CN102234076B - 履带式配重小车的电气控制装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种履带式配重小车的电气控制装置，包括设置在起重机主机上的主机控制部件和设置在起重机配重小车上的配重小车控制部件；主机控制部件包括主机右履带行走马达转速传感器、主机左履带行走马达转速传感器、主机控制器和主机回转角度位移传感器；配重小车控制部件包括配重小车右履带行走马达转速传感器、配重小车左履带行走马达转速传感器、配重小车控制器和配重小车回转角度位移传感器；主机控制器和配重小车控制器通过CANBUS连接通讯。本发明实现了主机和配重小车的同步控制，且主机和配重小车的动作组合生成工作模式的多样化，增大了自动化强度、提高了起重能力，并且使得配重移动便捷，避免了人为因素的负面影响而导致不同步问题。
Description
技术领域
本发明涉及配重小车的电气控制，尤其涉及一种履带式配重小车的电气控制装置及其控制方法。
背景技术
目前国外大吨位履带起重机的配重小车有轮胎式和履带式两种。轮胎式配重小车价格相对昂贵，轮胎因承载巨大的配重易受到磨损；履带式配重小车在设计上，采用多名驾驶员协同驾驶，在驾驶过程中，易受人为因素的负面影响而导致不同步问题。
现有技术中的一种同步起重机，由配重车、底盘、立柱、横臂、起重小车、横臂轨道、地面轨道构成。底盘和配重车可在两条平行轨道上同步运行，吊钩的工作范围在一矩形内。此同步起重机只能在轨道上同步运行，不能进行任意角度任意方向的同步运行。
发明内容
本发明的目的是提供一种履带式配重小车的电气控制装置及其控制方法，利用主机和配重小车的自由滑转机构、变量泵、行走马达等机械装置和马达转速传感器、回转角度传感器、PID调节器等电气设备，实现了主机和配重小车的回转、行走等工作模式，增大了自动化强度、降低了成本、提高了起重能力，并且使得配重移动便捷，避免了人为因素的负面影响而导致不同步问题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种履带式配重小车的电气控制装置，包括设置在起重机主机上的主机控制部件和设置在起重机配重小车上的配重小车控制部件；所述的主机控制部件包括主机右履带行走马达转速传感器、主机左履带行走马达转速传感器、主机控制器和主机回转角度位移传感器；所述的配重小车控制部件包括配重小车右履带行走马达转速传感器、配重小车左履带行走马达转速传感器、配重小车控制器和配重小车回转角度位移传感器；所述的主机控制器和配重小车控制器通过控制器局部网CANBUS连接通讯。
上述的履带式配重小车的电气控制装置，其中：
所述的主机右履带行走马达转速传感器设置在主机右履带行走马达上，用于测量主机右履带的行走速度；所述的主机左履带行走马达转速传感器设置在主机左履带行走马达上，用于测量主机左履带的行走速度。
上述的履带式配重小车的电气控制装置，其中：
所述的配重小车右履带行走马达转速传感器设置在配重小车右履带行走马达上，用于测量配重小车右履带的行走速度；所述的配重小车左履带行走马达转速传感器设置在配重小车左履带行走马达上，用于测量配重小车左履带的行走速度。
上述的履带式配重小车的电气控制装置，其中：
所述的主机回转角度位移传感器和配重小车回转角度位移传感器分别用于检测主机履带和配重小车履带的方向。
上述的履带式配重小车的电气控制装置，其中：
所述的主机控制器包括主机左履带PID(比例积分微分)调节器、主机右履带PID调节器、主机左履带PWM(脉冲宽度调制)输出设备、主机右履带PWM输出设备、第一比较单元和第二比较单元；所述的配重小车控制器包括配重小车左履带PID调节器、配重小车右履带PID调节器、配重小车左履带PWM输出设备、配重小车右履带PWM输出设备、第三比较单元和第四比较单元。
