基于CAN總線(xiàn)的運(yùn)梁車(chē)分布式控制系統(tǒng)的研制

杜小剛

(中國(guó)鐵建第十一局集團(tuán)漢江重工有限公司，湖北 襄陽(yáng) 441046)

基于CAN總線(xiàn)的運(yùn)梁車(chē)分布式控制系統(tǒng)的研制

杜小剛

(中國(guó)鐵建第十一局集團(tuán)漢江重工有限公司，湖北 襄陽(yáng) 441046)

應(yīng)用于高鐵PC梁運(yùn)載的運(yùn)梁車(chē)是SPMT特定用途的一種，其電氣液壓控制系統(tǒng)復(fù)雜，傳感器及液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)種類(lèi)及數(shù)量多；基于CAN總線(xiàn)的分布式控制系統(tǒng)架構(gòu)，將控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)成多個(gè)控制模塊，采用CAN總線(xiàn)作為系統(tǒng)中各單元之間交換信息的通道，給系統(tǒng)設(shè)計(jì)和布線(xiàn)帶來(lái)了極大地便利；文章從硬件和軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行闡述，從動(dòng)力控制、轉(zhuǎn)向控制、行走控制、懸掛及支腿控制等，逐步介紹運(yùn)梁車(chē)控制系統(tǒng)的研制過(guò)程和控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成；在參考以往運(yùn)梁車(chē)設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)基礎(chǔ)上，采用了最先進(jìn)的傳感器對(duì)運(yùn)梁車(chē)進(jìn)行了全方位的監(jiān)控和精確的控制；分析了研制過(guò)程碰到的重難點(diǎn)問(wèn)題及解決辦法，為同類(lèi)自行式模塊運(yùn)輸車(chē)(SPMT)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了一定的參考；研制成功的控制系統(tǒng)安裝于公司生產(chǎn)的HJY550運(yùn)梁車(chē)上經(jīng)過(guò)調(diào)試及試運(yùn)轉(zhuǎn)，控制精確、各項(xiàng)功能均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、安全可靠。

SPMT;運(yùn)梁車(chē);測(cè)量控制;液壓系統(tǒng);功率匹配;輔助駕駛系統(tǒng)

0 引言

高速鐵路運(yùn)梁車(chē)基于復(fù)雜電液控制系統(tǒng)的多輪組全液壓輪胎式運(yùn)梁車(chē)，是工程機(jī)械SPMT(self propelled modular transport 自行式模塊運(yùn)輸車(chē))特定用途的一種，用于運(yùn)載高鐵或城際客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)PC梁。它適用于時(shí)速250～350 km鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)32 m、24 m、20 m整孔PC梁片的運(yùn)載，能適應(yīng)便道、鐵路路基、橋梁、隧道、涵洞等路面工況并向架橋機(jī)喂梁，以及馱運(yùn)架橋機(jī)實(shí)現(xiàn)架橋機(jī)梁場(chǎng)掉頭、橋間轉(zhuǎn)移等工作。這里以公司研制的HJY550型自行式全液壓運(yùn)梁車(chē)為例進(jìn)行闡述[1-3]。

對(duì)運(yùn)梁車(chē)的控制包含發(fā)動(dòng)機(jī)控制、行走控制、轉(zhuǎn)向(八字、半八字及斜行等模式)、懸掛及支腿升降控制等，控制對(duì)象及監(jiān)控內(nèi)容多且復(fù)雜，以下將設(shè)計(jì)的過(guò)程及遇到的重難點(diǎn)問(wèn)題做簡(jiǎn)要介紹。

1 運(yùn)梁車(chē)控制系統(tǒng)硬件及軟件設(shè)計(jì)

