專利名稱：裝載機集成控制器的制作方法
裝載機集成控制器
技術領域：
本發明屬于工程機械控制技術領域，具體是一種裝載機用的數字式集成控制
益o
背景技術：
目前，裝載機作業系統和發動機調速系統釆用兩套獨立的系統進行操作，作 業系統采用手動換向閥控制執行機構進行作業，發動機調速系統采用手動進行換 擋調速，操作復雜，控制精度低，勞動強度大，操作人員易疲勞，經常因操作繁 瑣而引起誤操作，工作效率低；而且系統體積較大，增加了整車重量，能耗高。
發明內容
為了克服現有技術中存在的上述缺陷，本發明提供一種裝載機集成控制器， 通過數字化技術將裝載機作業系統和發動機調速系統的控制集成，合二為一，以 達到簡化操作、降低勞動強度和誤操作率、減輕車重、降低能耗、提高工作效率 的目的。
為此，本發明采用以下技術方案裝載機集成控制器，其特征在于它包括含
有中央處理器的微處理器模塊、與微處理器模塊相連的信號輸入模塊和功率驅動
模塊以及上述模塊供電的電源模塊，所述的功率驅動模塊包括PWM輸出電路和 開關量輸出電路。
使用時，PWM輸出電路連接比例多路閥，開關量輸出電路連接換擋電磁閥。 操作人員根據需要，依靠按鍵、旋鈕等數字輸入設備向控制器輸入指令，信號輸 入模塊接受各種外部指令信號，然后轉換成與微處理器輸入匹配的各種信號。 PWM輸出電路接受經過微處理器處理后的信號，輸出與輸入模塊的輸入信號成 比例的PWM功率輸出信號，去驅動比例多路閥工作，達到控制作業系統的目的； 而開關量輸出電路則由微處理器模塊控制，可輸出不同擋位的高低電平信號，以 驅動不同的換擋電磁閥，達到發動機調速目的。由此，本發明將裝載機作業系統 和發動機調速系統的控制集成在一個控制器內，而數字設備的操作遠遠比機械手 動設備簡單，控制精度也高，降低了勞動強度和誤操作率，提高了工作效率；通 過設置合理的程序，能做到合理換擋，有效的保護了變速器內的元件，使變速器 壽命得以極大提高；數字設備的體積和重量也較小，從而減輕了車重，降低了能
3耗。
作為對上述技術方案的進一步完善和補充，本發明采取如下技術措施 所述的功率驅動模塊連有安全控制模塊，該安全控制模塊具有輸出使能連接 端并與電源模塊相連。安全控制模塊根據輸出使能信號控制PWM輸出電路和開 關量輸出電路的通斷，當輸出使能信號為高電平時，安全控制模塊允許功率輸出 模塊可以進行功率輸出，當輸出使能信號為低電平時，安全輸出通斷電路不允許 功率輸出模塊工作，同時安全控制模塊還接受微處理器模塊的控制選擇哪一路功 率輸出工作。
所述的微處理器模塊包括有數字量輸出單元，功率驅動模塊中的PWM輸出 電路和開關量輸出電路都與數字量輸出單元相連，PWM輸出電路與數字量輸出 單元之間還設有電流反饋回路，開關量輸出電路與數字量輸出單元之間還設有狀 態反饋回路。電流反饋回路使把比例多路閥的電流反饋給微處理器形成電流閉環 控制，使控制更迅速準確；狀態反饋回路把目前輸出電平的高低狀態反饋給微處 理器，進而讀取目前的檔位信息。
所述的數字量輸出單元還連接有信號輸出模塊，該信號輸出模塊包括D/A 轉換電路、模擬電壓輸出電路和模擬電流輸出電路。D/A轉換電路現把微處理模 塊發出的數字信號轉換為模擬信號，然后根據系統配置通過模擬電壓輸出電路輸 出電壓和模擬電流輸出電路輸出電流環信號，留作測試或者作為其他外接部件工 作所需的電壓或電流源。
所述的微處理器模塊包括有多路CAN總線控制器，該多路CAN總線控制 器連接有總線通訊模塊。其中一路CAN總線專用作為控制器可編程系統的接口， 其他CAN總線控制器與其他外接設備進行信息交換(如顯示設備、遠程監控設 備等)，便于遠程控制。
