7 t升降平臺車電氣硬件的設計

林志峰

(威海高分子血液凈化集團，山東264210)

7t升降平臺車電氣硬件的設計

林志峰

(威海高分子血液凈化集團，山東264210)

對7 t升降平臺車提出了一種以德國IFM移動控制系統(tǒng)CR0200為核心的電氣硬件設計方案，并對主要控制硬件進行了選型，指出了設計中應注意的問題。為該類型車輛的電氣硬件設計提供了很好的參考借鑒。

升降平臺車；電氣硬件；移動控制器；比例電磁閥；設計

升降平臺車是用來裝卸轉運機場航空集裝箱的工具，它的控制系統(tǒng)與功能在機場站坪車輛中是最復雜的。升降平臺車國外的生產(chǎn)商主要有FMC、TLD、翠普等，國內(nèi)的生產(chǎn)商主要有威海廣泰空港有限公司、中集天達空港設備有限公司。我國目前使用的升降平臺車主要是從國外進口，由于國際市場的該類型車輛被幾個國外的大品牌壟斷，進口車輛的價格較高。平臺車的技術含量高，因此非常有必要對平臺車進行自主設計，生產(chǎn)出性能優(yōu)化的車輛。本文主要描述了7 t升降平臺車的電氣硬件設計。

1 7 t升降平臺車電氣硬件設計的要求

升降平臺車的電氣硬件設計要滿足以下性能需求：

(1)支持比例1路比例電磁閥控制；

(2)支持64路電磁閥控制；

(3)支持CAN總線J1939協(xié)議；

(4)支持CAN總線顯示屏；

(5)支持常規(guī)車燈的開關控制；

(6)支持14路接近開關信號接受；

(7)支持60路開關量信號接受。

2 7 t升降平臺車的電氣硬件設計總體方案

2.1電氣控制主要組成部分布置方案

升降平臺車的電氣控制主要是控制單元(IFM移動控制單元CR0200)通過CAN總線(J1939協(xié)議)，從道以茨發(fā)動機2012控制單元EMR2上采集發(fā)動機的運行參數(shù)，從操作臺控制面板與底盤控制面板采集開關命令指令，從各個接近開關采集限位信號。然后對采集到的信號進行相應的運算處理，給出控制信號，對柴油機進行控制。另外還對各個電磁閥的動作進行控制來完成操作臺的升降以及臺面的運動。同時，將各個參數(shù)通過CAN總線傳送給顯示屏CR1051，顯示當前的柴油機狀態(tài)、通訊狀態(tài)、傳感器狀態(tài)、報警狀態(tài)信號，再將報警信號與運行狀態(tài)信號通過IFM移動控制單元CR0200顯示在底盤控制面板上與操作臺操作面板上，來指示升降平臺車的狀態(tài)。升降平臺車控制箱的分布見圖1。

圖1 升降平臺車控制箱分布圖Figure 1 Profile of control box for lifting platform car

升降平臺車控制模塊的布置可以分為兩種方案：(1)兩個控制器均放在底盤控制柜中。(2)一個控制器放置于底盤控制柜中，另一個控制器放置在操作臺控制柜中。第一種方案的優(yōu)點是可以對所有的信號集中控制，對于整體的程序設計規(guī)劃、調試與維護比較方便。缺點是增加了綜合布線的工作量。第二種方案將信號分開控制，整體的程序設計規(guī)劃受限，調試維護時無法與顯示屏同步察看相應的信號，造成調試維護不便。優(yōu)點是兩個控制柜之間通過CAN總線通訊控制，可減輕綜合布線的工作量。本文選用了第一種布置方案。

2.2升降平臺車電氣控制的功能模塊

升降平臺車的工作原理是通過柴油機提供原始動力源，控制器通過控制液壓系統(tǒng)提供整車的執(zhí)行動力，通過液壓驅動實現(xiàn)升降平臺車的行走與升降、傳輸?shù)裙δ堋Ｉ灯脚_車的功能可以分為以下幾個模塊：(1)控制單元?？刂茊卧蓛蓧KIFM的CR0200移動控制器組成。CR0200是德國易福門電子生產(chǎn)的專用工程機械與液壓可編程邏輯控制器，它支持兩路CAN總線連接，支持多達40點的輸入、40點的大電流輸出，支持8路模擬量信號輸入采集，支持8路PWM信號輸出[1]?？刂茊卧钦麄€系統(tǒng)的指揮中樞，它擔負了整個升降平臺車的通訊、信號采集、驅動輸出、邏輯運算的功能。(2)柴油機控制單元。柴油機控制單元EMR2是道以茨柴油機自帶的控制單元，它的功能是通過CAN總線J1939協(xié)議把柴油機的運行參數(shù)發(fā)送給控制單元，同時接受控制單元提供的驅動信號，對驅動信號進行相應的運算處理后從而控制高壓共軌電噴系統(tǒng)的工作[2]。(3)開關按鈕模塊。開關按鈕模塊是指操作者從外部發(fā)送的所有運行指令的集合，它負責對系統(tǒng)發(fā)送控制指令，直接連接到控制單元的輸入點。(4)接近開關模塊。接近開關通過安裝在不同的機械位置上來實現(xiàn)對前后升降平臺運行的安全保護，直接連接到控制單元的輸入點。(5)車燈、指示燈模塊。車燈的控制遵照普通的車輛規(guī)范，指示燈的控制根據(jù)系統(tǒng)運行的需要來設置，均由控制單元直接輸出。(6)電磁閥模塊。電磁閥是升降平臺車的執(zhí)行機構，平臺車的行走、平臺的升降均由各路電磁閥的動作組合來完成，由控制單元直接控制。(7)顯示模塊。該模塊的器件采用了IFM電子的CR1051彩色顯示屏，該顯示屏支持高溫寬(-40～80℃)、防護等級為IP65、LINUX的操作系統(tǒng)[3]。顯示模塊將控制單元通過CAN總線傳送來的報警信號、系統(tǒng)運行信號、以及總線運行信號顯示在顯示屏上，以進行升降平臺車的調試與維護。

