基于大中型建筑機(jī)械模塊集成嵌入式系統(tǒng)分析

閆萬里　趙志強(qiáng)

【摘要】隨著我國經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的逐步深入，建筑行業(yè)得到了快速的發(fā)展。同時(shí)由于計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的融合與發(fā)展，嵌入式技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。嵌入式技術(shù)在建筑機(jī)械中的應(yīng)用可以提高建筑工程施工的智能化和信息化特性，確保建筑工程高效高質(zhì)量的實(shí)現(xiàn)。因此，典型大中型建筑機(jī)械嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)成為了研究的重點(diǎn)。本文針對通用的機(jī)械控制設(shè)備進(jìn)行研究，以確保建筑機(jī)械嵌入式系統(tǒng)的通用性和普適性。本文從國內(nèi)大中型建筑機(jī)械技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢入手，對現(xiàn)如今國內(nèi)大中型建筑機(jī)械技術(shù)存在的問題進(jìn)行了分析，并對大中型建筑機(jī)械模塊集成嵌入式系統(tǒng)總體技術(shù)方案進(jìn)行了探究。具有較高的指導(dǎo)意義。

【關(guān)鍵詞】：建筑機(jī)械；嵌入式系統(tǒng)；集成式

一、大中型建筑機(jī)械的定義

一般根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)功率的大小，我們可以將建筑機(jī)械分為小型機(jī)械、中型機(jī)械、大型機(jī)械，以及特大型機(jī)械等，但是對于不同用途的建筑機(jī)械，分類標(biāo)準(zhǔn)又有所不同。例如：裝載機(jī)和推土機(jī)的分類標(biāo)準(zhǔn)均為發(fā)動(dòng)機(jī)功率的大小，對于大中型裝載機(jī)裝載機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)功率需要大于74KW，對于大中型推土機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)功率需要大于50KW，而挖掘機(jī)劃分標(biāo)準(zhǔn)則是根據(jù)鏟斗的容量，大中型挖掘機(jī)的鏟斗容量需要大于4m3。由此可以發(fā)現(xiàn)，大中型建筑機(jī)械的共同特點(diǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)功率大、單次完成的工作量大等，并且被廣泛應(yīng)用在一些任務(wù)繁重的工程中，是土建建筑過程中不可獲取的施工機(jī)械。

二、國內(nèi)大中型建筑機(jī)械技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

從改革開放以來，在國家改革開放政策的正確領(lǐng)導(dǎo)下，我國的大中型建筑機(jī)械通過將國外先進(jìn)技術(shù)與自身實(shí)際情況結(jié)合，并積極進(jìn)行自我創(chuàng)新，現(xiàn)已經(jīng)取得了突飛猛進(jìn)地發(fā)展，并且在各項(xiàng)建設(shè)中起到了至關(guān)重要的作用。值得一提的是機(jī)一電一液一體化技術(shù)的廣泛推廣，令我國建筑機(jī)械行業(yè)進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段。在各種技術(shù)、工藝和方法的不斷創(chuàng)新與應(yīng)用下，我國的建筑機(jī)械技術(shù)的總體水平已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)新的高度?，F(xiàn)階段，我國大中型建筑機(jī)械的技術(shù)水平現(xiàn)狀通過以下幾個(gè)方面表現(xiàn)出來：

1.提高操作的精確性和舒適性

在“十五"期間，通過合理利用先導(dǎo)比例控制系統(tǒng)，我國工程機(jī)械上車操縱系統(tǒng)已經(jīng)成功完成了由機(jī)械操縱系統(tǒng)向先導(dǎo)控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變。先導(dǎo)控制系統(tǒng)的主操縱閥為負(fù)荷敏感式比例多路換向閥，抗沖擊閥和防氣閥均存在于各聯(lián)換向閥中，進(jìn)口比例式減壓閥應(yīng)用于先導(dǎo)閥中，主操縱閥的閥芯位移與先導(dǎo)閥輸出壓力成正比關(guān)系，因此整個(gè)系統(tǒng)的微動(dòng)性和作業(yè)精度較好。并且在負(fù)荷敏感閥的作用下，執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度不受負(fù)載的影響，操作者的操作難度和工作量得到減少。另外一個(gè)優(yōu)勢就是實(shí)現(xiàn)機(jī)一電一液邏輯安全控制系統(tǒng)并不復(fù)雜。先導(dǎo)系統(tǒng)中的各種安全保護(hù)閥可以確保整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和安全性。

2.提高產(chǎn)品的智能化

現(xiàn)階段，電比例控制器和PLC集成式可編程計(jì)算機(jī)系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在國內(nèi)大中型建筑機(jī)械系統(tǒng)中，同時(shí)采用常規(guī)電氣，實(shí)現(xiàn)邏輯控制功能與電比例控制功能。傳統(tǒng)繼電器和比例放大器已被集成式可編程計(jì)算機(jī)系統(tǒng)取代，集成式可編程計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可對比例信號(hào)進(jìn)行數(shù)字調(diào)整，計(jì)算機(jī)來完成復(fù)雜的邏輯控制功能，自動(dòng)控制工程機(jī)械，操作起來更加簡單方便，在很大程度上提高了系統(tǒng)的可靠性和工作效率。

