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液壓系統(tǒng)集成控制裝置及控制方法

文檔序號(hào):6319032閱讀:457來(lái)源:國(guó)知局
專利名稱:液壓系統(tǒng)集成控制裝置及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及液壓領(lǐng)域、控制技術(shù)和集成電路領(lǐng)域,尤其是ー種液壓系統(tǒng)集成控制裝置及控制方法。
背景技術(shù)
當(dāng)前エ業(yè)應(yīng)用的液壓系統(tǒng)控制主要采用PLC、繼電器和比例放大板組合的方式控制,PLC輸出信號(hào)控制繼電器輸出開(kāi)關(guān)信號(hào),控制比例放大板輸出比例信號(hào)以驅(qū)動(dòng)電磁鐵,整個(gè)電氣控制系統(tǒng)以控制柜和操作臺(tái)的方式安置,如果需要對(duì)液壓系統(tǒng)的運(yùn)行狀況實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),需要安裝計(jì)算機(jī)并編制監(jiān)控軟件,這種方式的控制系統(tǒng)比較繁雜,而且體積大,成本較高,連線復(fù)雜,維修困難,在空間要求高的場(chǎng)合不適合應(yīng)用。目前現(xiàn)有的エ業(yè)控制器主要是針對(duì)工程機(jī)械開(kāi)發(fā)的,輸入輸出通道有限,而且很難實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)擴(kuò)展,不能滿足復(fù)雜的エ業(yè)現(xiàn)場(chǎng)液壓系統(tǒng)的使用要求。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有方案的缺陷,本發(fā)明提出ー種方便擴(kuò)展的液壓系統(tǒng)集成控制裝置及控制方法及控制方法。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題,本發(fā)明提供ー種液壓系統(tǒng)集成控制裝置及控制方法,包括CPU単元、電源單元、開(kāi)關(guān)量和脈沖輸入?yún)g元、開(kāi)關(guān)功率驅(qū)動(dòng)單元、模擬信號(hào)輸入輸出單元、比例驅(qū)動(dòng)單元、通信單元和交互顯示單元;所述CPU單元包括主CPU、副CPU、通信總線接ロ、串ロ總線輸出接ロ、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、模擬量輸入接ロ、模擬量輸出接ロ、開(kāi)關(guān)輸出接口和開(kāi)關(guān)量輸入接ロ ;所述通信總線接ロ、串ロ總線輸出接ロ、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、模擬量輸入接ロ和模擬量輸出接ロ均與主CPU相連接,所述開(kāi)關(guān)輸出接口和開(kāi)關(guān)量輸入接ロ均與副CPU相連接;所述交互顯示單元通過(guò)通信単元與通信總線接ロ相連接;所述比例驅(qū)動(dòng)單元與串ロ總線輸出接ロ相連接;所述開(kāi)關(guān)功率驅(qū)動(dòng)單元與開(kāi)關(guān)輸出接ロ相連接;所述開(kāi)關(guān)量和脈沖輸入單兀與開(kāi)關(guān)量輸入接ロ相連接;所述模擬信號(hào)輸入輸出單兀分別與模擬量輸入接口和模擬量輸出接ロ相連接;所述主CPU、副CPU、通信總線接ロ、串ロ總線輸出接ロ、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、模擬量輸入接ロ、模擬量輸出接ロ、開(kāi)關(guān)輸出接ロ、開(kāi)關(guān)量輸入接ロ、開(kāi)關(guān)量和脈沖輸入?yún)g元、開(kāi)關(guān)功率驅(qū)動(dòng)單元、模擬信號(hào)輸入輸出単元、比例驅(qū)動(dòng)單元、通信単元和交互顯示單元均與電源單元相連接。作為對(duì)本發(fā)明液壓系統(tǒng)集成控制裝置及控制方法的改進(jìn)所述主CPU、副CPU、通信總線接ロ、串ロ總線輸出接ロ、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、模擬量輸入接ロ、模擬量輸出接ロ、開(kāi)關(guān)輸出接口和開(kāi)關(guān)量輸入接ロ均集成于主板上;所述電源単元、開(kāi)關(guān)量和脈沖輸入?yún)g元、開(kāi)關(guān)功率驅(qū)動(dòng)單元、模擬信號(hào)輸入輸出単元、比例驅(qū)動(dòng)單元、通信単元和交互顯示單元分別集成于相互獨(dú)立的子板上;所述通信總線接ロ、串ロ總線輸出接ロ、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、模擬量輸入接ロ、模擬量輸出接ロ、開(kāi)關(guān)輸出接口和開(kāi)關(guān)量輸入接口上均設(shè)置有相應(yīng)的插槽,所述開(kāi)關(guān)量和脈沖輸入?yún)g元、開(kāi)關(guān)功率驅(qū)動(dòng)單元、模擬信號(hào)輸入輸出単元、比例驅(qū)動(dòng)單元、通信単元和交互顯示單元所在的子板上設(shè)置有對(duì)應(yīng)的接ロ插槽。作為對(duì)本發(fā)明液壓系統(tǒng)集成控制裝置及控制方法的進(jìn)ー步改進(jìn)模擬信號(hào)輸入輸出単元包括模擬信號(hào)輸入裝置和模擬信號(hào)輸出裝置;所述模擬信號(hào)輸入裝置與模擬量輸入接ロ相連接,所述模擬信號(hào)輸出裝置與模擬量輸出接ロ相連接。作為對(duì)本發(fā)明液壓系統(tǒng)集成控制裝置及控制方法的進(jìn)ー步改進(jìn)所述開(kāi)關(guān)功率驅(qū)動(dòng)單元包括開(kāi)關(guān)功率驅(qū)動(dòng)模塊,所述開(kāi)關(guān)功率驅(qū)動(dòng)模塊連接有安全控制裝置I ;所述開(kāi)關(guān)功率驅(qū)動(dòng)模塊與開(kāi)關(guān)輸出接ロ相連接。