1.1 運(yùn)梁車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)依據(jù)及功能劃分

根據(jù)運(yùn)梁車(chē)使用工況及《QC/T846-2011重型平板運(yùn)輸車(chē)通用技術(shù)條件》的要求，對(duì)運(yùn)梁車(chē)的控制系統(tǒng)分為發(fā)動(dòng)機(jī)及動(dòng)力系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、懸掛及支腿升降系統(tǒng)四大部分。整個(gè)系統(tǒng)通過(guò)CAN總線(xiàn)將各個(gè)功能模塊互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)分布式控制，總線(xiàn)控制拓?fù)淙鐖D1所示[4-5]。

圖1 運(yùn)梁車(chē)控制系統(tǒng)CAN總線(xiàn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

1.2 運(yùn)梁車(chē)動(dòng)力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

動(dòng)力系統(tǒng)由2臺(tái)275kw康明斯發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)2臺(tái)A4VG250和2臺(tái)A11VO145。

發(fā)動(dòng)機(jī)的控制通過(guò)J1939總線(xiàn)連接到動(dòng)力控制器模塊，司機(jī)室的操作信號(hào)由司機(jī)室的主控制器通過(guò)CAN總線(xiàn)發(fā)送給動(dòng)力艙控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)啟停、轉(zhuǎn)速的控制、同時(shí)采集發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速、冷卻液溫度、機(jī)油壓力、燃油油位等信息并顯示在司機(jī)室的顯示屏上。

1.3 運(yùn)梁車(chē)轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

運(yùn)梁車(chē)的轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)是運(yùn)梁車(chē)控制系統(tǒng)中最為復(fù)雜的一部分，對(duì)于HJY550運(yùn)梁車(chē)，它有21軸，通過(guò)84個(gè)比例電磁鐵實(shí)現(xiàn)對(duì)42個(gè)轉(zhuǎn)向油缸的控制，由42個(gè)編碼器實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)向角度的閉環(huán)控制。轉(zhuǎn)向控制模型如圖2所示。

圖2 運(yùn)梁車(chē)轉(zhuǎn)向控制模型

HYJ550運(yùn)梁車(chē)設(shè)計(jì)為全液壓獨(dú)立轉(zhuǎn)向，每個(gè)輪組均能獨(dú)立轉(zhuǎn)向，方向盤(pán)給定一個(gè)轉(zhuǎn)向角度左右兩側(cè)輪組繞同一個(gè)圓心做同心圓運(yùn)動(dòng)，左右兩側(cè)輪組的轉(zhuǎn)向半徑就不同，分別為R1和R2。圖3、圖4分別給出八字、八字轉(zhuǎn)向模型示意圖，斜行模式下每組輪組轉(zhuǎn)向角度與方向盤(pán)給定角度相同，這里不再做詳細(xì)說(shuō)明[6]。

圖3 運(yùn)梁車(chē)八字轉(zhuǎn)向控制模型

圖4 運(yùn)梁車(chē)半八字轉(zhuǎn)向控制模型

1.3.1 轉(zhuǎn)向數(shù)學(xué)模型及計(jì)算公式

設(shè)定轉(zhuǎn)向方向內(nèi)角首個(gè)轉(zhuǎn)向橋的角度α(方向盤(pán)設(shè)定轉(zhuǎn)向角度)，外角首個(gè)轉(zhuǎn)向橋的角度β，相鄰軸線(xiàn)間距L，同軸線(xiàn)左右兩橋中點(diǎn)間距S。

半八字模式下，內(nèi)角轉(zhuǎn)向半徑R1=10L×cotα+S，外角轉(zhuǎn)向半徑R2=10L×cotα+S+L，轉(zhuǎn)向內(nèi)角前半部每轉(zhuǎn)向橋角度αi=tan-1((10-i)×L)/R1，轉(zhuǎn)向內(nèi)角后半部每個(gè)轉(zhuǎn)向橋的角度為前半部的負(fù)值(鏡像)；轉(zhuǎn)向外角前半部每轉(zhuǎn)向橋角度αi=tan-1((10-i)×L)/R2，轉(zhuǎn)向外角后半部每個(gè)轉(zhuǎn)向橋的角度亦為前半部的負(fù)值(鏡像)。