上述的履带式配重小车的电气控制装置，其中：
所述的主机控制器控制主机行走比例电磁阀工作；所述的配重小车控制器控制配重小车行走比例电磁阀工作。
一种履带式配重小车的电气控制装置的控制方法，包括以下步骤：
步骤1、检测并控制起重机主机左履带的行走速度。
步骤2、检测并控制起重机主机右履带的行走速度。
步骤3、所述的步骤1和步骤2是同时进行的。
步骤4、检测并控制起重机配重小车左履带的行走速度。
步骤5、检测并控制起重机配重小车右履带的行走速度。
步骤6、所述的步骤4和步骤5是同时进行的。
其中：所述的步骤1是闭环控制，还包括以下步骤：
步骤1.1、主机左履带行走马达转速传感器将主机左履带行走速度传输给主机控制器的第一比较单元。
步骤1.2、比较单元将误差数值传输给主机左履带PID调节器。
步骤1.3、主机左履带PID调节器传输信号给主机左履带PWM输出设备。
步骤1.4、主机左履带PWM输出设备控制第一行走比例电磁阀的开度。
步骤1.5、第一行走比例电磁阀通过控制变量泵进而控制左履带行走马达的转速。
步骤1.6、左履带行走马达转速传感器检测左履带行走马达的转速，并且进行步骤1.1，直至比较单元无差值输出。
所述的步骤2是闭环控制，还包括以下步骤：
步骤2.1、主机右履带行走马达转速传感器将主机右履带行走速度传输给主机控制器的第二比较单元。
步骤2.2、比较单元将误差数值传输给主机右履带PID调节器。
步骤2.3、主机右履带PID调节器传输信号给主机右履带PWM输出设备。
步骤2.4、主机右履带PWM输出设备控制第二行走比例电磁阀的开度。
步骤2.5、第二行走比例电磁阀通过控制变量泵进而控制右履带行走马达的转速。
步骤2.6、右履带行走马达转速传感器检测右履带行走马达的转速，并且进行步骤2.1，直至比较单元无差值输出。
所述的步骤4是闭环控制，还包括以下步骤：
步骤4.1、配重小车左履带行走马达转速传感器将配重小车左履带行走速度传输给配重小车控制器的第三比较单元。
步骤4.2、比较单元将误差数值传输给配重小车左履带PID调节器。
步骤4.3、配重小车左履带PID调节器传输信号给配重小车左履带PWM输出设备。
步骤4.4、配重小车左履带PWM输出设备控制第三行走比例电磁阀的开度。
步骤4.5、第三行走比例电磁阀通过控制变量泵进而控制配重小车左履带行走马达的转速。
步骤4.6、配重小车左履带行走马达转速传感器检测配重小车左履带行走马达的转速，并且进行步骤4.1，直至比较单元无差值输出。
所述的步骤5是闭环控制，还包括以下步骤：
步骤5.1、配重小车右履带行走马达转速传感器将配重小车右履带行走速度传输给配重小车控制器的第四比较单元。
步骤5.2、比较单元将误差数值传输给配重小车右履带PID调节器。
步骤5.3、配重小车右履带PID调节器传输信号给配重小车右履带PWM输出设备。
步骤5.4、配重小车右履带PWM输出设备控制第四行走比例电磁阀的开度。
步骤5.5、第四行走比例电磁阀通过控制变量泵进而控制配重小车右履带行走马达的转速。
步骤5.6、配重小车右履带行走马达转速传感器检测配重小车右履带行走马达的转速，并且进行步骤5.1，直至比较单元无差值输出。
上述的履带式配重小车的电气控制装置的控制方法，其中：
所述的步骤1和2中的第一比较单元和第二比较单元内分别设有第一给定数值和第二给定数值，此数值由主机手柄统一控制给定；所述的步骤4和步骤5中的第三比较单元和第四比较单元内分别设有第三给定数值和第四给定数值；所述的第三给定数值和第四给定数值由主机回转速度换算给定。
本发明由于采用了上述技术，使之与现有技术相比具有的积极效果是：本发明履带式配重小车的电气控制装置的控制方法由于设置了多组行走马达转速传感器，可实时检测履带上安装的行走马达的转速，即履带的行走速度。通过控制器控制行走比例电磁阀的开度进而控制变量泵的排量，调节马达的转速，最终达到控制履带行走速度的效果，增大了自动化强度、提高了起重能力，并且使得配重移动便捷，避免了人为因素的负面影响而导致不同步问题。