所述的電源模塊包括電壓監控電路，電壓監控電路未接收到外部使能信號時 電源模塊不工作，接受到有效的外部使能信號后電源模塊開始工作，把外部電源 電壓轉換成與之相連的各個模塊所需的電壓；如果外部供電電壓欠壓或者超壓， 則電壓監控電路輸出異常脈沖，如果外部供電電壓正常，則電壓監控電路輸出正 常脈沖；電壓監控電路輸出異常脈沖時，微處理器模塊不工作，電壓監控電路輸 出正常脈沖時，微處理器模塊正常工作。所述的微處理器模塊包括數字量輸入單元、模擬量輸入單元和存儲器，數字量輸入單元和模擬量輸入單元都與信號輸入模塊連接。數字量輸入單元和模擬量輸入單元分別用以接受信號輸入模塊相應的數字或模擬信號。存儲器中存儲有控制器軟件程序，包括控制器嵌入式操作系統和控制器硬件驅動，上位PC機上裝有對應的通用可編程平臺。
通用可編程平臺負責系統應用程序的開發和編譯，可采用廣泛使用的CoDeSys作為編程平臺。CoDeSys是基于IEC611312 3標準，適用于工業控制器和PLC組件的編程工具，它支持正C611312 3標準中的五種編程語言。CoDeSys把邏輯控制、運動控制和可視化集成于一體,不需要其他的組態軟件就可以輕松實現可視化。
所述的微處理器模塊通過SPI總線與電源模塊和安全控制模塊相連。便于微處理器對電源模塊工作狀態進行查詢以及對安全控制模塊進行監控的總線，安全控制模塊還可從SPI總線上的信息選擇哪一路功率輸出工作。
有益效果本發明通過將裝載機作業系統和發動機調速系統的控制集成，用電手柄取代機械手柄，降低了勞動強度，提高了控制精度和操作舒適性；數字設備對換擋的控制更準確，有效的保護了變速器內的元件，使變速器壽命得以極大提高，整車振動減輕，高效、節能；控制器還能對作業過程中動作進行復合、記憶，提高了工作效率；操作室不再需要機械手柄，節省了空間，提高了美觀性；控制器具有通用可編程能力，通過軟件編程即可實現控制器系統功能和性能的改變，提高了產品開發和升級的效率，降低了產品升級的成本。
圖1為本發明的電路原理示意圖。圖2為本發明的一種實施過程示意圖。
具體實施方式
如圖l所示的裝載機集成控制器，微處理器模塊由中央處理器、存儲器、數字量輸入單元、模擬量輸入單元、數字量輸出單元和多路CAN總線控制器等，數字量輸入單元、模擬量輸入單元連接信號輸入模塊，用以接受各種外部信號如開關量信號、頻率信號、模擬電壓信號、模擬電流信號等。數字量輸出單元連接有功率驅動模塊和信號輸出模塊，功率驅動模塊包括PWM輸出電路和開關量輸
5出電路，分別輸出比例信號和開關量，PWM輸出電路與數字量輸出單元之間還設有電流反饋回路，開關量輸出電路與數字量輸出單元之間還設有狀態反饋回路；信號輸出模塊包括D/A轉換電路、模擬電壓輸出電路和模擬電流輸出電路，用以輸出模擬電壓信號或電流環信號。多路CAN總線控制器連接有總線通訊模塊，其中一路CAN總線專用作為控制器可編程編程系統的接口，其他CAN總線控制器與其他設備提供信息交換(如顯示設備、遠程監控設備等)，便于遠程控制。
安全控制模塊與功率驅動模塊相連，根據輸出使能信號控制PWM輸出電路和開關量輸出電路的通斷。
電源模塊通過SPI總線與其他模塊相連，電源模塊包括有電壓監控電路，電壓監控電路與其他模塊之間設有電壓監控線路，根據控制器使能和外部電壓狀況控制電源模塊給其他模塊供電。
本發明專利的軟件系統包括通用可編程平臺、控制器嵌入式操作系統和控制器硬件驅動。
通用可編程平臺負責系統應用程序的開發和編譯，本發明專利采用廣泛使用的CoDeSys作為編程平臺。CoDeSys是基于正C611312 3標準，適用于工業控制器和PLC組件的編程工具。它支持正C611312 3標準中的五種編程語言bCoDeSys把邏輯控制、運動控制和可視化集成于一體，不需要其他的組態軟件就可以輕松實現可視化。
嵌入式操作系統主要實現三部分功能
1) 通訊功能。程序的開發和編譯系統與嵌入式操作系統之間采用CAN總線進行通訊；
2) 控制程序的循環實時調用功能。經過編譯的控制程序被下載到嵌入式系統后，由實時運行系統負責循環實時調用；
3) 輸入/輸出功能。建立通訊數據映射表,對I/O數據進行讀寫操作。對I/O數據進行的讀寫操作有兩種方式,一是直接從輸入模塊讀數據或向輸出模塊寫數據，二是編寫嵌入式系統下CAN總線的驅動程序,借助CAN總線讀寫I/O數據。