八字模式下，內(nèi)角轉(zhuǎn)向半徑R1=20L×cotα+S，外角轉(zhuǎn)向半徑R2=20L×cotα+S+L，轉(zhuǎn)向內(nèi)角每轉(zhuǎn)向橋角度αi=tan-1((20-i)×L)/R1；轉(zhuǎn)向外角前半部每轉(zhuǎn)向橋角度αi=tan-1((20-i)×L)/R2[7]。

1.3.2 轉(zhuǎn)向閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為閉環(huán)控制，每個(gè)轉(zhuǎn)向輪組安裝有絕對(duì)值編碼器，以提供實(shí)時(shí)的轉(zhuǎn)向角度測(cè)量，圖5為轉(zhuǎn)向閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)圖。采用閉環(huán)控制可實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)輪組轉(zhuǎn)向的精確控制，同時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)向異常進(jìn)行監(jiān)控，如出現(xiàn)異常便給出報(bào)警信息。

圖5 轉(zhuǎn)向閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)圖

1.4 運(yùn)梁車(chē)行走控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.4.1 運(yùn)梁車(chē)行走控制結(jié)構(gòu)

HJY550的行走控制有3個(gè)變量共同協(xié)調(diào)控制，行走速度及輸出扭矩必須實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)、閉式行走泵以及液壓馬達(dá)進(jìn)行功率匹配，如圖6所示。

圖6 行走驅(qū)動(dòng)控制示意圖

運(yùn)梁車(chē)每個(gè)馬達(dá)安裝有霍爾轉(zhuǎn)速傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)行走速度的監(jiān)控，此外在八字及半八字模式下，內(nèi)外側(cè)輪組馬達(dá)也存在轉(zhuǎn)速差，同樣可以通過(guò)上述轉(zhuǎn)向公式得到內(nèi)外側(cè)馬達(dá)轉(zhuǎn)速比，計(jì)算每個(gè)馬達(dá)實(shí)際需要輸出的轉(zhuǎn)速值轉(zhuǎn)換成馬達(dá)電磁鐵的電流值便可實(shí)現(xiàn)差速控制。

圖7 馬達(dá)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)圖

1.4.2 運(yùn)梁車(chē)防打滑控制

基于閉環(huán)的行走控制，不僅可以實(shí)時(shí)掌控運(yùn)梁車(chē)的行走速度，而且可實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛的差速、防跑偏以及防打滑控制。

直行和斜行模式下，利用速度傳感器，計(jì)算每個(gè)驅(qū)動(dòng)輪的平均轉(zhuǎn)速，超出平均轉(zhuǎn)速一定值(30%)，則認(rèn)為其打滑，對(duì)其執(zhí)行防打滑程序。

在八字或半八字模式下，以轉(zhuǎn)向方向首個(gè)驅(qū)動(dòng)軸線(xiàn)中點(diǎn)的速度為基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速，根據(jù)差速方程計(jì)算出每個(gè)驅(qū)動(dòng)輪的理論轉(zhuǎn)速，再通過(guò)轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)量每個(gè)驅(qū)動(dòng)輪的實(shí)際轉(zhuǎn)速，與理論轉(zhuǎn)速相比較，超出理論轉(zhuǎn)速一定值(15%)，則認(rèn)為其打滑，對(duì)其執(zhí)行防打滑程序[7]。

打滑處理方式：將打滑輪馬達(dá)調(diào)節(jié)至最小排量，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間(2、3秒)后，再次進(jìn)行防打滑判斷，如若仍處于打滑狀態(tài)，則繼續(xù)保持最小排量，反之則恢復(fù)正常行駛模式。

1.5 運(yùn)梁車(chē)懸掛及支腿升降控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

運(yùn)梁車(chē)懸掛由8個(gè)比例電磁鐵控制42支油缸的升降，42支油缸由8球閥進(jìn)行組合為3點(diǎn)或4點(diǎn)同步升降。

運(yùn)梁車(chē)前左、前右、后左、后右4個(gè)角安裝有4個(gè)升降油缸同樣也是由8個(gè)比例閥實(shí)現(xiàn)單支油缸或某幾支油缸的聯(lián)動(dòng)。