升降平臺車的控制功能模塊布置見圖2。

圖2 升降平臺車控制功能模塊圖Figure 1 Function modules diagram of electric controller for lifting platform car

3 升降平臺車主要控制硬件的選型

3.1控制單元的選型

控制單元是升降平臺車的管理核心，因此控制單元的選型至關重要。在工程車輛的設計發(fā)展過程中其核心邏輯控制經(jīng)歷了三個階段：(1)繼電器邏輯控制階段。在這個階段，升降平臺車的動作邏輯均通過繼電器的邏輯組合來實現(xiàn)，其報警功能僅限于操作面板上的指示燈控制，并且對柴油機無監(jiān)視與控制功能。(2)通用PLC邏輯控制階段。升降平臺車通過通用PLC來實現(xiàn)對升降平臺車動作邏輯的運算輸出，通用PLC能夠進行一定的智能報警指示，但無法對柴油機進行監(jiān)視與控制。(3)專用移動車輛控制器控制階段。升降平臺車通過專用移動控制器來實現(xiàn)對升降車的控制。專用的移動控制器最早是德國BOSCH公司推出的專門針對工程車輛的控制器，其主要功能特點是支持CAN總線(J1939，CAN2.0)、支持對柴油機運行的監(jiān)視與控制、支持多路模擬量輸入與PWM輸出、支持大電流直接輸出、高工作溫寬(-40～80℃)、IP65的防護等級、高抗震性?，F(xiàn)在主要的生產(chǎn)廠商有BOSCH、DANFOSS、EPEC、INTECONTROL、IFM等。本文的設計中采用了德國易富門的CR0200專用車輛移動控制器作為核心控制單元。這款控制器是目前易富門控制系統(tǒng)中功能最強大的控制器，它支持80路輸入、64路復用輸出、16路模擬量復用輸入、48路PWM復用輸出[4]，支持4路CAN總線(其中兩路支持J1939協(xié)議)、2路RS232串通訊。其控制芯片為英飛凌的16位DSP處理器C167CS，主頻為20MHz，程序內(nèi)存為768K的FLASH，它的處理能力完全能滿足升降平臺車的控制需要。由于升降平臺車需要的控制點多達140多個，因此采用了兩塊CR0200模塊，兩個模塊之間通過CAN總線進行通訊，其中一塊作為核心處理器，另一塊作為擴展模塊。

3.2顯示屏的選型

顯示屏用來顯示升降平臺車柴油機運行的各種參數(shù)，升降平臺車運行的各種危險報警指示以及通訊狀況參數(shù)。由于工作的環(huán)境比較惡劣，因此必須采用全防水、耐高低溫、高抗震性的顯示屏。國際上的主要生產(chǎn)廠家有WACHENDORFF、DANFOSS、BOSCH、IFM，本文的匹配設計中采用了IFM的CR1051彩色顯示屏。CR1051是5.7″的彩色顯示器，包括6個可自由編程的帶背景光按鈕、一個帶按鈕功能的編碼器、1路CAN2.0通訊口、2路RS232串口、防護等級為IP67、32M的程序存儲器、32M的數(shù)據(jù)存儲器[5]、內(nèi)置LINUX操作系統(tǒng)。

3.3開關輸入按鈕的選型

升降平臺車的操作主要是通過操作面板上的按鈕來實現(xiàn)，按鈕的操作極其頻繁，而且升降平臺車的工作環(huán)境是常年處于高溫或者高寒，因此對按鈕開關的選擇極其嚴格。在這里均采用HONEWELL公司的軍用級TL系列的鈕子開關，均為全封式IP65以上的防護等級，可以保證在惡劣情況下的正常使用。

3.4接近開關的選型

由于升降平臺車工作時對可靠性要求很高，而接近開關直接關系到升降平臺車正常工作的安全性，因此其工作性能的好壞對系統(tǒng)非常重要。在這里采用了IFM最先進的一款電容式接近開關NI5002，這款接近開關與普通的接近開關的區(qū)別是其內(nèi)部增加了一個旁路電阻[6]并與CR0200移動控制器的特殊輸入點相連接，在NI5002發(fā)生故障(短路或斷路)時，CR0200移動控制器會自動檢測到故障并進行報警處理。