控制器硬件驅動負責接收來自控制程序的數據，將數據反映到具體硬件狀態的變化中，實現軟件對硬件設備的控制。主機廠商作為用戶在通用可編程平臺CoDeSys中編制控制程序，通過CAN總線下載至控制器中，即可完成控制器功能的定義。
圖2為應用本控制器的一個裝載機的例子。電子手柄由人操作，發出與手柄擺動角度成比例的電壓信號，此電壓信號發送給控制器，經過各種處理，輸出PWM信號，驅動比例多路閥工作，進而控制作業機構進行作業，譬如動臂上升或下降，鏟斗的上翻或下翻。檔位選擇器發出不同的開關信號，控制器判斷此信號來驅動不同的換擋電磁閥工作，從而進行換擋操作，驅動發動機。速度傳感器采集到的發動機轉速信號送給控制器，控制器根據不同的速度情況，可以通過安全輸出通斷電路，關閉功率輸出模塊的某一路或幾路，避免沖擊以及誤操作，從而保護發動機以及提高作業安全性。
作業系統和發動機調速系統的各種時序要求是通過控制器中的軟件來實現的，譬如強制換擋，從最大后退檔到最大前進檔或者相反，必須經過中間的停車檔，控制器通過驅動不同的換擋電磁閥工作來實現強制換擋要求。復合動作，動臂提升的過程中復合鏟斗的下翻動作，動臂下降的過程中復合鏟斗的上翻動作，這些動作可有控制器同時驅動不同的比例多路閥來實現。自動換擋，在鏟斗鏟料的過程中(通過軟件判斷)，控制器通過驅動相應的換擋電磁閥切換到前進慢檔進行工作，以提高鏟料的推力。
按下auto按鈕，控制器可以對作業過程中的重復動作進行記憶，第二次動作時，根據不同的檔位信息，作業系統能自動進行相應的操作，大大降低勞動強度，提高工作效率。
權利要求
1、裝載機集成控制器，其特征在于它包括含有中央處理器的微處理器模塊、與微處理器模塊相連的信號輸入模塊和功率驅動模塊以及上述模塊供電的電源模塊，所述的功率驅動模塊包括PWM輸出電路和開關量輸出電路。
2、 根據權利要求1所述的裝載機集成控制器，其特征在于所述的功率驅 動模塊連有安全控制模塊，該安全控制模塊具有輸出使能連接端并與電源模塊相 連。
3、 根據權利要求1所述的裝載機集成控制器，其特征在于所述的微處理 器模塊包括有數字量輸出單元，功率驅動模塊中的PWM輸出電路和開關量輸出 電路都與數字量輸出單元相連，PWM輸出電路與數字量輸出單元之間還設有電流反饋回路，開關量輸出電路與數字量輸出單元之間還設有狀態反饋回路。
4、 根據權利要求3所述的裝載機集成控制器，其特征在于所述的數字量輸出單元還連接有信號輸出模塊，該信號輸出模塊包括D/A轉換電路、模擬電壓輸出電路和模擬電流輸出電路。
5、 根據權利要求1至4任一項所述的裝載機集成控制器，其特征在于所述的微處理器模塊包括有多路CAN總線控制器，該多路CAN總線控制器連接 有總線通訊模塊。
6、 根據權利要求1至4任一項所述的裝載機集成控制器，其特征在于所 述的電源模塊包括電壓監控電路。
7、 根據權利要求1至4任一項所述的裝載機集成控制器，其特征在于所述的微處理器模塊包括數字量輸入單元、模擬量輸入單元和存儲器，數字量輸入 單元和模擬量輸入單元都與信號輸入模塊連接。
8、 根據權利要求1至4任一項所述的裝載機集成控制器，其特征在于所述的微處理器模塊通過SPI總線與電源模塊和安全控制模塊相連。
全文摘要
裝載機集成控制器，屬于工程機械控制技術領域。現有技術存在操作復雜、控制精度低、勞動強度大、誤操作率高、工作效率低、體積較大、能耗高等缺陷。本發明包括含有中央處理器的微處理器模塊、與微處理器模塊相連的信號輸入模塊和功率驅動模塊以及上述模塊供電的電源模塊，所述的功率驅動模塊包括PWM輸出電路和開關量輸出電路。
文檔編號G05B19/04GK101644914SQ20081006341
公開日2010年2月10日 申請日期2008年8月7日 優先權日2008年8月7日
發明者帆 楊 申請人:帆 楊