DE4342455C2 - Hierarchisches Steuersystem für einen Bagger - Google Patents

Description

Hintergrund der Erfindung 1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein hierarchisches Steuersystem für einen Bagger, insbesondere auf ein Steuersystem mit hierarchischer Struktur.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Unter den verschiedenen Baumaschinen ist die Verwendung von Baggern im Bauwesen besonders weit verbreitet, aber verglichen mit allen anderen Baumaschinen ist das Führen eines solchen Baggers für Neulinge problematisch, da das Steuern eines Baggers generell schwierig ist. Dementsprechend ist es für ein geschicktes Führen eines solchen Baggers erforderlich, daß der Baggerführer sowohl genügend Zeit als auch Erfahrung hat.

Automatische Baggersteuerungen lassen sich in zwei Hauptklassen einteilen. Eine erste Klasse, nämlich die Standardsteuerung zum Steuern des Motors und der Pumpe, die im Bagger vorhanden sind, ist auf einen hohen Energiewirkungsgrad ausgelegt. Die andere Klasse zielt auf eine verbesserte Steuerung der Baggergelenke im Hinblick auf eine vereinfachte Arbeit und Bedienung durch den Baggerführer.

Allgemein besitzen Bagger einen Ausleger, eine Schaufel, einen Schaufelarm, Schwenk- und andere Gelenke. Zum Steuern der Baggergelenke müssen im Bagger Gelenksensoren zum Erfassen des Drehwinkels und der linearen Verschiebung jedes Gelenks vorhanden sein. Auch eine arithmetische Verarbeitungseinheit muß im Bagger vorhanden sein, um die Gelenke gemäß angelegten elektrischen Signalen unter allen Arbeitsbedingungen zu steuern. Da von der arithmetischen Verarbeitungseinheit jedoch mehrere Gelenke gleichzeitig gesteuert werden müssen, ist ein sehr leistungsfähiger Prozessor erforderlich.

Näher ausgeführt bedeutet dies folgendes: Da das verbesserte Steuersystem zum Steuern der Baggergelenke leistungsfähige Sensoren zum Erfassen aller Gelenkstellungen sowie einen derartigen leistungsfähigen Prozessor erfordert, hat es einen komplizierten Aufbau und bedingt dadurch - im Vergleich zum Standardsteuersystem zum Steuern von Baggermotor und Baggerpumpe - hohe Herstellungskosten. Bei herkömmlichen Baggersteuersystemen wird je nach Kundenwunsch wahlweise eine der zwei Steuersystem-Arten im Bagger vorgesehen. Da bei den herkömmlichen Baggersteuersystemen jedoch keine Umstellungsmöglichkeit zwischen den beiden Steuersystem-Arten in Betracht gezogen ist, muß ein System als ganzes gegen ein anderes ausgetauscht werden, wenn ein Wechsel von der einen Steuerungsart zur anderen notwendig wird.

Wenn auf Kundenwunsch zum Beispiel das Standardsteuersystem, das nur eine Standardsteuerfunktion, wie die Steuerung von Pumpe und Motor, erfüllen kann, gegen das verbesserte Steuersystem, das eine verbesserte Steuerfunktion, wie die Steuerung der Gelenke, vollbringen kann, ausgetauscht werden soll, muß das Standardsteuersystem aus dem Bagger entfernt und das verbesserte Steuersystem in den Bagger eingebaut werden.

Da das herkömmliche Steuersystem - wie vorstehend erläutert - eine isolierte Steuermethode verwendet, für die keine Umstellungsmöglichkeit zwischen dem Standardsteuersystem und dem verbesserten Steuersystem vorgesehen ist, ist es beim herkömmlichen Steuersystem unmöglich, das Standardsteuersystem auf das verbesserte Steuersystem umzuschalten.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines hierarchischen Steuersystems, bei dem als Grundversion ein Standardsteuermodul zum Steuern eines Baggermotors und einer Baggerpumpe vorgesehen werden kann und ein Erweiterungs-Steuermodul dem Standardsteuermodul nur hinzugefügt zu werden braucht, um eine verbesserte Steuerfunktion zu leisten, die Baggergelenke ohne Verwendung eines eigenständigen elektrischen Steuersystems steuern kann.