1.6 馱梁小車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

馱梁小車(chē)位于運(yùn)梁車(chē)主梁上方，用于喂梁時(shí)與架橋機(jī)前小車(chē)同步駝梁。它由4臺(tái)3KW變頻電氣驅(qū)動(dòng)小車(chē)在主梁上2條軌道上行走，馱梁小車(chē)的控制有本地和架橋機(jī)2種模式，用變頻器控制拖駝梁小車(chē)的行走實(shí)現(xiàn)運(yùn)行方向和速度控制。這里選用西門(mén)子G120變頻器，用STARTER軟件對(duì)變頻器進(jìn)行配置。

1.7codesys軟件簡(jiǎn)介及運(yùn)梁車(chē)程序編制

1.7.1codesys軟件簡(jiǎn)介

CoDeSys是一種功能強(qiáng)大的PLC軟件編程工具，它支持IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)IL、ST、FBD、LD、CFC、SFC六種PLC編程語(yǔ)言，用戶(hù)可以在同一項(xiàng)目中選擇不同的語(yǔ)言編輯子程序，功能模塊等。ABBBachmann，IFM易福門(mén)，EPEC派芬，HOLLYSYS和利時(shí)，intercontrol的PROSYD1131，赫思曼公司iFlex系列、力士樂(lè)的RC系列，TTcontrol公司TTC系列控制器等PLC廠(chǎng)家都是使用Codesys平臺(tái)開(kāi)發(fā)自己的編程軟件的。

HJY550運(yùn)梁車(chē)的控制器采用IFM的CR0032控制器，顯示器選用CR1200，編程軟件為codesys2.3。

1.7.2 運(yùn)梁車(chē)程序編制

HJY550運(yùn)梁車(chē)控制系統(tǒng)復(fù)雜，系統(tǒng)龐大，控制及信號(hào)多而且種類(lèi)多。采用CAN總線(xiàn)的分布式控制極大地降低了硬件布線(xiàn)設(shè)計(jì)難度，也為編程帶來(lái)了極大的便利，編程設(shè)計(jì)上采用程序功能均衡分布，不同的控制功能分別由獨(dú)立的控制器進(jìn)行分層分功能塊進(jìn)行控制，數(shù)據(jù)交互通過(guò)CAN總線(xiàn)進(jìn)行傳輸[9]。

CR0032以及CR1200均有4個(gè)通道的CAN接口，用于監(jiān)控轉(zhuǎn)向角度的編碼器和傾角傳感器、激光測(cè)距傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)ECU等也是選用CANOPEN總線(xiàn)或J1939總線(xiàn)的的，只需添加相應(yīng)的EDS文件或編寫(xiě)總線(xiàn)通訊程序，便可對(duì)編碼器、發(fā)動(dòng)機(jī)ECU進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)預(yù)定控制功能。

如圖9所示，在codesys中按前文所述將一個(gè)個(gè)功能和算法編程封裝為FB模塊，在程序中進(jìn)行調(diào)用，對(duì)于運(yùn)梁車(chē)這樣系統(tǒng)龐大，有許多功能重復(fù)或相似的子控制系統(tǒng)，可極大地減少編程和調(diào)試工作量。

2 重難點(diǎn)及創(chuàng)新設(shè)計(jì)

2.1 重難點(diǎn)問(wèn)題

1)傳感器種類(lèi)及數(shù)量多，選型匹配困難。

由于運(yùn)梁車(chē)所使用的傳感器多而且雜，角度、傾角、距離、壓力、溫度、液位、電流等諸多測(cè)量均在一個(gè)控制系統(tǒng)中集成。要做到信號(hào)接口的匹配也要計(jì)算功耗、注意電流電壓級(jí)別等問(wèn)題。表1中給出運(yùn)梁車(chē)所用到的傳感器數(shù)量及信號(hào)類(lèi)別。