附图说明
图1是本发明履带式配重小车的电气控制装置在起重机上的分布图。
图2是本发明履带式配重小车的电气控制装置控制方法的闭环控制流程原理图。
图3是履带式配重小车的电气控制装置回转模式的原理图。
图4a是履带式配重小车的电气控制装置行走模式的原理图。
图4b是图4a中主机和履带配重小车下车360°回转行走模式的原理图。
图4c履带式配重小车的电气控制装置任意角度行走模式的原理图
图5是履带式配重小车的电气控制装置拐弯模式的原理图。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本发明的实施例。
请参见图1所示，一种履带式配重小车的电气控制装置，包括设置在起重机主机上的主机控制部件1和设置在起重机配重小车上的配重小车控制部件2；主机控制部件1包括主机右履带行走马达转速传感器11、主机左履带行走马达转速传感器12、主机控制器13和主机回转角度位移传感器14；配重小车控制部件2包括配重小车右履带行走马达转速传感器21、配重小车左履带行走马达转速传感器22、配重小车控制器23和配重小车回转角度位移传感器24；主机控制器13和配重小车控制器23通过CANBUS连接通讯。
主机右履带行走马达转速传感器11设置在主机右履带行走马达上，用于测量主机右履带的行走速度；主机左履带行走马达转速传感器12设置在主机左履带行走马达上，用于测量主机左履带的行走速度。配重小车右履带行走马达转速传感器21设置在配重小车右履带行走马达上，用于测量配重小车右履带的行走速度；配重小车左履带行走马达转速传感器22设置在配重小车左履带行走马达上，用于测量配重小车左履带的行走速度。
主机回转角度位移传感器14和配重小车回转角度位移传感器24分别用于检测主机履带和配重小车履带的方向。主机回转角度位移传感器14通过检测主机回转结构3的回转角度来测量主机履带的方向。配重小车回转角度位移传感器24通过检测配重小车滑转机构4来测量配重小车履带的方向。
主机控制器13包括主机左履带PID调节器、主机右履带PID调节器、主机左履带PWM输出设备、主机右履带PWM输出设备、第一比较单元和第二比较单元；所述的配重小车控制器23包括配重小车左履带PID调节器、配重小车右履带PID调节器、配重小车左履带PWM输出设备、配重小车右履带PWM输出设备、第三比较单元和第四比较单元。
主机控制器13控制主机行走比例电磁阀工作；配重小车控制器23控制配重小车行走比例电磁阀工作。
请参见图1和图2所示，一种履带式配重小车的电气控制装置的控制方法，包括以下步骤：
步骤1、检测并控制起重机主机左履带的行走速度；
步骤2、检测并控制起重机主机右履带的行走速度；
步骤3、所述的步骤1和步骤2是同时进行的；
步骤4、检测并控制起重机配重小车左履带的行走速度；
步骤5、检测并控制起重机配重小车右履带的行走速度；
步骤6、所述的步骤4和步骤5是同时进行的。
其中：步骤1是闭环控制，还包括以下步骤：
步骤1.1、主机左履带行走马达转速传感器将主机左履带行走速度传输给主机控制器的第一比较单元；
步骤1.2、比较单元将误差数值传输给主机左履带PID调节器；
步骤1.3、主机左履带PID调节器传输信号给主机左履带PWM输出设备；
步骤1.4、主机左履带PWM输出设备控制第一行走比例电磁阀的开度；
步骤1.5、第一行走比例电磁阀通过控制变量泵进而控制左履带行走马达的转速；
步骤1.6、左履带行走马达转速传感器检测左履带行走马达的转速，并且进行步骤1.1，直至比较单元无差值输出；
步骤2是闭环控制，还包括以下步骤：