作為對(duì)本發(fā)明液壓系統(tǒng)集成控制裝置及控制方法的進(jìn)ー步改進(jìn)所述比例驅(qū)動(dòng)單元包括依次相連接的數(shù)模轉(zhuǎn)換器、PID控制器和比例驅(qū)動(dòng)放大器;所述比例驅(qū)動(dòng)放大器連接有安全控制裝置II ;所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器與串ロ總線輸出接ロ相連接。作為對(duì)本發(fā)明液壓系統(tǒng)集成控制裝置及控制方法的進(jìn)ー步改進(jìn)所述安全控制裝置I包括比較器I,所述比較器I分別連接有報(bào)警裝置I、單向?qū)ㄑb置I、電流信號(hào)檢測(cè) 裝置I和閥值信號(hào)設(shè)定裝置I ;所述單向?qū)ㄑb置I和電流信號(hào)檢測(cè)裝置I均與開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)模塊相連接;所述安全控制裝置II包括比較器II,所述比較器II分別連接有報(bào)警裝置II、單向?qū)ㄑb置II、電流信號(hào)檢測(cè)裝置II和閥值信號(hào)設(shè)定裝置II ;所述單向?qū)ㄑb置II和電流信號(hào)檢測(cè)裝置II均與比例驅(qū)動(dòng)放大器相連接。作為對(duì)本發(fā)明液壓系統(tǒng)集成控制裝置及控制方法的進(jìn)ー步改進(jìn)所述交互顯示單元包括顯示單元CPU,顯示單元CPU分別連接有顯示與輸入裝置和按鍵輸入裝置;所述顯示單元CPU與通信總線接ロ相連接。作為對(duì)本發(fā)明液壓系統(tǒng)集成控制裝置及控制方法的進(jìn)ー步改進(jìn)所述通信単元包括RS232接ロ、RS485接ロ、RS422接ロ、CAN總線接ロ、互聯(lián)網(wǎng)通信接口和無(wú)線通信模塊;所述RS232接ロ、RS485接ロ、RS422接ロ、CAN總線接ロ、互聯(lián)網(wǎng)通信接口和無(wú)線通信模塊均與通信總線接ロ相連接;所述RS422接ロ與顯示單元CPU相連接。作為對(duì)本發(fā)明液壓系統(tǒng)集成控制裝置及控制方法的進(jìn)ー步改進(jìn)所述的電源単元包括相互連接的電源和AC/DC轉(zhuǎn)換器;所述的電源分別與主CPU、副CPU、通信總線接ロ、串ロ總線輸出接ロ、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、模擬量輸入接ロ、模擬量輸出接ロ、開(kāi)關(guān)輸出接ロ、開(kāi)關(guān)量輸入接ロ、普通開(kāi)關(guān)量輸入裝置、連續(xù)PWM信號(hào)輸入裝置、比較器I、報(bào)警裝置I、單向?qū)ㄑb置I、電流信號(hào)檢測(cè)裝置I、閥值信號(hào)設(shè)定裝置I、開(kāi)關(guān)功率驅(qū)動(dòng)模塊、模擬信號(hào)輸入裝置、模擬信號(hào)輸出裝置、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、比較器II、報(bào)警裝置II、單向?qū)ㄑb置II、電流信號(hào)檢測(cè)裝置II、閥值信號(hào)設(shè)定裝置II、PID控制器、比例驅(qū)動(dòng)放大器、RS232接ロ、RS485接ロ、RS422接ロ、CAN總線接ロ、互聯(lián)網(wǎng)通信接ロ、無(wú)線通信模塊、顯示單元CPU、顯示與輸入裝置和按鍵輸入裝置相連接。作為對(duì)本發(fā)明液壓系統(tǒng)集成控制裝置及控制方法的進(jìn)ー步改進(jìn)所述CPU和副(PU分別連接有防瞬間掉電裝置;所述主CPU上連接有計(jì)時(shí)模塊;所述防瞬間掉電裝置與計(jì)時(shí)模塊均與電源相連接。本發(fā)明將液壓系統(tǒng)當(dāng)前使用的電氣控制系統(tǒng)和測(cè)控系統(tǒng)功能集成在一起,大大縮小了監(jiān)控系統(tǒng)的體積,提高了集成度,降低了成本,并且不再需要復(fù)雜的內(nèi)部連線,簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),縮短了液壓控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)流程,使開(kāi)發(fā)者將精力放在軟件設(shè)計(jì)上,而不再考慮硬件設(shè)計(jì),大大提高了開(kāi)發(fā)效率。采用模塊化的星形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),使每個(gè)功能模塊只與CPU単元和電源單元連接,CPU単元與其他単元之間連接都加入隔離模塊,功率驅(qū)動(dòng)級(jí)與控制単元分別供電,電源単元供電線功率不大,控制器功能単元的損壞不會(huì)引發(fā)連鎖反應(yīng),完善的狀態(tài)指示和報(bào)警指示使得查錯(cuò)容易,檢修方便,只需更換損壞功能單元電路板即可,維修周期短,維修成本低。采用卡槽式子母板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使得控制器功能擴(kuò)展和變形設(shè)計(jì)簡(jiǎn)単,通用性強(qiáng),使用簡(jiǎn)便。集成多種通信接ロ,使得控制器支持遠(yuǎn)程控制、網(wǎng)絡(luò)管理和在線監(jiān)測(cè),有利于未來(lái)網(wǎng)絡(luò)化管理和智能控制。而且目前有的ー些工程機(jī)械專用控制器在設(shè)計(jì)的時(shí)候是專門針對(duì)工程機(jī)械來(lái)開(kāi)發(fā)的,不能滿足エ業(yè)現(xiàn)場(chǎng)液壓系統(tǒng)的控制要求,因?yàn)楗I(yè)現(xiàn)場(chǎng)的液壓系統(tǒng)變化多祥,對(duì)控制器的端口和功能數(shù)量要求不一樣,并且他們也沒(méi)有在線監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程操作、網(wǎng)絡(luò)管理和故障診斷這些功能,所以就發(fā)明這樣ー種方便擴(kuò)展的控制器,可以擴(kuò)展通道數(shù)量,并且加入為適應(yīng)現(xiàn)代化管理和監(jiān)測(cè)診斷的功能模塊,來(lái)適應(yīng)現(xiàn)在的エ業(yè)現(xiàn)場(chǎng)液壓系統(tǒng)的控制要求。