Die vorliegende Erfindung schafft nach einem ersten Gesichtspunkt ein hierarchisches Steuersystem für einen Bagger, mit einem Standardsteuermodul zum Steuern eines Motors, einer Pumpe, eines Relais, eines Elektromagneten, eines Schrittmotors und/oder mehrerer Steuerventile in Abhängigkeit von Signalen von einem Sensor zur Erfassung der Motordrehzahl, einem Kraftstoffsensor, einem Strömungsdrucksensor, einem Temperatursensor und einer Mehrzahl von Ein/Aus-Schaltern, ferner mit einem Programmiergerät zum Empfangen einer vorgegebenen Anweisung einer Bedienungsperson, zum Weiterleiten der Anweisung an das Standardsteuermodul sowie zum Anzeigen von gemäß der Anweisung erbrachten Arbeitsergebnissen, wobei das Standardsteuermodul folgende Bestandteile aufweist: einen mit mehrkanaligem Analog-Digital-Wandler ausgestatteten Hauptsteuerprozessor zur Durchführung arithmetischer Operationen, einer schnellen seriellen Datenübertragungsfunktion und einer Ausgabefunktion gemäß einem Synchronisationssignal von einem Oszillator; einen an einem ersten Eingang des Hauptsteuerprozessors angeschlossenen Analogmultiplexer zum Multiplexen der Signale vom Temperatursensor, Strömungsdrucksensor und Kraftstoffsensor und zum Ausgeben des Multiplexsignals an den ersten Eingang; eine Signalschnittstelle, die zwischen jedem Sensor und dem Analogmultiplexer liegt; ein Signalfilter, das zwischen einem Steuerhebel oder Pedal und einem zweiten Eingang des Hauptsteuerprozessors liegt, um ein von der Bedienungsperson ausgelöstes Betätigungssignal vom Steuerhebel oder Pedal zu filtern und das gefilterte Signal an den zweiten Eingang zu liefern; einen seriellen Datenübertragungs-Sendeempfänger, der zwischen dem Programmiergerät und einer seriellen Datenschnittstelle des Hauptsteuerprozessors liegt, um zwischen diesen eine Zweirichtungs-Datenübertragung herzustellen; eine Signalformer-Schaltung, die zwischen dem Motordrehzahlsensor und einem schnellen Dateneingang des Hauptsteuerprozessors liegt, um ein sinusförmiges Signal vom Motordrehzahlsensor umzuformen und ein rechteckförmiges Signal an den schnellen Dateneingang auszugeben; eine Schrittmotorsteuereinheit zum Erzeugen eines Schrittmotorsteuersignals unter Verwendung eines Steuersignals, das von einem Ausgang des Hauptsteuerprozessors zugeführt wird; eine Schrittmotortreiberschaltung, die zwischen der Schrittmotorsteuereinheit und dem Schrittmotor liegt, um den Schrittmotor in Abhängigkeit vom Schrittmotorsteuersignal zu betreiben; einen Speicher, der am Hauptsteuerprozessor über einen lokalen Bus angeschlossen ist; einen Ein/Aus- Ausgangstreiber zum Steuern des Elektromagneten oder Relais mittels Daten, die von einem Ein-/Ausgabe-Datenbus zugeführt werden, der an dem Speicher angeschlossen ist; und einen mehrkanaligen Digital-Analog-Wandler, der am Ein-/Ausgabe- Datenbus angeschlossen ist, um Antriebssignale an Verstärker zu liefern, die ein Mehrfachsteuerventilsystem und die Pumpe antreiben.

Im Aufbau kann das Standardsteuermodul ferner einen Steuerlogikschaltkreis aufweisen, der an eine Ein-/Ausgabe-Schnittstelle des Hauptsteuerprozessors angeschlossen ist, um Adressen von einem Adreßbus zu decodieren und den Zugriff auf den Speicher zu verwalten.