步骤2.1、主机右履带行走马达转速传感器将主机右履带行走速度传输给主机控制器的第二比较单元；
步骤2.2、比较单元将误差数值传输给主机右履带PID调节器；
步骤2.3、主机右履带PID调节器传输信号给主机右履带PWM输出设备；
步骤2.4、主机右履带PWM输出设备控制第二行走比例电磁阀的开度；
步骤2.5、第二行走比例电磁阀通过控制变量泵进而控制右履带行走马达的转速；
步骤2.6、右履带行走马达转速传感器检测右履带行走马达的转速，并且进行步骤2.1，直至比较单元无差值输出。
步骤4是闭环控制，还包括以下步骤：
步骤4.1、配重小车左履带行走马达转速传感器将配重小车左履带行走速度传输给配重小车控制器的第三比较单元；
步骤4.2、比较单元将误差数值传输给配重小车左履带PID调节器；
步骤4.3、配重小车左履带PID调节器传输信号给配重小车左履带PWM输出设备；
步骤4.4、配重小车左履带PWM输出设备控制第三行走比例电磁阀的开度；
步骤4.5、第三行走比例电磁阀通过控制变量泵进而控制配重小车左履带行走马达的转速；
步骤4.6、配重小车左履带行走马达转速传感器检测配重小车左履带行走马达的转速，并且进行步骤4.1，直至比较单元无差值输出；
步骤5是闭环控制，还包括以下步骤：
步骤5.1、配重小车右履带行走马达转速传感器将配重小车右履带行走速度传输给配重小车控制器的第四比较单元；
步骤5.2、比较单元将误差数值传输给配重小车右履带PID调节器；
步骤5.3、配重小车右履带PID调节器传输信号给配重小车右履带PWM输出设备；
步骤5.4、配重小车右履带PWM输出设备控制第四行走比例电磁阀的开度；
步骤5.5、第四行走比例电磁阀通过控制变量泵进而控制配重小车右履带行走马达的转速；
步骤5.6、配重小车右履带行走马达转速传感器检测配重小车右履带行走马达的转速，并且进行步骤5.1，直至比较单元无差值输出。
步骤1和2中的第一比较单元和第二比较单元内分别设有第一给定数值和第二给定数值，此数值由主机手柄统一控制给定；步骤4和步骤5中的第三比较单元和第四比较单元内分别设有第三给定数值和第四给定数值；第三给定数值由第四给定数值由主机回转速度换算给定。
由于步骤1、步骤2、步骤4和步骤5的原理相同，所以仅提供图2这个原理图。
请参见图1和图3所示，图3是回转模式，在此模式下实现的回转运动步骤如下：
(1)利用配重小车控制器控制配重小车行走马达相应的比例电磁阀，令配重小车双履带行走速率相等，方向相反，进而控制配重小车履带原定打转。
(2)利用配重小车回转角度传感器检测信号，将配重小车履带调整到准确的位置。
(3)利用配重小车自由滑转锁定销5锁定配重小车自由滑转机构4，通过手柄给定主机回转角速度。
(4)回转时，根据给定的主机回转速度，换算为给定的配重小车的左右履带线速度，通过配重小车上的控制器PWM输出信号和DO输出信号控制配重小车左右履带回转同步。
(5)通过主机控制器和配重小车控制器DO输出信号控制主机回转和配重小车回转制动。
实现同步回转模式基于如下原理：
w×R＝v
(R-L/2)/Va＝(R+L/2)/Vb
Va/Vb＝(R-L/2)/(R+L/2)
其中Va代表配重小车左履带的行走速度，Vb代表配重小车右履带的行走速度，v代表主机回转机构的回转速度，R代表主机回转结构和配重小车滑转机构之间的间距，L代表配重小车左右履带之间的中心距离。
请参见图1和图4a、4b、4c所示，图4a、4b、4c是不同情况下的是行走模式，在行走模式下实现行走运动步骤如下：
(1)利用控制理论中的PID参数调节控制配重小车双履带行走速率相等，利用控制器控制配重小车双履带行走方向相反，进而控制配重小车履带原定打转。
(2)利用配重小车回转角度传感器和主机回转角度传感器的检测信号，将配重小车履带调整到和主机履带平行的位置。