表1 采集信號(hào)與傳感器選定對(duì)照表

2)布線(xiàn)困難。由上邊可以看出，系統(tǒng)傳感器種類(lèi)達(dá)十余種(還未統(tǒng)計(jì)開(kāi)關(guān)量信號(hào))，數(shù)量也有100多個(gè)。加上轉(zhuǎn)向控制液壓閥84個(gè)、行走馬達(dá)控制閥28個(gè)、懸掛及支腿升降控制液壓閥16個(gè)、以及行走泵控制閥4個(gè)，電磁閥的控制信號(hào)也有136個(gè)。這些測(cè)量及控制元件分散、給布線(xiàn)帶來(lái)不小的挑戰(zhàn)，若采用集中式布線(xiàn)，則布線(xiàn)就極為復(fù)雜。

基于CAN總線(xiàn)的分布式控制便解決這一難題，控制器分散布置，就近采集傳感器信號(hào)和控制電磁閥。構(gòu)件和節(jié)段之間采用航空插頭連接，既美觀又方便拆裝和檢修[10]。

3)轉(zhuǎn)向及行走閉環(huán)控制。運(yùn)梁車(chē)的行走及轉(zhuǎn)向控制為整個(gè)控制系統(tǒng)的核心問(wèn)題，控制的精準(zhǔn)和可靠才能使整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)功能得以實(shí)現(xiàn)。這兩個(gè)系統(tǒng)均采用PID控制和調(diào)節(jié)，相比來(lái)說(shuō)轉(zhuǎn)向的控制和調(diào)節(jié)要復(fù)雜的多。采用MATLAB所提供的SIMULINK來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析，可對(duì)機(jī)械液壓系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行仿真，用SIMULINK工具箱的PID控制器來(lái)對(duì)上文中的PID控制算法進(jìn)行建模。通過(guò)仿真調(diào)節(jié)觀察系統(tǒng)在階躍信號(hào)下的響應(yīng)曲線(xiàn)得出理論KP,KI,KD值，作為在實(shí)際調(diào)試中的參考。轉(zhuǎn)向PID程序如下：

IF CYL>T THEN

Et[2]:=Et[1];

Et[1]:=Et[0];

Et[0]:=PV-SV;

Et[3]:=Et[2]+Et[1]+Et[0];

IF ABS(Et[0])>Dead AND Ref_Enable THEN

Ut[0]:= KP*(Et[0] +Et[3]* KI+ KD* (Et[0]-Et[1] ))+Mina;

IF Et[0]<0 AND Ut[0]<-OutMax THEN

Ut[0]:=-OutMax;

ELSIF Et[0]>0 AND Ut[0]>OutMax THEN

Ut[0]:=OutMax;

END_IF

ELSE

Ut[0]:=0;

END_IF

CYL:=0;

Out:=REAL_TO_INT(Ut[0]);

ELSE

CYL:=CYL+1;

END_IF

這里采用離散PID控制算法實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)向油缸的控制，設(shè)計(jì)控制精度要求為±0.5°，實(shí)際調(diào)試測(cè)量精度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

4)控制安全互鎖問(wèn)題。

(1)控制權(quán)。由于運(yùn)梁車(chē)一般由前后2個(gè)司機(jī)室，同一時(shí)刻只允許有一臺(tái)司機(jī)室的操作有效，每個(gè)司機(jī)室均設(shè)置有控制權(quán)旋鈕，哪個(gè)司機(jī)室先選擇哪個(gè)司機(jī)室就有效，后選擇無(wú)效，切換控制權(quán)只需將當(dāng)選控制權(quán)旋鈕關(guān)掉再選擇另外一個(gè)司機(jī)室控制權(quán)即可。

