20t中型挖掘機控制系統設計

摘 要:本文設計的挖掘機控制系統采用CAN總線網絡結構，主控制器和遠程I/O以ARM7微控制器LPC2000為核心，負責開關信號輸入、模擬信號輸入、數字信號輸入和驅動等功能的處理，軟件部分包含數據采集、數據通信和數據處理三大部分。

關鍵詞:液壓挖掘機GPSCAN總線

中圖分類號:U270文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)09(c)-0113-01

1 控制系統總體介紹

1.1 控制系統功能介紹

工作時，先啟動蜂鳴器，讓工作人員離開生產現場;再起動冷卻泵電機，對液壓電機和鉆頭電機進行冷卻;待冷卻泵穩定工作后，起動液壓泵電機，再起動鉆頭電機開始工作。停機順序與起動順序正好相反。本控制系統要實現的主要功能有:液壓油溫度控制、液壓挖掘機工況監測與故障查找功能、自動挖掘控制、節能控制及遠程監控功能等[4]。

1.2 控制系統整體結構

隨著挖掘機上機電一體化程度的提高，電氣系統己成為一個越來越復雜、完善的系統，這樣導致車身接線越來復雜，使運行可靠性降低、維護難度增大。因此，控制系統中各控制模塊之間采用CAN總線的通訊方式，使繁瑣的各種電氣連線被簡潔的現場總線通信網絡替代，傳輸信號的質量也大幅度提高。主控制器負責集中管理和控制。遠程I/O作為主控制器I/O功能的延伸，負責接受外部信息并受主控制器控制發出信號控制執行機構。人機界面從主控制器獲取整車工作參數予以顯示，和主控制器進行必要的數據交互。GPS全球衛星定位系統可隨時將車輛的位置信息及車輛工作狀態的基本信息傳送給遠程監控系統[4]。控制系統結構見圖1。

2 控制系統設計方案

主控制器是整個系統的管理者，控制方法上采用PID控制與人工智能控制相結合的方法，通過挖掘機裝置軌跡控制，在平整場地、溝槽挖掘中實現自動操縱，并具有示教挖掘功能，減輕駕駛員的作業強度，提高生產率。功率控制模塊采用先進的電液比例控制技術，利用發動機轉速為反饋控制，自動匹配發動機和液壓泵功率，提高經濟性。外圍傳感器集中采集外圍信號。主控制器將遠程I/O、人機界面等設備發送的數據處理后控制本地I/O驅動一些外部執行元件，另一方面通過CAN總線發送遠程控制命令到遠程I/O，由遠程I/O來真正執行對遠程設備即主操作面板按鍵指示燈的控制，同時發送挖掘機工作參數和整車狀態到人機界面和GPS設備，用來本地監控和遠程監控挖掘機的工作狀況。主控制器本地I/O需要對起動機、停車馬達、行走變速、自動潤滑電機及功率匹配模塊等進行控制。挖掘機上大部分執行機構額定工作電流較大，設計時需要由本地I/O控制繼電器或電磁閥間接來控制執行機構。

挖掘機控制系統的主要特點有:(1)采用電子控制壓力補償的負荷傳感控制系統。由負荷傳感控制閥和負荷傳感控制變量泵組成，液壓泵的輸出流量始終等于執行元件(液壓缸、液壓馬達)所需要的流量。(2)通過主控制器對發動機和液壓泵進行功率設定，確定發動機油門開度和液壓泵的排量。使挖掘機根據不同工況，采用不同發動機特性和液壓泵特性，其特性都是由主控制器軟件決定。(3)采用了人工與電子聯合控制的操縱系統。例如在挖掘機整個作業過程中駕駛員可以只操縱一個手柄，其余動作都是自動化的聯鎖運動。但采用手動優先原則，手動操縱時自動控制系統暫停運作。(4)手持式終端故障診斷系統，可以及時發現和處理挖掘機所出現的故障[2]。

3 主控制器軟件設計

主控制器集中接收CAN總線上由兩個遠程I/O、GPS設備發送的數據。處理后一方面通過主控制器控制本地I/O驅動一些設備，另一方面通過CAN總線發送遠程控制命令到遠程I/O，由遠程I/O對操作面板按鍵指示燈控制，同時發送挖掘機工作參數到整車機界面和GPS設備，用來本地監控和遠程監控挖掘機工作狀況。

為能夠及時接收遠程I/O、人機界面和GPS設備通過CAN總線發送數據，軟件設計時不采用查詢方式，采用中斷方式[3]。同時為了提高響應，將CAN接收中斷優先級設置為最高。而定時中斷處理和與時間相關的操作，相對CAN接收信息來說顯得沒那么緊急，如潤滑系統的計時、判斷GPS設備的總線運行情況以及保機工作時長等，將其優先級設置為1。主函數中的whi1e(1)是軟件的循環主體[1]，使程序能夠不斷采集信息，發出信號。主控制器軟件結構如圖2。

4 結語

挖掘機控制系統上安裝GPS系統，可隨時將車輛的位置信息及車輛工作狀態信息傳給遠程監控系統;同時遠程監控系統可將控制指令傳送給車載智能控制系統。設計給出了控制系統的硬件、軟件設計方法。實踐證明，這種方法提高了挖掘機工作的可靠性和工作效率，具有較大的推廣價值。

參考文獻

[1]李正軍.現場總線及其應用技術[M].機械工業出版社.2005.

[2]朱志甫，馮習賓.基于ARM的嵌入式挖掘機控制系統[J].制造業自動化.2009.

[3]吳明暉.基于ARM的嵌入式系統開發與應用[M].人民郵電出版社.2004.

[4]王富春，蔣廷彪．采用ARM9的挖掘機工作裝置智能控制[J].工程機械，2007．