(3)利用自由滑转锁定销5锁定配重小车自由滑转机构4。
(4)利用控制理论中的PID参数调节控制配重小车和主机的行走速度相等，进而开始同步行走。
(5)利用控制器控制主机和配重小车同时停止行走。
实现同步行走模式基于如下原理：
当主机和配重小车原地打转时，Va′＝-Vb′；
当主机和配重小车同向行驶时，Va′＝Vb′；
其中Va′代表主机或配重小车左履带的行走速度，Vb′代表主机或配重小车右履带的行走速度。
请参见图1和图5所示，图5是拐弯模式，在此模式下实现拐弯运动步骤如下：
(1)打开主机回转结构和配重小车自由滑转机构，利用主机控制器使主机履带原地打转。
(2)通过实时检测主机回转角度传感器信号，利用主机控制器控制行走马达，将主机履带调整到拐弯的方向。
(3)使用配重小车PID调节器和主机PID调节器分别控制配重小车行走速度和主机行走速度满足一定的关系，进而开始同步行走。
(4)通过主机控制器和配重小车控制器分别控制主机和配重小车同时停止行走。
实现同步拐弯模式基于如下原理：
Vc/sinA＝Vb″/sinB＝Va″/sin(A-B)
Va″代表履带配重小车的行走速度，Vb″代表主机的行走速度，Vc代表Va″和Vb″的矢量和。
本发明履带式配重小车的电气控制装置及其控制方法，实现了主机和配重小车的同步控制，且主机和配重小车的动作组合生成工作模式的多样化，增大了自动化强度、提高了起重能力，并且使得配重移动便捷，避免了人为因素的负面影响而导致不同步问题。
Claims (9)
1.一种履带式配重小车的电气控制装置，其特征在于：包括设置在起重机主机上的主机控制部件（1）和设置在起重机配重小车上的配重小车控制部件（2）；所述的主机控制部件（1）包括主机右履带行走马达转速传感器（11）、主机左履带行走马达转速传感器（12）、主机控制器（13）和主机回转角度位移传感器（14）；所述的配重小车控制部件（2）包括配重小车右履带行走马达转速传感器（21）、配重小车左履带行走马达转速传感器（22）、配重小车控制器（23）和配重小车回转角度位移传感器（24）；所述的主机控制器(13)和配重小车控制器(23)通过控制器局部网连接通讯。
2.根据权利要求1所述的履带式配重小车的电气控制装置，其特征在于：
所述的主机右履带行走马达转速传感器（11）设置在主机右履带行走马达上，用于测量主机右履带的行走速度；所述的主机左履带行走马达转速传感器（12）设置在主机左履带行走马达上，用于测量主机左履带的行走速度。
3.根据权利要求1所述的履带式配重小车的电气控制装置，其特征在于：
所述的配重小车右履带行走马达转速传感器（21）设置在配重小车右履带行走马达上，用于测量配重小车右履带的行走速度；所述的配重小车左履带行走马达转速传感器（22）设置在配重小车左履带行走马达上，用于测量配重小车左履带的行走速度。
4.根据权利要求1所述的履带式配重小车的电气控制装置，其特征在于：
所述的主机回转角度位移传感器（14）和配重小车回转角度位移传感器（24）分别用于检测主机履带和配重小车履带的方向。
5.根据权利要求1所述的履带式配重小车的电气控制装置，其特征在于：
所述的主机控制器（13）包括主机左履带比例积分微分调节器、主机右履带比例积分微分调节器、主机左履带脉冲宽度调制输出设备、主机右履带脉冲宽度调制输出设备、第一比较单元和第二比较单元；所述的配重小车控制器（23）包括配重小车左履带比例积分微分调节器、配重小车右履带比例积分微分调节器、配重小车左履带脉冲宽度调制输出设备、配重小车右履带脉冲宽度调制输出设备、第三比较单元和第四比较单元。
6.根据权利要求1所述的履带式配重小车的电气控制装置，其特征在于：
所述的主机控制器（13）控制主机行走比例电磁阀工作；所述的配重小车控制器（23）控制配重小车行走比例电磁阀工作。