三、國內(nèi)大中型建筑機(jī)械技術(shù)存在的問題

現(xiàn)階段，在國內(nèi)外市場的巨大需求和激烈的行業(yè)內(nèi)競爭的帶動(dòng)下，我國大中型建筑機(jī)械正不斷地進(jìn)行自我創(chuàng)新與完善，技術(shù)含量得到了顯著性提高，但是仍然存在不足的方面。

第一，缺少核心技術(shù)。最近幾年，國內(nèi)企業(yè)雖然將國外先進(jìn)產(chǎn)品成功移植到自己產(chǎn)品中或者對其先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行了“克隆”，但是其中的核心技術(shù)、關(guān)鍵零部件缺乏自主研發(fā)。特別是大型機(jī)械成套設(shè)備國自主生產(chǎn)水平較低，主要還是從國外直接引進(jìn)，或者與國外企業(yè)一起合作生產(chǎn)；并且，國外先進(jìn)企業(yè)信息化和智能化水平較高，以電子、信息技術(shù)創(chuàng)新為開發(fā)的先導(dǎo)，對計(jì)算機(jī)故障診斷與監(jiān)控、精確定位與作業(yè)、發(fā)動(dòng)機(jī)燃料控制和人機(jī)工程學(xué)等方面進(jìn)行了大量的研究與開發(fā)，提高了產(chǎn)品的科技含量，而我國企業(yè)科技化水平較低，很難與國外企業(yè)相比。

第二，工藝手段落后。我國的專用制造工藝大部分采用的是通用工藝，技術(shù)較為寬泛和基礎(chǔ)，特別是焊接工藝。焊接工藝的落后是結(jié)構(gòu)件斷裂在大中型挖掘機(jī)出現(xiàn)的主要原因，缺乏有效的技術(shù)手段。由于技術(shù)工藝的通用化，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)件的冷加工裝備和檢驗(yàn)手段無法根據(jù)產(chǎn)品的類型不同而做出改變，從而導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量較低。

第三，故障分析能力不足。國內(nèi)企業(yè)對液壓系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)件和電控系統(tǒng)等方面的故障分析能力存在明顯不足，主要表現(xiàn)在缺少專業(yè)技術(shù)人員以及合理有效的診斷手段，對于國內(nèi)科研院所現(xiàn)有人員、手段、資源沒有進(jìn)行充分合理的利用，沒有清晰的分析方向，還處在理論分析階段，實(shí)際操作性不強(qiáng)，效果不明顯。

四、大中型建筑機(jī)械模塊集成嵌入式系統(tǒng)總體技術(shù)方案

1、執(zhí)行動(dòng)作與狀態(tài)參量分析

一般情況下，建筑工程機(jī)械是通過機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)液壓泵，液壓泵為液壓系統(tǒng)提供可以帶動(dòng)液壓執(zhí)行元件驅(qū)動(dòng)工作的壓力油。在進(jìn)行大中型建筑機(jī)械通用型嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候，首先需要對監(jiān)控任務(wù)進(jìn)行明確，由于在大中型建筑機(jī)械工作中典型極性具有較強(qiáng)的一般性，對其進(jìn)行研究和分析能夠很好的代表大中型建筑機(jī)械。在對大中型建筑機(jī)械模塊嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，需要對監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)測點(diǎn)和執(zhí)行控制點(diǎn)進(jìn)行確定。

2.大中型建筑機(jī)械通用型嵌入式監(jiān)控點(diǎn)

典型大中型建筑機(jī)械的工況參數(shù)一般有以下幾種信號(hào)來體現(xiàn)，信號(hào)包括模擬量、數(shù)字量、開關(guān)量和圖像信息等。而模擬量又包括溫度、壓力、速度和位移等參數(shù)，速度可分為線速度、角速度等，而位移也包括角位移和線位移兩種。數(shù)字量又可以體現(xiàn)為生產(chǎn)數(shù)量和設(shè)備故障次數(shù)等；開關(guān)量主要是指對壓力、溫度、速度的極限值進(jìn)行判斷；圖象信息是指圖象的位置、大小、顏色等信息。綜上所述，在對典型大中型建筑機(jī)械嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要對上述信號(hào)進(jìn)行充分的分析和監(jiān)測。

五、結(jié)語

典型大中型建筑機(jī)械嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是根據(jù)NI公司開發(fā)的可編程自動(dòng)化控制器PAC為基礎(chǔ)，同時(shí)采用LabView作為軟件平臺(tái)進(jìn)行開發(fā)。對于典型大中型建筑機(jī)械嵌入式系統(tǒng)，采用各種輸入輸出的模塊來對大中型建筑機(jī)械工作狀態(tài)進(jìn)行采集和分析，并對采集來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，進(jìn)而對建筑機(jī)械進(jìn)行控制。此外，通過LabView軟件進(jìn)行開發(fā)可以提高系統(tǒng)的可移植性，便于系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。通過將嵌入式技術(shù)應(yīng)用在建筑機(jī)械中，可以大大的提高大中型建筑機(jī)械的工作效率，實(shí)現(xiàn)建筑工程的自動(dòng)化和智能化的施工，確保建筑工程高質(zhì)量高效率的實(shí)現(xiàn)。

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