圖I本發(fā)明的液壓系統(tǒng)集成控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖;圖2是圖I的安全控制裝置I 231的結(jié)構(gòu)示意圖;圖3是圖I的安全控制裝置II 411的結(jié)構(gòu)示意圖;圖4是圖I實(shí)際應(yīng)用時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式給出了ー種液壓系統(tǒng)集成控制裝置及控制方法,包括CPU単元I、電源單元100、開(kāi)關(guān)量和脈沖輸入?yún)g元22、開(kāi)關(guān)功率驅(qū)動(dòng)單元23、模擬信號(hào)輸入輸出単元67、比例驅(qū)動(dòng)單元41、通信單元32和交互顯示單元31。以上所述的CPU單元I包括主CPU11、副CPU12、通信總線接ロ 13、串ロ總線輸出接ロ 14、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊15、模擬量輸入接ロ 16、模擬量輸出接ロ 17、開(kāi)關(guān)輸出接ロ 20、開(kāi)關(guān)量輸入接ロ 21、防瞬間掉電裝置18和計(jì)時(shí)模塊30 ;計(jì)時(shí)模塊30、通信總線接ロ 13、串ロ總線輸出接ロ 14、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊15、模擬量輸入接ロ 16和模擬量輸出接ロ 17均與主CPUll相連接,開(kāi)關(guān)量輸出接ロ 20和開(kāi)關(guān)量輸入接ロ 21均與副CPU12相連接;CPU11和副CPU12分別與防瞬間掉電裝置18相連接。以上所述的開(kāi)關(guān)量和脈沖輸入?yún)g元22包括普通開(kāi)關(guān)量輸入裝置221和連續(xù)PWM信號(hào)輸入裝置222。以上所述的模擬信號(hào)輸入輸出單兀67包括模擬信號(hào)輸入裝置671和模擬信號(hào)輸出裝置672。模擬信號(hào)輸入裝置671為可以將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的裝置。以上所述的開(kāi)關(guān)功率驅(qū)動(dòng)單元23包括相互連接的安全控制裝置I 231和開(kāi)關(guān)功率驅(qū)動(dòng)模塊233。安全控制裝置I 231包括比較器I 2311、報(bào)警裝置I 232、單向?qū)ㄑb置I 2312 (ニ極管)、電流信號(hào)檢測(cè)裝置I 2313和閥值信號(hào)設(shè)定裝置I 2314;比較器I 2311分別與報(bào)警裝置I 232、單向?qū)ㄑb置I 2312、電流信號(hào)檢測(cè)裝置I 2313和閥值信號(hào)設(shè)定裝置I 2314相連接;單向?qū)ㄑb置I 2312和開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)模塊233的輸入端相連接,電流信號(hào)檢測(cè)裝置I 2313與開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)模塊233的輸出端相連接;安全控制裝置I 231實(shí)際工作吋,電流信號(hào)檢測(cè)裝置I 2313檢測(cè)出開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)模塊233的輸出端的電壓信號(hào);同吋,電流信號(hào)檢測(cè)裝置I 2313將檢測(cè)出的電壓信號(hào)傳送到比較器I 2311中,閥值信號(hào)設(shè)定裝置I 2314也傳送ー個(gè)預(yù)先設(shè)定的比較電壓傳送到比較器I 2311中;電壓信號(hào)大于比較電壓吋,t匕較器I 2311分別向報(bào)警裝置I 232和單向?qū)ㄑb置I 2312輸出低電平,開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)模塊233的輸入端的電壓被拉低,就不能輸出電流,同時(shí)報(bào)警裝置I 232開(kāi)始報(bào)警;當(dāng)電壓信號(hào)小于比較電壓時(shí),比較器I 2311分別向報(bào)警裝置I 232和單向?qū)ㄑb置I 2312輸出高電平,單向?qū)ㄑb置I 2312電阻無(wú)限大,開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)模塊233就能正常工作,同時(shí)報(bào)警裝置I 232停止報(bào)警。以上所述的通信單元32包括RS232接ロ 321、RS485接ロ 322、RS422接ロ 323、CAN總線接ロ 324、互聯(lián)網(wǎng)通信接ロ 325和無(wú)線通信模塊326。可實(shí)現(xiàn)CAN總線通信、網(wǎng)絡(luò)管理和遠(yuǎn)程通信與監(jiān)控。以上所述的交互顯示單元31包括顯示單元CPU312、顯示與輸入裝置311和按鍵輸入裝置313 ;顯示單元CPU312分別連接有顯示與輸入裝置311和按鍵輸入裝置313 ;顯示單元CPU312與RS422接ロ 323相連接。交互顯示單元31采用便攜式的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),可以安放在控制器機(jī)箱上也可便攜移動(dòng),可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端操作;該交互顯示單元31帶有顯示単元CPU312, 可以實(shí)現(xiàn)顯示與輸入裝置311上的觸控操作和通過(guò)按鍵輸入裝置313的硬件按鈕操作,并且兩種操作方式具有互鎖功能,顯示單元CPU312能通過(guò)接受按鍵輸入裝置313上的硬件按鈕和旋鈕提供的開(kāi)關(guān)量和模擬電壓輸入信號(hào),也能接受顯示與輸入裝置311上的觸摸屏的操作輸入,操作信號(hào)輸入顯示単元CPU312后,通過(guò)通信總線接ロ 13傳送到主CPUll中;顯示単元CPU312還能通過(guò)數(shù)據(jù)通信方式在線監(jiān)測(cè)液壓系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)參數(shù),并且進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,以數(shù)字和曲線兩種方式在顯示與輸入裝置311上顯示。