(2)各個(gè)功能操作之間的互鎖。司機(jī)室設(shè)置有行走模式選擇開(kāi)關(guān)、液壓升降選擇開(kāi)關(guān)等功能選擇旋鈕，每個(gè)功能選擇旋鈕下的幾個(gè)操作功能是互鎖的。

(3)多方位的監(jiān)控。系統(tǒng)全方位配置了從轉(zhuǎn)向角度、行走速度、液壓系統(tǒng)及氣壓系統(tǒng)壓力、隧道及橋面輔助行走的傳感器監(jiān)控系統(tǒng)，給運(yùn)梁車(chē)的運(yùn)行安全提供了強(qiáng)有力的保障。

2.2 創(chuàng)新設(shè)計(jì)

1)基于CAN總線(xiàn)分布式控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化系統(tǒng)及布線(xiàn)設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)傳輸延時(shí)性更小，控制更精準(zhǔn)。由于系統(tǒng)龐大，各控制器之間數(shù)據(jù)傳輸量大，而轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制精度及協(xié)調(diào)性要求系統(tǒng)控制延時(shí)及系統(tǒng)掃描周期更小，CR0032控制器為32位控制器，運(yùn)算速度更快，CAN總線(xiàn)傳輸速率一律采用250K，基于這樣的配置和分布式的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在設(shè)備上應(yīng)用、調(diào)試、試運(yùn)轉(zhuǎn)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

2)自動(dòng)輔助駕駛功能。

駕駛系統(tǒng)采用先進(jìn)的激光測(cè)距傳感器，在運(yùn)梁車(chē)前后四角安裝4套高精度激光測(cè)距傳感器，控制系統(tǒng)可在隧道和橋面自動(dòng)計(jì)算運(yùn)梁車(chē)距左右隧道或左右橋面偏差，并以數(shù)值形式顯示在顯示器上，超過(guò)一定偏差是給出報(bào)警信息，由駕駛員采取相應(yīng)措施。

3)喂梁距離實(shí)時(shí)顯示功能。

運(yùn)梁車(chē)前端安裝有激光測(cè)距傳感器，用以在喂梁時(shí)檢測(cè)并在顯示屏上顯示與架橋機(jī)距離，報(bào)警距離和停機(jī)距離可在顯示屏上設(shè)置。當(dāng)運(yùn)梁車(chē)運(yùn)行到離架橋機(jī)距離小于或等于設(shè)定報(bào)警距離時(shí)，喂梁報(bào)警蜂鳴器發(fā)出報(bào)警信號(hào)；當(dāng)運(yùn)梁車(chē)運(yùn)行到離架橋機(jī)距離小于或等于設(shè)定停機(jī)距離時(shí)，喂梁報(bào)警蜂鳴器發(fā)出報(bào)警信號(hào)的同時(shí)運(yùn)梁車(chē)停止前進(jìn)。

4)自動(dòng)調(diào)平及傾斜報(bào)警功能。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)有整機(jī)水平狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)安裝在主梁上的2個(gè)雙軸傾角傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控運(yùn)梁車(chē)縱橫向水平姿態(tài)，超過(guò)設(shè)定限值停止行走并自動(dòng)調(diào)平，當(dāng)超過(guò)危險(xiǎn)值時(shí)停止行走并通過(guò)報(bào)警器給出報(bào)警信號(hào)，可有效預(yù)防運(yùn)梁車(chē)的傾覆。

3 總結(jié)與分析

3.1 總結(jié)

運(yùn)梁車(chē)的安全穩(wěn)定運(yùn)行是機(jī)械、液壓系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)的完美結(jié)合，在設(shè)備研制過(guò)程中遇到方方面面的問(wèn)題，受限于篇幅文中僅從幾個(gè)大的方面做了簡(jiǎn)要的探討。

