裝載機(jī)電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡要分析

張乃健

（山推道路機(jī)械有限公司，山東 濟(jì)寧 272100）

眾所周知，傳統(tǒng)的電氣控制設(shè)計(jì)主要是將數(shù)字信號(hào)信息采集、輸出控制、狀態(tài)檢測等融為一個(gè)整體，但各元器件間相對來說是孤立的，每一個(gè)部分都具備獨(dú)立的控制功能。從系統(tǒng)整體化角度分析，采取這種方式，無法實(shí)現(xiàn)對每一部分信息的管理控制，且對故障無法快速排查，導(dǎo)致當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，維修效率和工作效率降低。因此，為提高裝載機(jī)的工作效率和產(chǎn)品性能，讓使用者能夠“傻瓜式”維修或操作，減小對電氣系統(tǒng)故障“談虎色變”的恐懼感，現(xiàn)對電氣系統(tǒng)加以分析與研究，提升電氣系統(tǒng)性能。

1 電氣控制系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)

從整體上分析，在電氣控制系統(tǒng)中，主要包括了四個(gè)部分。第一是控制部分，主要是利用中央控制器進(jìn)行對整機(jī)各個(gè)所需參數(shù)如發(fā)動(dòng)機(jī)油溫指標(biāo)、各液體壓力指標(biāo)、水位、油位、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等進(jìn)行采集、加工、處理、分析，及時(shí)發(fā)送到顯示儀表中，使整機(jī)參數(shù)可視化，有利于操作者掌握整機(jī)情況，同時(shí)將控制信號(hào)發(fā)送到控制末端的執(zhí)行器中，對其動(dòng)作加以控制；第二是顯示部分，配置儀表為步進(jìn)式組合儀表，采用了最為新穎的處理器，其數(shù)據(jù)處理能力比較強(qiáng)，提供車輛運(yùn)行參數(shù)和實(shí)時(shí)故障檢測和報(bào)警等信息。同時(shí)采用LCD顯示屏包含電池電壓刻度表燃油刻度表、工作計(jì)時(shí)器、電池電壓刻度表、以Segment段碼形式表示；第三是控制末端，所涉及到的內(nèi)容包括了電噴發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、調(diào)節(jié)器等，當(dāng)中央控制信號(hào)傳來信息時(shí)進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作；第四是電源部分，主要的作用便是為各電子元器件提供穩(wěn)定電能。在四個(gè)部分的組合下，控制系統(tǒng)的工作流程則為：中央控制器運(yùn)用CAN總線方式，通過各類傳感器對溫度、壓力等信號(hào)加以采集，進(jìn)行調(diào)理與轉(zhuǎn)化傳輸?shù)斤@示器之中，同時(shí)將控制信號(hào)發(fā)送到控制末端的執(zhí)行器，對其動(dòng)作加以控制，降低操作人員操作難度。

2 電氣控制部分設(shè)計(jì)

在本次設(shè)計(jì)中，控制部分的CPU主要采取了TMS320F2812芯片，具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力。硬件設(shè)計(jì)主要包括信號(hào)調(diào)理部分、A/D轉(zhuǎn)換部分、F1812數(shù)字信號(hào)處理、電源管理部分，其系統(tǒng)框架圖見圖1。（1）信號(hào)調(diào)理部分，主要是將非標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行放大處理，易于A/D轉(zhuǎn)換器接收信號(hào)。（2）A/D轉(zhuǎn)換部分，是將模擬信號(hào)利用濾波電路將高頻部分濾掉，然后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，這樣可以將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到特定的存儲(chǔ)單位之中。（3）F2812數(shù)字信號(hào)處理，主要是對各個(gè)部分進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，并且將存儲(chǔ)器以及外設(shè)控制寄存器加以擴(kuò)展。（4）外設(shè)接口部分，利用各種接口完成各項(xiàng)數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)。（5）電源部分，主要是為系統(tǒng)提供電源，為進(jìn)一步降低功耗可以采取雙電源供電的模式。軟件系統(tǒng)的開發(fā)主要采取了CCS，作為代碼調(diào)試工具，可以實(shí)現(xiàn)對DSP指令級(jí)的仿真以及可視化的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析，這樣一來可以進(jìn)一步推動(dòng)DSP軟件設(shè)計(jì)。