3.5其他部分電氣元件的選型

在控制系統(tǒng)中用到的繼電器采用汽車專用的繼電器；連接底盤控制箱與操作控制臺之間的電纜需要采用高柔性電纜并且考慮到工作環(huán)境中油比較多，還需要用軟管對電纜進行包裹保護；車燈以及各類指示燈必須采用表面防護等級為IP65以上的；各個控制柜與外部器件之間的電氣接口必須用密封件連接，連接端子也必須使用防護等級超過IP65的連接件，這樣才能夠保護電氣系統(tǒng)安全可靠地運行。

4 設計中需要注意的問題

4.1控制單元電源的安全性設計

升降平臺車所有的行走與升降傳輸動作均由液壓系統(tǒng)提供動力，并通過電磁閥的開關邏輯組合來完成。但是，電磁閥是感性器件，多個電磁閥同時開啟關閉的過程中會產(chǎn)生很大的沖擊電壓，如果設計不當而且對系統(tǒng)保護不足就很容易損壞移動控制器與器件。早期在大量應用液壓作為執(zhí)行結構的工程車輛中采用了移動控制器后，由于安全保護措施不當造成了很多不必要的損失。因此在硬件設計中要特別注意這個問題。解決措施主要有兩種：第一，給移動控制器的電源端接入保險。移動控制器的電源多達6路，每一路都必須單獨接入相應的保險，而不是采用一個總保險并接后使用。保險的接入必須按照圖3的連接方式，且保險絲的大小不得改變。第二，在系統(tǒng)總電源的接入端并接一個浪涌保護器。本文中采用的浪涌保護器為IFM的EC2016，它可以保護浪涌電壓為-200V～200V之間的電壓變化。浪涌保護器的安裝方式見圖4。

4.2電氣設計中應急泵的控制問題

升降平臺車的應急泵系統(tǒng)是在升降機的電控系統(tǒng)發(fā)生故障時提供短時間的動力來直接驅動升降平臺車離開飛機，保證飛機能夠安全離港。應急系統(tǒng)在設計上不受控制單元的控制，在設計中要避免把應急系統(tǒng)設計在PLC的控制系統(tǒng)中，而應該是應急系統(tǒng)直接從蓄電池接受動力來驅動升降平臺車。同時由于蓄電池本身能提供的動力有限，因此應急泵的工作時間不能超過2min，應急泵的時間控制用時間繼電器來完成。應急泵控制電路的設計如圖5所示。

4.3升降平臺車行駛的速度控制

升降平臺車的行走系統(tǒng)是液壓驅動系統(tǒng)，即由比例電磁閥提供調速動力。在升降平臺車的運行過程中，柴油機只在固定的兩個速度下運行：怠速和正常速度。升降臺的行駛速度設定為三種：慢速行駛，主要是在靠近目標飛機時做微小距離的調整；中速行駛，帶集裝箱行駛；快速行駛。速度控制踏板提供給控制器(CR0200)0V～24V輸入電壓，速度遞增過程中比例電磁閥的控制電流輸出量范圍逐漸增大。在慢速行駛時，柴油機怠速運行，同時比例電磁閥輸出的電流流量范圍

圖3 保險的接入方式Figure 3 Connection mode of safety

圖4 浪涌保護器的安裝方式Figure 1 Installing mode of surge voltage protector

圖5 應急泵控制電路設計Figure 5 Design for control circuit of emergency pump

減小；在中速與快速行駛時，柴油機常速運行，比例電磁閥輸出的電流流量范圍增大。

5 結論

升降平臺車是機場站坪車輛中控制系統(tǒng)與功能最復雜的車輛，涉及到的電氣、機械、液壓方面的設計非常復雜。電氣控制系統(tǒng)是設備的管理核心，它的硬件方案的正確設計直接影響著機械、液壓性能的正常發(fā)揮與系統(tǒng)運行可靠性。本文以德國IFM的CR0200控制器為控制核心，提出了切實可行的電氣硬件設計方案，同時也對外部控制硬件的選型給出了明確的說明，還強調了在升降平臺車的電氣設計中需要注意的設備控制問題。對該類型車輛電氣硬件的設計具有很高的參考利用價值。

[1] Extended Controller CR0200.

[2] System Description Electronic Engine Gevernor EMR2.

[3] Control Systems CR1051.

[4] System Manual R360Extended Controller CR0200.

[5] Mounting and installation instructions process-and dialogue module PDM360.

[6] IFM NI5002operating instructions.

編輯 杜 敏

Electric Hardware Design of 7 t Lifting Platform Car

LinZhifeng

Taking German IFM mobile control system CR0200 as the key device, one kind of electric hardware design project for 7 t lifting platform car has been put forward, meanwhile, modes selection have been conducted regarding to main control hardwares and the attentive issues have been pointed out as well, which provided valuable reference for electric hardware design of this type vehicle.

lifting platform car; electric hardware; mobile controller; scale electric magnetic valve; design

V351.35

A

2012—07—16