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)半年左右的設(shè)計(jì)，從方案設(shè)計(jì)、元件選型、圖紙繪制、制作調(diào)試，設(shè)備已在現(xiàn)場(chǎng)試運(yùn)行中，所有功能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。在滿(mǎn)足工況及規(guī)范要求的同時(shí)，也對(duì)設(shè)備的使用安全、可靠性方面也做了更進(jìn)一步的研究，增加了自動(dòng)輔助駕駛、喂梁距離實(shí)時(shí)顯示功能、自動(dòng)調(diào)平及傾斜報(bào)警功能等。提高了設(shè)備的安全性、可操作性及自動(dòng)化程度。

3.2 分析

經(jīng)過(guò)試運(yùn)行，運(yùn)梁車(chē)整體運(yùn)行良好，但仍然有有待提高和優(yōu)化的地方，如：

1)發(fā)動(dòng)機(jī)、泵、馬達(dá)的功率匹配。這一直是困擾我的一個(gè)大問(wèn)題，理論上來(lái)說(shuō)，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)和泵、以及馬達(dá)的工作曲線(xiàn)，擬合其在額定功率下三條曲線(xiàn)交叉點(diǎn)Q點(diǎn)附近的區(qū)間即為功率匹配最佳區(qū)間，但實(shí)際工作中我們僅能通過(guò)監(jiān)控液壓系統(tǒng)壓力及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)通過(guò)人工綜合判斷來(lái)進(jìn)行匹配發(fā)動(dòng)機(jī)(轉(zhuǎn)速旋鈕)、泵(油門(mén)踏板)以及馬達(dá)(檔位)的工作參數(shù)，未來(lái)還需在此做深入研究，通過(guò)軟件程序來(lái)匹配功率，簡(jiǎn)化操作[11]。

2)目前僅實(shí)現(xiàn)在橋面、隧道內(nèi)的輔助駕駛功能，控制系統(tǒng)僅對(duì)車(chē)輛行駛方向偏差給出參考，需操作者根據(jù)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。未來(lái)還需對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)，即選擇自動(dòng)駕駛后，在隧道內(nèi)和橋面上運(yùn)梁車(chē)可根據(jù)傳感器參數(shù)自動(dòng)調(diào)整運(yùn)行軌跡。而要實(shí)現(xiàn)全程自動(dòng)駕駛，一種方案是在路面埋設(shè)磁釘，實(shí)現(xiàn)磁導(dǎo)航，但成本較高，在碼頭集裝箱轉(zhuǎn)運(yùn)AGV小車(chē)應(yīng)用較多且比較成熟；第二種方案是在路面刷油漆，用攝像頭實(shí)現(xiàn)視覺(jué)導(dǎo)航[12]。但這兩種方案均存在成本和可操作性的問(wèn)題，還得需要探索其他方法。

3)基于CAN總線(xiàn)的HJY550運(yùn)梁車(chē)電氣控制系統(tǒng)的研制成功，不僅使公司在技術(shù)領(lǐng)域有質(zhì)的提高，在自行式模塊運(yùn)輸車(chē)控制領(lǐng)域也提供了一定的參考，在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用快速發(fā)展的今天，特種設(shè)備進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理及故障診斷必定是提升設(shè)備的自動(dòng)化程度，增加設(shè)備附加值進(jìn)而增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力的一大趨勢(shì)[13]。

4 結(jié)束語(yǔ)

歷經(jīng)半年多的設(shè)計(jì)、制作到安裝調(diào)試，運(yùn)梁車(chē)已結(jié)束試運(yùn)行階段，正式運(yùn)載PC梁。系統(tǒng)的可靠性、安全性、易操作性得到檢驗(yàn)。用戶(hù)一致認(rèn)為該運(yùn)梁車(chē)電氣控制系統(tǒng)較以往使用運(yùn)梁車(chē)先進(jìn)、操作直觀易上手、檢修維護(hù)也省時(shí)省力。

[1] 中華人民共和國(guó)鐵道部.TB/T 3295—2013，高速鐵路箱型運(yùn)梁車(chē)[S]，北京：中國(guó)鐵道出版社，2013.

