電控系統(tǒng)工程機(jī)械論文
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1.1控制器
Parker具有多種控制器，包括支持CAN協(xié)議、多線程、帶大型液晶顯示、帶觸控屏、支持安全功能等多款主控制器及擴(kuò)展控制器。Parker的控制器根據(jù)開(kāi)發(fā)平臺(tái)的不同分為三種系列，首先是基于Matlab/Simulink編程的CM系列，主要用于大批量定制化的控制系統(tǒng)，如用于控制變速箱的CM0711，用于控制挖掘機(jī)、裝載機(jī)的CM3620等；其次是基于模塊化編程平臺(tái)的IQAN系列，主要用于中小批量且用戶可編程的控制系統(tǒng)，如用于控制比例閥的XA2、用于控制高空作業(yè)設(shè)備的安全模塊MC3等；還有基于梯形圖編程形式的VMM系列，主要用于多路復(fù)用控制系統(tǒng)，如用于控制風(fēng)扇散熱系統(tǒng)的VMM0604等。Parker的控制器采用堅(jiān)固的殼體設(shè)計(jì)，配備車載防護(hù)連接器，內(nèi)部具有防止冷凝隔膜，具有高可靠性及耐用性，嚴(yán)格符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，適用于室外環(huán)境使用。
1.2顯示器
Parker的顯示器包括支持CANJ1939協(xié)議、ISOBUS協(xié)議、配置大型液晶屏、觸控屏、多儀表板等多種類型。多年以來(lái)的應(yīng)用，證明了產(chǎn)品的技術(shù)及穩(wěn)定性完全符合各種工況需求。例如運(yùn)用了完全集成型高亮度的IQAN-MD4顯示器，可在IQANdesign環(huán)境中快速進(jìn)行配置，用戶可編程的全新觸摸顯示屏為工業(yè)車輛提供了直觀的界面。MD4顯示器分為5.5英寸、7英寸和10英寸三種型號(hào)，支持?jǐn)z像頭視頻信號(hào)輸入與顯示，使駕駛操作更加簡(jiǎn)便智能。
1.3傳感器
Parker具有廣泛的傳感器系列，包括壓力、溫度、接近，速度、轉(zhuǎn)角及傾角等。產(chǎn)品的先進(jìn)技術(shù)及穩(wěn)定性完全符合各種工況需求，經(jīng)過(guò)不斷研發(fā)創(chuàng)新，設(shè)備精度在同類產(chǎn)品中處于領(lǐng)先水平。
1.4手柄等附件
Parker的手柄設(shè)計(jì)緊湊、質(zhì)量輕、安裝尺寸小、操作力小，具有耐候性和安全性等特點(diǎn)，特別適用于精確控制。手柄通過(guò)CAN總線與其他模塊連接，大量的輸入接口使基座成為很好的輸入模塊。Parker的手柄主要有LC5系列、LC6系列、LSL系列和LST系列。LC5系列是大型多軸向手柄，任意方向的全行程力達(dá)到100Nm，具備較大的抗扭強(qiáng)度，適用于戶外使用。LC5手柄內(nèi)部采用非接觸霍爾型雙路傳感器，為高安全性和可靠性提供保證。此外，手柄的基座、殼體、波紋套、按鍵數(shù)量、滾輪數(shù)量、觸發(fā)開(kāi)關(guān)等都可以根據(jù)用戶需求進(jìn)行定制，以滿足用戶的不同控制要求。LC6系列手柄作為L(zhǎng)C5系列的升級(jí)版，增加了手柄自由度，從而增加了模擬量輸入接口，減少了復(fù)雜系統(tǒng)操控時(shí)的手柄復(fù)用。同時(shí)其安裝更加簡(jiǎn)化，具有更強(qiáng)的抗噪能力和更長(zhǎng)的使用壽命。LSL系列是單軸手柄，有中位止動(dòng)、手柄頂部開(kāi)關(guān)、電磁止動(dòng)幾種選配，用于液壓比例控制。LST系列是一款微型手柄，安裝在工程機(jī)械的座椅扶手或儀表板上，用于液壓比例控制。此外，Parker還有電子油門(mén)踏板、USB-DLA數(shù)據(jù)服務(wù)工具、診斷和網(wǎng)關(guān)模塊、線束接插件等產(chǎn)品，以供用戶進(jìn)行選配。
1.5應(yīng)用案例
為基于Parker控制器的挖掘機(jī)電控系統(tǒng)硬件解決方案。該方案的核心控制器是CM3620主模塊，它擁有36個(gè)輸入和20個(gè)輸出，具有2路CAN/J1939接口和1路RS232通信接口，可滿足用戶的控制需求。該系統(tǒng)還使用了顯示器和G1診斷網(wǎng)關(guān)，同時(shí)配備了與上位機(jī)軟件進(jìn)行交互的DLA數(shù)據(jù)服務(wù)工具。使用的傳感器主要有電子油門(mén)旋鈕、壓力傳感器、溫度傳感器、速度傳感器、液位傳感器等。
2軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)