以上所述的比例驅(qū)動(dòng)單元41包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器414、安全控制裝置II 411、PID控制器413和比例驅(qū)動(dòng)放大器415。數(shù)模轉(zhuǎn)換器414與PID控制器413相連接,PID控制器413與比例驅(qū)動(dòng)放大器415相連接,比例驅(qū)動(dòng)放大器415和安全控制裝置II 411相連接。安全控制裝置II 411包括比較器II 4111、報(bào)警裝置II 412、單向?qū)ㄑb置II 4112、電流信號(hào)檢測(cè)裝置II 4113和閥值信號(hào)設(shè)定裝置II 1414 ;比較器II 4111分別與報(bào)警裝置II 412、單向?qū)ㄑb置II 4112、電流信號(hào)檢測(cè)裝置II 4113和閥值信號(hào)設(shè)定裝置II 1414相連接;單向?qū)ㄑb置II 4112和比例驅(qū)動(dòng)放大器415的輸入端相連接,電流信號(hào)檢測(cè)裝置I 2313與比例驅(qū)動(dòng)放大器415的輸出端相連接。安全控制裝置II 411的使用方法與安全控制裝置I 231完全相同。以上所述的電源單元100包括相互連接的電源102和AC/DC轉(zhuǎn)換器101。以上所述的主CPU11、副CPU12、通信總線接ロ 13、串ロ總線輸出接ロ 14、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊15、模擬量輸入接ロ 16、模擬量輸出接ロ 17、開(kāi)關(guān)輸出接ロ 20、開(kāi)關(guān)量輸入接ロ 21、普通開(kāi)關(guān)量輸入裝置221、連續(xù)PWM信號(hào)輸入裝置222、比較器I 2311、報(bào)警裝置I 232、單向?qū)ㄑb置I 2312、電流信號(hào)檢測(cè)裝置I 2313、閥值信號(hào)設(shè)定裝置I 2314、開(kāi)關(guān)功率驅(qū)動(dòng)模塊233、模擬信號(hào)輸入裝置671、模擬信號(hào)輸出裝置672、數(shù)模轉(zhuǎn)換器414、比較器II 4111、報(bào)警裝置II 412、單向?qū)ㄑb置II 4112、電流信號(hào)檢測(cè)裝置II 4113、閥值信號(hào)設(shè)定裝置II 1414、PID 控制器 413、比例驅(qū)動(dòng)放大器 415、RS232 接 ロ 321、RS485 接 ロ 322、RS422 接ロ 323、CAN總線接ロ 324、互聯(lián)網(wǎng)通信接ロ 325、無(wú)線通信模塊326、顯示單元CPU312、顯示與輸入裝置311和按鍵輸入裝置313均與電源102相連接,由AC/DC轉(zhuǎn)換器101連接220V的市電,將220V的市電轉(zhuǎn)化為24V的直流電,再由24V的直流電通過(guò)電源102向各個(gè)用電設(shè)備供電;為保持圖面整潔,省略圖中的電連接關(guān)系。以上所述的CPU單元I集成在一個(gè)主板內(nèi),電源單元100、開(kāi)關(guān)量和脈沖輸入單元22、開(kāi)關(guān)功率驅(qū)動(dòng)單元23、模擬信號(hào)輸入輸出単元67、比例驅(qū)動(dòng)單元41、通信単元32和交互顯示單元31均集成于各自不同的子板內(nèi)(即電源単元100集成在一個(gè)子板I內(nèi),開(kāi)關(guān)量和脈沖輸入?yún)g元22集成在一個(gè)子板II內(nèi),開(kāi)關(guān)功率驅(qū)動(dòng)單元23集成在一個(gè)子板III內(nèi),模擬信號(hào)輸入輸出単元67集成在一個(gè)子板IV內(nèi),比例驅(qū)動(dòng)單元41集成在一個(gè)子板V內(nèi),通信単元32集成在一個(gè)子板VI內(nèi),交互顯示單元31集成在一個(gè)子板VII內(nèi);子板I、子板II、子板III、子板IV、子板V、子板VI和子板νπ為相互獨(dú)立的子板)。子板通過(guò)歐卡式插座(類似CPCI連接器的公母型插座)插在主板上,各子板之間相對(duì)獨(dú)立,方便控制器的各功能単元數(shù) 量的擴(kuò)展,控制器變形設(shè)計(jì)簡(jiǎn)単,只需更換主板即可實(shí)現(xiàn)控制器的變形設(shè)計(jì),當(dāng)某個(gè)功能損壞后,只需更換該功能単元子板,無(wú)需更換整個(gè)控制器,維護(hù)方便。所有子板均插在主板上時(shí),顯示單元CPU312與RS422接ロ 323相連接,RS232接ロ 321、RS485接ロ 322、RS422接ロ 323、CAN總線接ロ 324、互聯(lián)網(wǎng)通信接ロ 325和無(wú)線通信模塊326分別與通信總線接ロ 13相連接;開(kāi)關(guān)功率驅(qū)動(dòng)模塊233與開(kāi)關(guān)輸出接ロ 20相連接;普通開(kāi)關(guān)量輸入裝置221和連續(xù)PWM信號(hào)輸入裝置222分別與開(kāi)關(guān)量輸入接ロ 21相連接;模擬信號(hào)輸入裝置671和模擬量輸入接ロ 16相連接,模擬信號(hào)輸出裝置672與模擬量輸出接ロ 17相連接;數(shù)模轉(zhuǎn)換器414與串ロ總線輸出接ロ 14相連接。整個(gè)液壓系統(tǒng)集成控制裝置采用星狀連接方式并加入隔離模塊,將各個(gè)功能単元相互獨(dú)立開(kāi)來(lái),每個(gè)功能単元(即開(kāi)關(guān)量和脈沖輸入?yún)g元22、開(kāi)關(guān)功率驅(qū)動(dòng)單元23、模擬信號(hào)輸入輸出単元67、比例驅(qū)動(dòng)單元41和通信単元32中的任意ー個(gè))只與CPU単元I通過(guò)高速串行總線或數(shù)據(jù)線相連接,每個(gè)功能単元只與電源單元100的電源102電連接,每個(gè)功能単元的外部接ロ都采用EMC防護(hù)設(shè)計(jì),提高對(duì)外部干擾的防護(hù)等級(jí);采用形狀連接和隔離器后,CPU単元I與外部隔離,保護(hù)CPU単元I不受外部的干擾和損壞危害,提高了 CPU單元I乃至整個(gè)控制器的防護(hù)等級(jí)。