7.一种履带式配重小车的电气控制装置的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、检测并控制起重机主机左履带的行走速度；
步骤2、检测并控制起重机主机右履带的行走速度；
步骤3、所述的步骤1和步骤2是同时进行的；
步骤4、根据转换步骤1检测的结果，检测并控制起重机配重小车左履带的行走速度；
步骤5、根据转换步骤2检测的结果，检测并控制起重机配重小车右履带的行走速度；
步骤6、所述的步骤4和步骤5是同时进行的。
8.根据权利要求7所述的履带式配重小车的电气控制装置的控制方法，其特征在于：
其中：所述的步骤1是闭环控制，还包括以下步骤：
步骤1.1、主机左履带行走马达转速传感器将主机左履带行走速度传输给主机控制器的第一比较单元；
步骤1.2、第一比较单元将误差数值传输给主机左履带PID调节器；
步骤1.3、主机左履带PID调节器传输信号给主机左履带PWM输出设备；
步骤1.4、主机左履带PWM输出设备控制第一行走比例电磁阀的开度；
步骤1.5、第一行走比例电磁阀通过控制变量泵进而控制左履带行走马达的转速；
步骤1.6、左履带行走马达转速传感器检测左履带行走马达的转速，并且进行步骤1.1，直至比较单元无差值输出；
所述的步骤2是闭环控制，还包括以下步骤：
步骤2.1、主机右履带行走马达转速传感器将主机右履带行走速度传输给主机控制器的第二比较单元；
步骤2.2、第二比较单元将误差数值传输给主机右履带PID调节器；
步骤2.3、主机右履带PID调节器传输信号给主机右履带PWM输出设备；
步骤2.4、主机右履带PWM输出设备控制第二行走比例电磁阀的开度；
步骤2.5、第二行走比例电磁阀通过控制变量泵进而控制右履带行走马达的转速；
步骤2.6、右履带行走马达转速传感器检测右履带行走马达的转速，并且进行步骤2.1，直至比较单元无差值输出；
所述的步骤4是闭环控制，还包括以下步骤：
步骤4.1、配重小车左履带行走马达转速传感器将配重小车左履带行走速度传输给配重小车控制器的第三比较单元；
步骤4.2、第三比较单元将误差数值传输给配重小车左履带PID调节器；
步骤4.3、配重小车左履带PID调节器传输信号给配重小车左履带PWM输出设备；
步骤4.4、配重小车左履带PWM输出设备控制第三行走比例电磁阀的开度；
步骤4.5、第三行走比例电磁阀通过控制变量泵进而控制配重小车左履带行走马达的转速；
步骤4.6、配重小车左履带行走马达转速传感器检测配重小车左履带行走马达的转速，并且进行步骤4.1，直至比较单元无差值输出；
所述的步骤5是闭环控制，还包括以下步骤：
步骤5.1、配重小车右履带行走马达转速传感器将配重小车右履带行走速度传输给配重小车控制器的第四比较单元；
步骤5.2、第四比较单元将误差数值传输给配重小车右履带PID调节器；
步骤5.3、配重小车右履带PID调节器传输信号给配重小车右履带PWM输出设备；
步骤5.4、配重小车右履带PWM输出设备控制第四行走比例电磁阀的开度；
步骤5.5、第四行走比例电磁阀通过控制变量泵进而控制配重小车右履带行走马达的转速；
步骤5.6、配重小车右履带行走马达转速传感器检测配重小车右履带行走马达的转速，并且进行步骤5.1，直至比较单元无差值输出。
9.根据权利要求8所述的履带式配重小车的电气控制装置的控制方法，其特征在于：
所述的步骤1和2中的第一比较单元和第二比较单元内分别设有第一给定数值和第二给定数值，此数值由一个主机手柄统一控制给定；所述的步骤4和步骤5中的第三比较单元和第四比较单元内分别设有第三给定数值和第四给定数值；所述的第三给定数值和第四给定数值由主机回转速度换算给定。
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