員によって使用される。この設定器６１は、制御に必要な作業機個々の制御パラメータのデータを制御ボックス１１内の書換え可能なメモリ３３に設定するための設定器である。設定器６１は、制御ボックス１１に対して着脱自在で、通常、制御ボックス１１に対して非接続の状態にあり、制御パラメータの変更・設定を行う必要が生じた場合に、専用コネクタ６２を介して制御ボックス１１側のコネクタ３５に接続される。制御パラメータの新たな設定を行うとき、作業員は、設定器６１をコネクタ３５に接続し、設定器６１を操作して制御パラメータの設定を行う。設定器６１のコネクタ６２にはスイッチ６３が設けられる。スイッチ６３は、設定器６１が制御ボックス１１に接続されたときに、設定器６１がコネクタ３５に接続されていることをＣＰＵ３１に知らせるためのスイッチである。スイッチ６３の代りに、接続ピンや接続ケーブルを使用することもできる。
【００２６】
２つの設定器４１，６１を接続可能としかつ各設定器で設定されたデータを制御ボックス１１に入力できる構成において、電気回路の簡素化の点で、受信回路３４を単一とし（個別に２つ設けない）、各設定器に対し共用するようにした。またメモリ３３の内容を書き換えるために、それぞれの書換え領域を誤操作によって変更しないためにも、制御ボックス１１に一度に接続できる設定器は１つとするのが望ましい。またメモリ３３に対してはマルチプレクサ(MPX) ７１を備える。このマルチプレクサ７１は、設定器４１と設定器６１のいずれかが接続されるとき、メモリ３３におけるそれぞれの書込み領域を区別し、指定の書換え可能領域のみに書換えを行えるようにするためのものである。書換え動作においては、ＣＰＵ３１から直接にメモリ３３に接続するアドレス信号やコントロール信号を一旦マルチプレクサ７１に入力し、設定器４１と設定器６１の接続状態に応じてＣＰＵ３１からメモリ３３に接続する信号線をハードウェアで切り換える。またＣＰＵ３１からの読み出しは、メモリ３３の全領域にわたって行うことができる。なおマルチプレクサ７１は、メモリ３３が電気的に書換え可能なものであるため、ノイズによるＣＰＵ３１の誤動作等に起因してメモリ３３の格納データが書き換えられ、破壊されることを防止する役割も有する。
【００２７】
図２に従ってＣＰＵ３１によって実行される主動作を説明する。この動作は、制御ボックス１１においてＣＰＵ３１がメモリ３２に格納されている書換え手順に従って設定器４１から作業機の制御プログラムをメモリ３３に書き込む動作である。
【００２８】
最初に、スイッチ４８からの信号が入力された否かを調べる（ステップＳ１）。当該信号の入力がないときには、メモリ３３の中に作業機に関する制御プログラムが格納されているか否かを調べる（ステップＳ２）。制御プログラムがないときには、ステップＳ１に戻り、スイッチ４８からの入力信号が入るまで待機状態になる。作業機の制御プログラムが既に格納されている場合には、これを実行する（ステップＳ３）。ステップＳ１でスイッチ４８からの入力信号が検出されたときには、設定器４１からの制御プログラムに関するデータを受信してメモリ３３における指定領域に書き込む（ステップＳ４）。次に、メモリ３３に書き込まれた制御プログラムデータを読み出して、設定器４１に送り返す。ＣＰＵ３１による動作は以上で完了する。
【００２９】
なお設定器４１では、ＣＰＵ３１から送られて来た制御プログラムデータを送信データと比較し、メモリ３３において書込みエラーが発生しているか否かについて判定する。エラーが発生していると判断した場合には再度データを送る。
【００３０】
設定器６１を使用して制御パラメータを書換え・設定する場合においても、制御プログラムの書込みの場合とほぼ同様に、スイッチ６３からの信号の入力を待ち、入力があったときに、設定器６１から供給される制御パラメータデータをメモリ３３における指定された領域に書き込む。
【００３１】
建設機械の電子制御装置を含む制御ボックス１１を以上のように構成したので、環境が劣悪な作業現場や組立て現場においても、制御ボックス１１を開閉することなく制御ボックス内に作業機に応じた適切な制御プログラムを設定器４１を用いて設定することができる。また必要に応じて設定器６１を用いて作業に応じた制御パラメータも容易に変更・設定できる。制御プログラムの書換え設定と制御パラメータの書換え設定では、メモリ３３において消去や誤入力が生じないように防止手段が施されている。
【００３２】
なお第２のメモリ３３については次のような構成を設けることができる。前述の制御プログラム格納領域、制御パラメータ格納領域等に加えて、ＣＰＵ３１が常に自由に読み書きできる故障診断領域を設けることができる。この故障診断領域には、作業機が作業中に発生したセンサ１８やスイッチ１９の異常信号を記録する領域であり、作業機に異常が発生したときにエンジンを切って電子制御装置の電源が切られた後でも異常原因を知りたい時等に使用される領域である。
【００３３】
書換え可能なメモリ３３は、その格納領域をハードウェア的に複数に分化し、それぞれに領域に必要な記憶対象物を割り当て、１つのメモリにいろいろな用途を行わせることができる。これによって電子制御装置の小形化、低価格化が可能となる。
【００３４】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明によれば、油圧ショベル等の建設機械の油圧駆動システムを電気的に制御する電子制御装置において、制御ボックス内に外部より内部データを書き換えることができ、特に制御プログラムを作業機の種類に応じて組立てライン等の作業現場で書込みや変更を行うことができる。作業機に応じた制御プログラムを電子制御装置を作製した後に書込みや変更を行うことができるので、ハードウェアの標準化ができ、全体として製作コストを低減することができる。
【００３５】
また別の設定器を用意することによって制御プログラムの書換え・変更に併せて制御パラメータの書換え・変更を行うこともでき、作業機に応じた制御パラメータを作業現場において簡単に変更できる。
【００３７】
さらに、電気的に書換え可能なメモリの書込み領域を格納対象ごとに分割することによって、１つのメモリを、格納されるデータ間で干渉が生じることなく有効に使用することができる。これによって製作コストを低減でき、小型化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る建設機械の電子制御装置の実施例を示す構成図である。
【図２】電子制御装置の主動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】従来の建設機械の電子制御装置の構成図である。
【符号の説明】
１１ 制御ボックス
１６ 入力／出力ポート
３１ ＣＰＵ
３２ 第１のメモリ（ＥＰＲＯＭ）
３３ メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）
３４ 受信回路
４１，４６ 設定器
４９ ＥＰＲＯＭ
５０ フロッピー
５１ ソフトウェア開発装置

Claims (1)

1. メモリ内に格納した格納内容を読み出して、建設機械の油圧システムを電気的に制御する建設機械の電子制御装置において、
   制御プログラムおよび制御パラメータを格納するための領域を有する書換え可能な不揮発性のメモリと、
   前記制御プログラムを書き換えるための書換え手順を格納する書換え不能なメモリと、 前記制御プログラムを前記書換え手順を用いて書換え設定する設定器、あるいは前記制御パラメータを書換え設定する他の設定器のいずれかが必要に応じて接続されるコネクタと、
   前記設定器あるいは前記他の設定器のいずれかが接続されたことを判定し、この判定結果に基づき前記書換え可能な不揮発性のメモリにおけるそれぞれの書込み領域を区別し、指定の書換え可能領域に書換えを行う手段とを、
   備えることを特徴とする建設機械の電子制御装置。

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