Parker電控系統(tǒng)基于IQAN、VMM、Raptor三種開(kāi)發(fā)平臺(tái)。IQAN平臺(tái)是基于模塊化編程的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，用戶無(wú)需具備編程經(jīng)驗(yàn)，可以直接設(shè)計(jì)所期望的機(jī)器功能。它包含了IQAN-design、IQAN-Simulate、IQAN-run等軟件。IQAN-design是高級(jí)的圖形設(shè)計(jì)工具，它簡(jiǎn)化了行走機(jī)械應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)，從而縮短了開(kāi)發(fā)時(shí)間。該工具提供了大量的預(yù)定義模塊，如閉環(huán)控制，信號(hào)處理，數(shù)學(xué)計(jì)算，通訊協(xié)議和系統(tǒng)診斷等，主要用于系統(tǒng)布局和機(jī)器功能設(shè)計(jì)。IQAN-simulate是仿真工具，能夠仿真IQAN應(yīng)用程序中的所有硬件模塊，在應(yīng)用程序中可方便地使用屏幕上的拖動(dòng)條對(duì)所有輸入量進(jìn)行仿真。在仿真輸入的同時(shí)可以測(cè)量結(jié)果（輸出值），也可以進(jìn)行FEMA（失效模式分析）。軟件仿真比在實(shí)際機(jī)器上測(cè)試新應(yīng)用程序更安全。仿真運(yùn)行和實(shí)際狀態(tài)一樣，可以查看顯示界面，調(diào)整參數(shù)，觀察記錄，測(cè)試用戶界面等內(nèi)容。IQAN-run可以在開(kāi)發(fā)階段運(yùn)用“高級(jí)圖形測(cè)量”和“機(jī)器統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)收集”功能優(yōu)化機(jī)器性能。IQAN-analyze是通用的CAN總線分析儀。用戶可以通過(guò)簡(jiǎn)便的方式觀察CAN總線上的通訊，也可以記錄所觀察的數(shù)據(jù)并進(jìn)行保存供日后使用。是基于梯形圖編程的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)。該平臺(tái)采用多路復(fù)用技術(shù)，將控制模塊通過(guò)J1939屏蔽雙絞線互聯(lián)，允許模塊可以接收輸入、驅(qū)動(dòng)輸出，并將輸入輸出信息通信給系統(tǒng)中的其他部件。梯形邏輯中的輸入和輸出可以來(lái)自通過(guò)J1939網(wǎng)絡(luò)連接到一起的一個(gè)或多個(gè)模塊。Raptor平臺(tái)是基于Matlab/simulink編程的開(kāi)發(fā)平臺(tái)。該平臺(tái)是CAN協(xié)議圖形化定義工具，擁有圖形化的應(yīng)用程序界面，而且具有Motohawk到Raptor的自動(dòng)轉(zhuǎn)化腳本。為基于IQAN平臺(tái)開(kāi)發(fā)的小型液壓挖掘機(jī)電控系統(tǒng)。根據(jù)硬件選型結(jié)果拖拽到編譯系統(tǒng)中進(jìn)行邏輯連接，對(duì)各模塊進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，并對(duì)主模塊進(jìn)行編程。主程序包括“Joysticks”、“Engine”、“Diagnostics”、“Blade”、“Excavator”六個(gè)功能組，通過(guò)對(duì)輸入輸出的設(shè)置以及內(nèi)部通道的邏輯和算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)整機(jī)性能的精確控制。
3系統(tǒng)仿真
系統(tǒng)仿真主要通過(guò)IQAN軟件自帶的“IQAN-Run”和“IQAN-Simulate”進(jìn)行。IQAN-Run用來(lái)對(duì)程序進(jìn)行運(yùn)行和調(diào)試，主要包括調(diào)參數(shù)、設(shè)置比較、設(shè)置權(quán)限、上傳/下載程序以及日志管理等功能；IQAN-Simulate用來(lái)對(duì)應(yīng)用程序進(jìn)行虛擬仿真，以及系統(tǒng)的演示和驗(yàn)證。所示為小型液壓挖掘機(jī)電控系統(tǒng)的仿真。將編寫(xiě)好的小挖程序進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，并手動(dòng)調(diào)節(jié)手柄的模擬量輸入，可以得到顯示模塊中相應(yīng)參數(shù)值的變化。還可將其中的參數(shù)值設(shè)為可調(diào)恒。
4總結(jié)
Parker產(chǎn)品具有多種硬件序列，提高了硬件選型的靈活性，針對(duì)不同機(jī)型的應(yīng)用可選擇更加合適的硬件系統(tǒng)；Parker的三種軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，突顯了可視化編程的便捷性與直觀性。基于Parker控制器的工程機(jī)械電控系統(tǒng)滿足了可靠性、舒適性以及操控靈活性的要求，并以其較高的性價(jià)比兼顧了工程機(jī)械的成本限制因素；同時(shí)，該電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)符合控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)“V字形”流程，精簡(jiǎn)了開(kāi)發(fā)環(huán)節(jié)，減少了檢測(cè)和調(diào)試次數(shù)，節(jié)約了時(shí)間和成本。
作者：馮金泉 郭朋彥 張瑞珠 馬付屹 張寧 單位：華北水利水電大學(xué)機(jī)械學(xué)院 意昂神州（北京）科技有限公司