實(shí)際使用時(shí)如圖4所示,將液壓系統(tǒng)集成控制裝置與液壓缸和其他執(zhí)行機(jī)構(gòu)400相連接;具體連接方式如下開(kāi)關(guān)功率驅(qū)動(dòng)模塊233分別與開(kāi)關(guān)閥403和繼電器402相連接,比例驅(qū)動(dòng)放大器415分別與變量泵405和比例閥404相連接,普通開(kāi)關(guān)量輸入裝置221和連續(xù)PWM信號(hào)輸入裝置222均與開(kāi)關(guān)及編碼器傳感器組301相連接,模擬信號(hào)輸入裝置671分別與流量壓カ傳感器302及其他傳感器303相連接,模擬信號(hào)輸出裝置672與自帶驅(qū)動(dòng)的比例閥401相連接。具體的實(shí)際使用步驟如下I、在沒(méi)有通過(guò)操作終端操作時(shí),交互顯示單元31作為監(jiān)測(cè)終端,具體操作步驟如下I. I、副CPU12不斷的通過(guò)開(kāi)關(guān)量輸入接ロ 21發(fā)出讀取開(kāi)關(guān)量的信息(以下文中簡(jiǎn)稱控制信號(hào)301);I. 2、普通開(kāi)關(guān)量輸入裝置221和連續(xù)PWM信號(hào)輸入裝置222通過(guò)開(kāi)關(guān)量輸入接ロ21接收到控制信號(hào)301 ;I. 3、普通開(kāi)關(guān)量輸入裝置221和連續(xù)PWM信號(hào)輸入裝置222開(kāi)始讀取開(kāi)關(guān)及編碼器傳感器組301中的開(kāi)關(guān)量的信息(以下文中簡(jiǎn)稱開(kāi)關(guān)量301);I. 4、普通開(kāi)關(guān)量輸入裝置221和連續(xù)PWM信號(hào)輸入裝置222將開(kāi)關(guān)量301通過(guò)開(kāi)關(guān)量輸入接ロ 21發(fā)送到副CPU12中;I. 5、主CPUll不斷的讀取計(jì)時(shí)模塊30內(nèi)的時(shí)間信息(主CPUll內(nèi)預(yù)先設(shè)定定時(shí)讀取當(dāng)前開(kāi)關(guān)量信息的控制程序);I. 6、當(dāng)讀取的時(shí)間信息與讀取當(dāng)前開(kāi)關(guān)量信息內(nèi)的時(shí)間排序吻合時(shí),主CPUll將向副CPU12發(fā)出ー個(gè)讀取當(dāng)前開(kāi)關(guān)量信息(以下文中簡(jiǎn)稱控制信號(hào)11);I. 7、副CPU12接收到控制信號(hào)11 ; I. 8、副CPU12反饋ー個(gè)最新讀取的開(kāi)關(guān)量301 ;I. 9、主CPUll接收到開(kāi)關(guān)量301 ;I. 10、主CPUll將時(shí)間信息和開(kāi)關(guān)量301通過(guò)通信總線接ロ 13和RS422接ロ 323向顯示單元CPU312發(fā)出;同時(shí),主CPUll將時(shí)間信息以及開(kāi)關(guān)量301發(fā)送到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊15內(nèi)存儲(chǔ);I. 11、顯示單元CPU312接收到時(shí)間信息和開(kāi)關(guān)量301后;I. 12、顯示單元CPU312將接收到的時(shí)間信息和開(kāi)關(guān)量301發(fā)送到顯示與輸入裝置311,操作者通過(guò)顯示與輸入裝置311查看開(kāi)關(guān)量301。2、讀取流量壓カ等信息2. I、操作者通過(guò)按鍵輸入裝置313輸入讀取流量和壓カ等的信息(以下文中簡(jiǎn)稱控制信號(hào)671);2. 2、顯示單元CPU312接收到控制信號(hào)671 ;2. 3、顯示單元CPU312將控制信號(hào)671發(fā)送到顯示與輸入裝置311中,同時(shí),顯示單元CPU312將控制信號(hào)671通過(guò)RS422接ロ 323和通信總線接ロ 13發(fā)送到主CPUll中;2. 4、主CPUll接收到控制信號(hào)671 ;2. 5、主CPUll通過(guò)模擬量輸入接ロ 16控制模擬信號(hào)輸入裝置671,模擬信號(hào)輸入裝置671讀取流量壓カ傳感器301和其他傳感器302中的流量和壓カ等信息(以下文中簡(jiǎn)稱接收信息671);2. 6、主CPUll讀取到接收信息671后,主CPUll就讀取計(jì)時(shí)模塊30內(nèi)的時(shí)間信息;2. 7、主CPUll將時(shí)間信息和接收信息671傳送通過(guò)通信總線接ロ 13和RS422接ロ 323向顯示單元CPU312發(fā)出;同時(shí),主CPUll將時(shí)間信息和接收信息671發(fā)送到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊15內(nèi)存儲(chǔ);2. 8、顯示單元CPU312接收到時(shí)間信息和接收信息671 ;2. 9、顯示單元CPU312將接收到的時(shí)間信息和接收信息671發(fā)送到顯示與輸入裝置311,操作者通過(guò)顯示與輸入裝置311查看時(shí)間信息和接收信息671。3、控制自帶驅(qū)動(dòng)的比例閥401 :3. I、操作者通過(guò)按鍵輸入裝置313輸入控制自帶驅(qū)動(dòng)的比例閥401的信息(以下文中簡(jiǎn)稱控制信號(hào)401);
3. 2、顯示單元CPU312接收到控制信號(hào)401 ;3. 3、顯示單元CPU312將控制信號(hào)401發(fā)送到顯示與輸入裝置311中,同時(shí),顯示單元CPU312將控制信號(hào)401通過(guò)RS422接ロ 323和通信總線接ロ 13發(fā)送到主CPUll中;3. 4、主CPUll接收到控制信號(hào)401 ;3. 5、主CPUll通過(guò)模擬量輸出接ロ 17向模擬信號(hào)輸出裝置672發(fā)送控制信號(hào)401 ;3. 6、模擬信號(hào)輸出裝置672接收到控制信號(hào)401 ;3. 7、模擬信號(hào)輸出裝置672將接收到的控制信號(hào)401發(fā)送到自帶驅(qū)動(dòng)的比例閥401 ;

