探討工程機械控制器與其相關(guān)控制技術(shù)

楊文剛

（山西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院工程機械系，山西 太原030031）

近年來，隨著電子技術(shù)的不斷進步，工程機械的控制器由原本的電路控制器逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榭删幊炭刂破?，使工程機械的智能控制能力和數(shù)據(jù)處理能力得到了極大的提高，工程機械也進入了全新的發(fā)展領(lǐng)域。智能化控制器和新型控制技術(shù)應(yīng)用，例如以太網(wǎng)現(xiàn)場總線控制技術(shù)、嵌入式軟PLC控制技術(shù)、工程機械液壓系統(tǒng)動力匹配系統(tǒng)控制技術(shù)的應(yīng)用，使工程機械操作的準確性得到了很大的提高，實現(xiàn)了對工程機械工作狀態(tài)的實時控制。本文分析了工程機械控制器的組成以及控制技術(shù)的工作原理，希望可以有效提高工程機械的工作效率，保證工程工作人員的人身安全，促進工程建設(shè)的發(fā)展。

1 工程機械控制器的現(xiàn)狀

工程機械控制器最開始只是通過簡單的智能系統(tǒng)實現(xiàn)對機械結(jié)構(gòu)部件的運動控制，但是控制效果并不好，不能實現(xiàn)工程機械的實時控制，但是隨著工程機械控制器的發(fā)展，逐漸出現(xiàn)了微型控制系統(tǒng)、PLC可編程控制器，促進了工程機械的發(fā)展。我國對于工程機械控制器的研究比較晚，所以最開始大多應(yīng)用國外的工程機械控制器。國外的工程機械控制器大多基于PLC的模式進行開發(fā)，但是缺少實時的操作系統(tǒng)，例如西門子、日立、三菱等等，其中微型控制器在工程機械中應(yīng)用較為廣泛，通過在微型控制器當(dāng)中安裝不同控制軟件，應(yīng)用到不同的工程機械中。工程機械在工作時，控制器荷載變化比較劇烈，而且工程機械的使用環(huán)境非常惡劣，所以控制器的控制難度非常大。傳統(tǒng)的控制器不能對工程機械的工作狀態(tài)進行監(jiān)控和分析，不能實現(xiàn)良好的控制效果。我國工程機械的控制器大多使用國外的產(chǎn)品，例如西門子、力士樂等等，由于沒有自主研發(fā)的控制軟件，所以需要進行外部采購[1]。智能化可編程控制器的應(yīng)用使工程機械的可靠性得到了有效地提高，使工程機械的操作和運行更加簡單和流暢。新型的嵌入式可編程控制器在工程機械上的應(yīng)用已經(jīng)成為了主流，使工程機械的操作指令更加簡單，并且現(xiàn)行的工程機械控制器還具有過載保護的功能，使用起來更加方便。

工程機械控制器和控制技術(shù)在不斷發(fā)展的過程中形成了一定的標(biāo)準，在控制器的編程環(huán)境、通信接口以及驅(qū)動協(xié)議等方面，各個廠家制造的控制器逐漸實現(xiàn)了共通，全部實現(xiàn)了信息化的故障智能檢測，并將GPS與GSM技術(shù)與工程機械控制技術(shù)緊密的結(jié)合在了一起，實現(xiàn)了工程機械的遠程控制、遠程定位、遠程數(shù)據(jù)傳輸與采集等等，有效地規(guī)避了工程機械在運行過程中的風(fēng)險。對工程機械控制器的研究也逐漸向著平臺集中開發(fā)調(diào)度的方向發(fā)展。

2 工程機械控制器的組成及原理

（1）控制器的系統(tǒng)硬件組成

控制器系統(tǒng)硬件組成主要有控制模塊、電源模塊、數(shù)據(jù)傳輸存儲模塊、人機交互模塊和狀態(tài)監(jiān)測模塊。其中電源模塊對工程機械的控制器進行供電，一般連接到工程機械的車載蓄電池上，電源模塊中有濾波電容，可以減少蓄電池供電的電壓波動，限制運行過程中瞬間電流的產(chǎn)生，使工程機械的運行穩(wěn)定性更高；控制模塊是整個控制器的核心，該模塊與工程機械的動力系統(tǒng)相連接，實現(xiàn)工程機械的智能化實時控制，并且控制模塊可以通過串口連接外部設(shè)施進行智能升級，以此來適應(yīng)大部分的工程機械智能控制；人機交互模塊可以顯示每個控制信息，讓工程機械的控制操作可以在顯示屏上體現(xiàn)出來[2]。