[2] 黃耀怡，余春紅.論我國(guó)大噸位輪胎式運(yùn)梁車(chē)的發(fā)展與創(chuàng)新之路(上)[J].鐵道建筑與技術(shù)，2015(9)：1-17.

[3] 黃耀怡，余春紅.論我國(guó)大噸位輪胎式運(yùn)梁車(chē)的發(fā)展與創(chuàng)新之路(下)[J].鐵道建筑與技術(shù)，2015(12)：1-13.

[4] IFM electronic Co. Ltd..know how ecomatmobile.pdf [EB/OL]，(2014-10-30). https://www.ifm.cn/mounting/7391020UK.pdf.

[5] IFM electronic Co. Ltd..Original Programming Manual classic controller CR0032.pdf [EB/OL]，(2016-01-29). https://www.ifm.cn/mounting/7391021UK.pdf.

[6] 王慶豐，黃 茹，劉培勇，等.SLC900型運(yùn)架一體機(jī)轉(zhuǎn)向同步算法研究[J].液壓與氣動(dòng)，2013(9)：15-19.

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[8] Simens Co. Ltd..sinamics-g120-控制單元-cu240b-2-cu240e-2參數(shù)手冊(cè).PDF[EB/OL]，(2014-04).https://support.industry.siemens.com/cs/document/99683523/sinamics-g120-控制單元-cu240b-2-cu240e-2?dti=0& lc=zh-CN.

[9] 葉程祥，夏繼強(qiáng).雙轉(zhuǎn)向架驅(qū)動(dòng)AGV的分布式控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].儀表技術(shù)與傳感器，2015(9)：68-71.

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[11] 趙靜一，孫炳玉，李鵬飛.900t提梁機(jī)液壓走行系統(tǒng)原理分析及其功率匹配[J].液壓與氣動(dòng)，2007(12)：39-41

[12] 鄭炳坤，賴(lài)乙宗，葉 峰.磁導(dǎo)航AGV控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].自動(dòng)化與儀表，2014(3)：6-10.

[13] 杜小剛.起重機(jī)械安全監(jiān)控管理系統(tǒng)的研制[J].鐵道建筑與技術(shù)，2016(12)：90-94.

Research of Distributed Electrical Control System for Transpoting Girder Vehicle Based on CAN Bus

Du Xiaogang

(China Railway 11th Bureau Group Co. Ltd. Hanjiang Heavy Industry Company, Xiangyang, Hubei 441046, China)

The beam carrier used for high-speed PC beams is a kind of SPMT-specific use，its electrical hydraulic control system is complex, the type and quantity of sensors and hydraulic actuators are numerous. The control system based on CAN bus distributed control system architecture, and designed into multiple control modules. The use of CAN bus as the system of information exchange between the various units of the channel, to the system design and wiring has brought great convenience. This paper expatiates on the hardware and software design, from the dynamic control, steering control, driving control, suspension and outrigger control, and gradually show the design process and control system structure of the control system. In the light of the advantages and disadvantages of the previous design of the beam vehicle, based on the use of the most advanced sensors on the beam vehicle for a full range of monitoring and precise control. This paper analyzes the heavy and difficult problems encountered in the development process and its solutions, which provides some reference for the design of the control module (SPMT). Successful development of the control system installed in the company's HJY550 beam vehicle after debugging and commissioning, precise control, the functions are to meet the design requirements, the system is stable, safe and reliable.

SPMT; transpoting girder vehicle; measurement and control; hydraulic system; power matching; assisted driving system

2017-02-15；

2017-03-13。

杜小剛(1984-)，男，湖北廣水人，碩士研究生，電力電子與電力傳動(dòng)，技術(shù)中心副主任兼電氣液壓控制室主任(工程師)，主要從事鐵路提運(yùn)架設(shè)備、隧道設(shè)備、起重機(jī)械等非標(biāo)工程機(jī)械電氣液壓控制方向的研究。

1671-4598(2017)05-0094-05

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2017.05.026

TP273

A