3. 8、自帶驅(qū)動(dòng)的比例閥401接收到控制信號(hào)401后就開(kāi)始做相應(yīng)的操作(公知技術(shù))。4、控制開(kāi)關(guān)閥403 4. I、操作者通過(guò)按鍵輸入裝置313輸入控制開(kāi)關(guān)閥403的信息(以下文中簡(jiǎn)稱控制信號(hào)403);4. 2、顯示單元CPU312接收到控制信號(hào)403 ;4. 3、顯示單元CPU312將控制信號(hào)403發(fā)送到顯示與輸入裝置311中,同時(shí),顯示單元CPU312將控制信號(hào)403通過(guò)RS422接ロ 323和通信總線接ロ 13發(fā)送到主CPUll中;4. 4、主CPUll接收到控制信號(hào)403 ;4. 5、主CPUll向副CPU12發(fā)出控制信號(hào)403 ;4. 6、副CPU12接收到控制信號(hào)403 ;4. 7、副CPU12通過(guò)開(kāi)關(guān)輸出接ロ 20將控制信號(hào)403發(fā)送到開(kāi)關(guān)功率驅(qū)動(dòng)模塊233中;4. 8、開(kāi)關(guān)功率驅(qū)動(dòng)模塊233接收到控制信號(hào)403,就輸出相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電流信號(hào)(以下文中簡(jiǎn)稱電流信號(hào)403);4. 9、安全控制裝置I 231接收到電流信號(hào)403,根據(jù)電流信號(hào)403的強(qiáng)度做出相應(yīng)的操作如果電流信號(hào)403超出預(yù)警值時(shí),安全控制裝置I 231將自動(dòng)切斷輸出回路,并由報(bào)警裝置I 232發(fā)出報(bào)警指示;當(dāng)安全控制裝置I 231內(nèi)的電流信號(hào)403降到安全值以內(nèi)后,報(bào)警裝置I 232停止發(fā)出報(bào)警指示,安全控制裝置I 231將自動(dòng)恢復(fù)輸出電流信號(hào)403。4. 10、開(kāi)關(guān)閥403接收到電流信號(hào)403后,就做出相應(yīng)的操作(操作為公知技木)。
5、控制比例閥404或變量泵405 5. I、操作者通過(guò)按鍵輸入裝置313輸入開(kāi)關(guān)比例閥404或變量泵405的信息(以下文中簡(jiǎn)稱控制信號(hào)404);5. 2、顯示單元CPU312接收到控制信號(hào)404 ;5. 3、顯示單元CPU312將控制信號(hào)404發(fā)送到顯示與輸入裝置311中,同時(shí),顯示單元CPU312將控制信號(hào)404通過(guò)RS422接ロ 323和通信總線接ロ 13發(fā)送到主CPUll中;5. 4、主CPUll接收到控制信號(hào)404 ;5. 5、主CPUll通過(guò)串ロ總線輸出接ロ 14向數(shù)模轉(zhuǎn)換器414發(fā)出控制信號(hào)404 ;5. 6、數(shù)模轉(zhuǎn)換器414接收到控制信號(hào)404 ;
5. 7、數(shù)模轉(zhuǎn)換器414將控制信號(hào)404中的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào);5. 8、數(shù)模轉(zhuǎn)換器414向PDI控制器413發(fā)出經(jīng)過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)化后的控制信號(hào)404 (以下文中簡(jiǎn)稱電流信號(hào)404);5. 9、PDI控制器413接收到電流信號(hào)404 ;5. 10、PDI控制器413將電流信號(hào)404發(fā)送到比例驅(qū)動(dòng)放大器415中;5. 11、比例驅(qū)動(dòng)放大器415接收到電流信號(hào)404,就將電流信號(hào)404發(fā)送到安全控制裝置II 411中,5. 12、安全控制裝置II 411接收到電流信號(hào)404,根據(jù)電流信號(hào)404的強(qiáng)度做出相應(yīng)的操作如果電流信號(hào)404超出預(yù)警值時(shí),安全控制裝置II 411將自動(dòng)切斷輸出回路,并由報(bào)警裝置II 412發(fā)出報(bào)警指示;當(dāng)安全控制裝置II 411內(nèi)的電流信號(hào)404降到安全值以內(nèi) 后,報(bào)警裝置II 412停止發(fā)出報(bào)警指示,安全控制裝置II 411將自動(dòng)恢復(fù)輸出電流信號(hào)404。5. 13、驅(qū)動(dòng)比例閥404或者變量泵405接收到電流信號(hào)404后,做出相應(yīng)的操作(公知技術(shù))。6、防掉電功能6. I、當(dāng)遇到電源102的電流中斷的時(shí)候,防瞬間掉電裝置18自動(dòng)啟動(dòng),持續(xù)為主CPUll和副CPU12供電IOOms的時(shí)間,防止主CPUll和副CPU12瞬間掉電;在IOOms的時(shí)間內(nèi),主CPUll和副CPU12將當(dāng)前獲得的所有信息均存儲(chǔ)入防瞬間掉電裝置18內(nèi)(自動(dòng)覆蓋上一次因斷電而存儲(chǔ)的所有數(shù)據(jù));當(dāng)電源102恢復(fù)供電的時(shí)候,主CPUll和副CPU12自動(dòng)讀取防瞬間掉電裝置18內(nèi)的所有信息,并恢復(fù)掉電前的工作狀態(tài)。若要實(shí)現(xiàn)CAN總線通信或網(wǎng)絡(luò)管理,只需要在CAN總線接ロ 324或互聯(lián)網(wǎng)通信接ロ 325上接入相應(yīng)的設(shè)備即可,具體實(shí)施步驟同步驟I到步驟6 ;如果要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信與監(jiān)控,可以使用無(wú)線通信設(shè)備與無(wú)線通信模塊326實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信,具體實(shí)施步驟同步驟I到步驟6。