（2）PLC可編程工程機械控制器的工作原理

工程機械控制器的工作原理分為五個階段，分別是內(nèi)部信息的處理、與控制器的通信處理、輸入掃描、程序執(zhí)行、輸出處理等，當(dāng)工程機械開始運行時，控制器的通信功能啟動，實現(xiàn)對工程機械的通信處理，掃描具體的工作程序，掃描完成后對工程機械發(fā)出具體的工作指令，程序輸出，輸出端連接工程機械的控制部分，實現(xiàn)工程機械的預(yù)編控制。這五個階段合在一起成為控制器的一個工作周期，在完成一個工作周期之后，又重新的執(zhí)行此工作周期。由于工作周期的長短不同，所以對控制器的控制性能要求比較高，如果較長的工作掃描時間就會導(dǎo)致控制器的響應(yīng)時間比較慢，不利于控制器的精準控制?？刂破鲯呙柚芷诘臅r間等于控制器內(nèi)部處理時間與通信傳輸時間、輸入時間、程序響應(yīng)時間、輸出時間的總和。每個控制器的內(nèi)部處理時間是固定不變的，通信時間會受到網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)挠绊?，程序的響?yīng)時間取決于整個程序的長短，輸入輸出時間與控制器的存儲狀態(tài)相關(guān)[3]。工程機械的控制器在代碼輸入時，一定要保證所有的代碼全部符合操作要求，并且也要將定時中斷等代碼輸入到控制器當(dāng)中，保證控制器運行的及時和有效。隨著工程機械控制器的發(fā)展，逐漸出現(xiàn)了幾種新型的控制技術(shù)，例如以太網(wǎng)現(xiàn)場總線控制技術(shù)、嵌入式軟PLC控制技術(shù)、工程機械液壓系統(tǒng)動力匹配控制技術(shù)等等。這些技術(shù)可以更好的實現(xiàn)工程機械的實時控制，提高了工程機械的工作效率。

3 工程機械的控制器的幾種新型控制技術(shù)

（1）以太網(wǎng)現(xiàn)場總線控制技術(shù)

以太網(wǎng)現(xiàn)場總線控制技術(shù)可以實現(xiàn)工程機械控制器之間的信息迅速交換，提高工程機械信息交換的可靠性，它通過超高速的通信功能，實現(xiàn)工程機械某些不可能達到的控制功能?，F(xiàn)在很多的工程機械制造廠商都在研制適合現(xiàn)場總線控制技術(shù)的控制器，并將這類控制器直接應(yīng)用到工程機械的器件層上。

（2）嵌入式軟PLC控制技術(shù)

PLC控制技術(shù)的通用性比較強，而且工程機械上的PLC控制系統(tǒng)安裝和后期維護都非常簡單，有很強的抗干擾能力，但是隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，工程機械的具體工作狀況越來越復(fù)雜，傳統(tǒng)的PLC已經(jīng)不能實現(xiàn)對工程機械故障的實時診斷，無法對工程機械的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)進行采集，所以更加智能化的嵌入式軟PLC控制技術(shù)應(yīng)運而生[4]。該控制技術(shù)的硬件結(jié)構(gòu)是開放式的，操作指令比傳統(tǒng)的PLC操作指令更加豐富，而且在控制程序的開發(fā)方面變得更加簡單，使工程機械控制技術(shù)的性價比得到了很大的提升?？刂破鲀?nèi)部主要處理器的實時計數(shù)器由原本的16位逐漸轉(zhuǎn)化為32位、64位，向著多核發(fā)展，使工程機械的控制性能得到了很大的提升。

（3）工程機械液壓系統(tǒng)動力匹配及控制技術(shù)

液壓系統(tǒng)動力匹配控制技術(shù)可以有效提高工程機械發(fā)動機利用效率，使工程機械的泵在暫時不使用的情況下，可以將功率分配給其它的泵。當(dāng)工程機械的負載發(fā)生變化時，控制器自動監(jiān)測出其變化情況，對功率進行分配，保證工程機械的最低能源消耗，并滿足工程機械工作的最大功率[5]。該控制技術(shù)在工程機械中的應(yīng)用，可以對工程機械的功率進行優(yōu)化處理，提高工程機械在各種工作環(huán)境中的適應(yīng)能力，減少工程機械的作業(yè)強度，使工程機械的操作和使用更加流暢。通過液壓系統(tǒng)動力匹配讓工程機械的各個部件全部處于合理的運行狀態(tài)，保證了工程機械的使用壽命和運行可靠性，滿足不同環(huán)境的作業(yè)要求。

4 結(jié)束語

通過對工程機械控制器發(fā)展現(xiàn)狀和PLC可編程控制器工作原理的研究，分析現(xiàn)有的控制技術(shù)，并提出了幾種新型控制技術(shù)，促進控制器和控制技術(shù)的智能化發(fā)展。社會生產(chǎn)力的發(fā)展需要不斷的對工程機械的性能進行優(yōu)化，加強控制器和控制技術(shù)在工程機械中的應(yīng)用，可以使工程機械運行的更加靈活，以便達到更高的質(zhì)量要求。

[1]李美升.工程機械智能控制器設(shè)計與研究[D].武漢：武漢科技大學(xué)，2010.

[2]胥貴萍.基于軟PLC技術(shù)的工程機械智能控制器[D].武漢:武漢科技大學(xué)，2011.

[3]劉慶春.工程機械控制器與控制技術(shù)[J].門窗，2014，（4）:172-174.

[4]任紅飛.基于工程機械控制器HC-G15的圓捆機電氣控制系統(tǒng)研究與設(shè)計[D].內(nèi)蒙古：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，2012.

[5]劉英杰.負載口獨立電液比例方向閥控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2011.