圖1 硬件系統(tǒng)框架圖

3 顯示部分的設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)中，主要采取了職能監(jiān)視器，由圖像控制器、總線控制器、時(shí)鐘芯片、觸摸屏芯片、外圍存儲(chǔ)電路所組成。另外顯示器的截面軟件則是依據(jù)嵌入式系統(tǒng)特點(diǎn)進(jìn)行制定的圖形支持系統(tǒng)，從某個(gè)角度分析，這種格局能夠?qū)崿F(xiàn)接口的完善性，應(yīng)用接口可以構(gòu)建多個(gè)窗口，或者根據(jù)實(shí)際的發(fā)展情況在窗口中創(chuàng)建控件，從而提供較為豐富的圖形功能。根據(jù)實(shí)踐證明，這種模式下可以幫助用戶將各種格式的位圖加以顯示，并且能夠?qū)崿F(xiàn)文本的輸出。界面擁有發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫度表、發(fā)動(dòng)機(jī)等預(yù)熱指示燈、機(jī)油壓力等報(bào)警燈、制動(dòng)氣壓表等20多種數(shù)據(jù)顯示。以發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度顯示為例，發(fā)動(dòng)機(jī)水溫表指示冷卻水的溫度，在操作過程中，如果冷卻水的溫度過高（處于紅色區(qū)域103～120℃），發(fā)動(dòng)機(jī)水溫警告燈亮，此時(shí)要馬上停住機(jī)器；在無負(fù)荷的情況下，以中速運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)，等待發(fā)動(dòng)機(jī)水溫警告燈熄滅，發(fā)動(dòng)機(jī)水溫指示數(shù)回到正常范圍40～103℃；啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)后，要進(jìn)行預(yù)熱，直到發(fā)動(dòng)機(jī)水溫表示數(shù)回到正常范圍40～103℃。

用戶界面軟件流程見圖2。

圖2 界面開發(fā)流程圖

4 控制末端與電源的設(shè)計(jì)

控制末端包括采集端和執(zhí)行端，采集端主要是由各類傳感器組成，其中具有代表性的傳感器有轉(zhuǎn)速傳感器、溫度傳感器、液位傳感器等，將信號(hào)通過CAN總線輸入至中央處理器；執(zhí)行端主要是由繼電器和執(zhí)行閥等組成，如WP10工程機(jī)械用非道路三階段電控系列柴油機(jī)起動(dòng)機(jī)由ECU控制，正常工作時(shí)，ECU輸出一個(gè)電流驅(qū)動(dòng)起動(dòng)繼電器，繼電器接通后電瓶帶動(dòng)起動(dòng)機(jī)起動(dòng)。電源主要采取了12V蓄電池，數(shù)量為2量，方式為串聯(lián)，為系統(tǒng)提供24V的直流電源。電源采用在裝載機(jī)工作時(shí)，可自動(dòng)儲(chǔ)存電量電池，延長一次充電后的使用時(shí)間。

通過試驗(yàn)驗(yàn)證后，可證實(shí)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)不僅實(shí)時(shí)性高，可靠性好，裝載機(jī)的工作效率也得到進(jìn)一步提高，通過電液匹配，能夠達(dá)到節(jié)能目的。此電氣系統(tǒng)經(jīng)過優(yōu)化也可用于攤鋪機(jī)、平地機(jī)等各工程機(jī)械中。

5 結(jié)語

綜上所述，電氣控制系統(tǒng)的不斷升級(jí)可以有效改善傳統(tǒng)系統(tǒng)存在的缺陷與不足，在本文所設(shè)計(jì)的電氣控制系統(tǒng)中主要采取了CAN總線的方式，對各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行連接，然后對數(shù)據(jù)與信息進(jìn)行統(tǒng)一控制，這樣可以在裝載機(jī)上實(shí)現(xiàn)多個(gè)子系統(tǒng)的相互整合，從而進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性，并且具有良好的實(shí)用性，提高裝載機(jī)工作效率。

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