最后,還需要注意的是,以上列舉的僅是本發(fā)明的ー個(gè)具體實(shí)施例。顯然,本發(fā)明不限于以上實(shí)施例,還可以有許多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開(kāi)的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形,均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.液壓系統(tǒng)集成控制裝置及控制方法,其特征在于包括CPU單元(I)、電源單元(100)、開(kāi)關(guān)量和脈沖輸入單元(22)、開(kāi)關(guān)功率驅(qū)動(dòng)單元(23)、模擬信號(hào)輸入輸出單元(67)、比例驅(qū)動(dòng)單元(41)、通信單元(32)和交互顯示單元(31); 所述CPU單元⑴包括主CPU(Il)、副CPU(12)、通信總線接口(13)、串口總線輸出接口(14)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊(15)、模擬量輸入接口(16)、模擬量輸出接口(17)、開(kāi)關(guān)輸出接口(20)和開(kāi)關(guān)量輸入接口(21); 所述通信總線接口(13)、串口總線輸出接口(14)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊(15)、模擬量輸入接口(16)和模擬量輸出接口(17)均與主CPU(Il)相連接,所述開(kāi)關(guān)輸出接口(20)和開(kāi)關(guān)量輸入接口 (21)均與畐Ij CPU (12)相連接; 所述交互顯示單元(31)通過(guò)通信單元(32)與通信總線接口(13)相連接; 所述比例驅(qū)動(dòng)單元(41)與串口總線輸出接口(14)相連接; 所述開(kāi)關(guān)功率驅(qū)動(dòng)單元(23)與開(kāi)關(guān)輸出接口(20)相連接; 所述開(kāi)關(guān)量和脈沖輸入單元(22)與開(kāi)關(guān)量輸入接口(21)相連接; 所述模擬信號(hào)輸入輸出單元¢7)分別與模擬量輸入接口(16)和模擬量輸出接口(17)相連接; 所述主CPU(Il)、副CPU(12)、通信總線接口(13)、串口總線輸出接口(14)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊(15)、模擬量輸入接口(16)、模擬量輸出接口(17)、開(kāi)關(guān)輸出接口(20)、開(kāi)關(guān)量輸入接口(21)、開(kāi)關(guān)量和脈沖輸入單元(22)、開(kāi)關(guān)功率驅(qū)動(dòng)單元(23)、模擬信號(hào)輸入輸出單元(67)、比例驅(qū)動(dòng)單元(41)、通信單元(32)和交互顯示單元(31)均與電源單元(100)相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的液壓系統(tǒng)集成控制裝置及控制方法,其特征在于所述主CPU(Il)、副CPU(12)、通信總線接口(13)、串口總線輸出接口(14)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊(15)、模擬量輸入接口(16)、模擬量輸出接口(17)、開(kāi)關(guān)輸出接口(20)和開(kāi)關(guān)量輸入接口(21)均集成于主板上; 所述電源單元(100)、開(kāi)關(guān)量和脈沖輸入單元(22)、開(kāi)關(guān)功率驅(qū)動(dòng)單元(23)、模擬信號(hào)輸入輸出單元(67)、比例驅(qū)動(dòng)單元(41)、通信單元(32)和交互顯示單元(31)分別集成于相互獨(dú)立的子板上; 所述通信總線接口(13)、串口總線輸出接口(14)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊(15)、模擬量輸入接口(16)、模擬量輸出接口(17)、開(kāi)關(guān)輸出接口(20)和開(kāi)關(guān)量輸入接口(21)上均設(shè)置有相應(yīng)的插槽,所述開(kāi)關(guān)量和脈沖輸入單元(22)、開(kāi)關(guān)功率驅(qū)動(dòng)單元(23)、模擬信號(hào)輸入輸出單元¢7)、比例驅(qū)動(dòng)單元(41)、通信單元(32)和交互顯示單元(31)所在的子板上設(shè)置有對(duì)應(yīng)的接口插槽。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的液壓系統(tǒng)集成控制裝置及控制方法,其特征在于模擬信號(hào)輸入輸出單元¢7)包括模擬信號(hào)輸入裝置(671)和模擬信號(hào)輸出裝置¢72);所述模擬信號(hào)輸入裝置(671)與模擬量輸入接口(16)相連接,所述模擬信號(hào)輸出裝置(672)與模擬量輸出接口(17)相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的液壓系統(tǒng)集成控制裝置及控制方法,其特征在于所述開(kāi)關(guān)功率驅(qū)動(dòng)單元(23)包括開(kāi)關(guān)功率驅(qū)動(dòng)模塊(233),所述開(kāi)關(guān)功率驅(qū)動(dòng)模塊(233)連接有安全控制裝置I (231);所述開(kāi)關(guān)功率驅(qū)動(dòng)模塊(233)與開(kāi)關(guān)輸出接口(20)相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的液壓系統(tǒng)集成控制裝置及控制方法,其特征在于所述比例驅(qū)動(dòng)單元(41)包括依次相連接的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(414)、PID控制器(413)和比例驅(qū)動(dòng)放大器(415);所述比例驅(qū)動(dòng)放大器(415)連接有安全控制裝置11(411);所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器(414)與串口總線輸出接口(14)相連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的液壓系統(tǒng)集成控制裝置及控制方法,其特征在于所述安全控制裝置I (231)包括比較器I (2311),所述比較器I (2311)分別連接有報(bào)警裝置I (232)、單向?qū)ㄑb置I (2312)、電流信號(hào)檢測(cè)裝置I (2313)和閥值信號(hào)設(shè)定裝置1(2314);所述單向?qū)ㄑb置1(2312)和電流信號(hào)檢測(cè)裝置1(2313)均與開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)模塊(233)相連接; 所述安全控制裝置II (411)包括比較器II (4111),所述比較器II (4111)分別連接有報(bào)警裝置II (412)、單向?qū)ㄑb置II (4112)、電流信號(hào)檢測(cè)裝置II (4113)和閥值信號(hào)設(shè)定裝置II (1414);所述單向?qū)ㄑb置II (4112)和電流信號(hào)檢測(cè)裝置II (4113)均與比例驅(qū)動(dòng)放大器(414)相連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的液壓系統(tǒng)集成控制裝置及控制方法,其特征在于所述交互顯示單元(31)包括顯示單元CPU (312),顯示單元CPU (312)分別連接有顯示與輸入裝置(311)和按鍵輸入裝置(313);所述顯示單元CPU(312)與通信總線接口(13)相連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的液壓系統(tǒng)集成控制裝置及控制方法,其特征在于所述通信單元(32)包括 RS232 接口(321)、RS485 接口(322)、RS422 接口(323)、CAN 總線接口(324)、互聯(lián)網(wǎng)通信接口(325)和無(wú)線通信模塊(326);所述1 232接口(321)、RS485接口(322)、RS422接口(323)、CAN總線接口(324)、互聯(lián)網(wǎng)通信接口(325)和無(wú)線通信模塊(326)均與通信總線接口(13)相連接;所述RS422接口(323)與顯示單元CPU(312)相連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的液壓系統(tǒng)集成控制裝置及控制方法,其特征在于所述的電源單元(100)包括相互連接的電源(102)和AC/DC轉(zhuǎn)換器(101); 所述的電源(102)分別與主CPU (I I)、副CPU (12)、通信總線接口(13)、串口總線輸出接口(14)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊(15)、模擬量輸入接口(16)、模擬量輸出接口(17)、開(kāi)關(guān)輸出接口(20)、開(kāi)關(guān)量輸入接口(21)、普通開(kāi)關(guān)量輸入裝置(221)、連續(xù)PWM信號(hào)輸入裝置(222)、比較器I (2311)、報(bào)警裝置I (232)、單向?qū)ㄑb置I (2312)、電流信號(hào)檢測(cè)裝置I (2313)、閥值信號(hào)設(shè)定裝置I (2314)、開(kāi)關(guān)功率驅(qū)動(dòng)模塊(233)、模擬信號(hào)輸入裝置(671)、模擬信號(hào)輸出裝置(672)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(414)、比較器II (4111)、報(bào)警裝置II (412)、單向?qū)ㄑb置II(4112)、電流信號(hào)檢測(cè)裝置II (4113)、閥值信號(hào)設(shè)定裝置II (1414)、PID控制器(413)、比例驅(qū)動(dòng)放大器(415)、RS232 接口 (321)、RS485 接口 (322)、RS422 接口 (323)、CAN 總線接口(324)、互聯(lián)網(wǎng)通信接口(325)、無(wú)線通信模塊(326)、顯示單元CPU(312)、顯示與輸入裝置(311)和按鍵輸入裝置(313)相連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的液壓系統(tǒng)集成控制裝置及控制方法,其特征在于所述CPU(Il)和副CPU(12)分別連接有防瞬間掉電裝置(18);所述主CPU(Il)上連接有計(jì)時(shí)模塊(30);所述防瞬間掉電裝置(18)與計(jì)時(shí)模塊(30)均與電源(102)相連接。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種液壓系統(tǒng)集成控制裝置及控制方法,包括CPU單元、電源單元、開(kāi)關(guān)量和脈沖輸入單元、開(kāi)關(guān)功率驅(qū)動(dòng)單元、模擬信號(hào)輸入輸出單元、比例驅(qū)動(dòng)單元、通信單元和交互顯示單元;所述開(kāi)關(guān)量和脈沖輸入單元、開(kāi)關(guān)功率驅(qū)動(dòng)單元、模擬信號(hào)輸入輸出單元、比例驅(qū)動(dòng)單元、通信單元和交互顯示單元均與CPU單元相連接;所述CPU單元、開(kāi)關(guān)量和脈沖輸入單元、開(kāi)關(guān)功率驅(qū)動(dòng)單元、模擬信號(hào)輸入輸出單元、比例驅(qū)動(dòng)單元、通信單元和交互顯示單元均與電源單元相連接,由電源單元提供電源。
文檔編號(hào)G05D9/12GK102681557SQ201210006028
公開(kāi)日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月10日
發(fā)明者唐建中, 王慶豐, 高達(dá)輝 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)
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