Ferner kann das Steuersystem folgende Bestandteile aufweisen: einen Systembus, der den Adreßbus, einen Datenbus und einen Steuerbus umfaßt; einen Arithmetikprozessor, der mit dem Hauptsteuerprozessor verbunden ist und gemeinsam mit diesem den Speicher über den Systembus mit Hilfe der Verwaltung des Steuerlogikschaltkreises benutzt; und eine Sensorschnittstelle, die mit einer Mehrzahl von Gelenksensoren verbunden ist und über den Systembus an das Standardsteuermodul angeschlossen ist; wobei von dem Steuersystem Ausleger-, Schaufel-, Schaufelarm-und Schwenkgelenke des Baggers gesteuert sind.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Durch Bezugnahme auf die bei liegenden Zeichnungen kann die vorliegende Erfindung besser verstanden werden, und ihre zahlreichen Zwecke und Vorteile werden für die einschlägigen Fachleute ersichtlich. In den Zeichnungen ist

Fig. 1 ein Blockschaltbild, das den Aufbau des hierarchischen Bagger-Steuersystems gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt; und

Fig. 2 ein ausführlicher Schaltplan des in Fig. 1 dargestellten Standardsteuermoduls.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform(en)

In Fig. 1 bezeichnet Bezugsziffer 100 einen Arithmetikprozessor, der aus einem Hochleistungs- Verarbeitungsmodul besteht, von mehreren Sensoren gelieferte Daten empfängt, zum Beispiel von Sensoren, welche die Baggergelenke abtasten, sowie Arbeitssteuerdaten empfängt, die infolge der Steuertätigkeit des Baggerführers gebildet werden, um die zur Steuerung von Antriebseinheiten des Baggers erforderlichen Vorgänge mit hoher Geschwindigkeit zu erledigen )und das Softwareprogramm für automatische Betriebssteuerung des Baggers in Echtzeit ablaufen zu lassen. Bezugsziffer 200 bezeichnet ein Programmiergerät zum Bereitstellen der Arbeitssteuerdaten sowohl an den Arithmetikprozessor 100 als auch an ein Standardsteuermodul 400, das unten beschrieben wird, und zum Anzeigen von Ergebnissen, die aus der Ausführung der Arbeitssteuerdaten hervorgehen. Bezugsziffer 300 bezeichnet eine Sensorschnittstelle für den Datenaustausch mit Sensoren, wie z. B. einem Gelenkabtastsensor, einem Sensor zum Erfassen eines Gelenkknickwinkels und einem Sensor zum Erfassen der Baggerfahrt, sowie anderen Einheiten, die mit einem Systembus verbunden sind. Bezugsziffer 400 stellt das Standardsteuermodul dar, das als Schnittstelle zu- weiteren Eingabe- und Ausgabe-Gliedern - außer den Gelenkerfassungssensoren - dient und Betriebsschritte für eine Standard-Automatikfunktion ausführt, und Bezugsziffer 500 bezeichnet eine Verstärkungseinrichtung zum Verstärken von Stromsignalen, die zum Antreiben elektrischer Proportionalventile verwendet werden. Die Proportionalventile dienen zum Einstellen eines Mehrfachsteuerventilsystems, das zum Steuern von Pumpen und der darin strömenden Flüssigkeit verwendet wird.

Wie in Fig. 1 gezeigt, erfolgt die Datenübertragung zwischen dem Arithmetikprozessor 100 und dem Programmiergerät 200 über eine serielle Datenleitung. Diese Datenübertragungsmethode wird "serielle Datenübertragungsmethode" genannt. Ferner erfolgt die Datenübertragung zwischen dem Arithmetikprozessor 100, der Sensorschnittstelle 300 und dem Standardsteuermodul 400 über einen im Systembus enthaltenen Datenbus. Diese Datenübertragungsmethode wird "Datenbus Datenübertragungsmethode" genannt. Die Datenbus- Datenübertragungsmethode ist ein Verfahren, bei dem mehrere Module gegebene Übertragungskanäle, wie den Datenbus, gemeinsam nutzen, was für die Datenübertragung zwischen Modulen von Datenverarbeitungssystemen geläufig ist.

Wenn nur wenige Daten übertragen zu werden brauchen, ist die Ausbildung einer seriellen Busstruktur in dem Datenverarbeitungssystem nützlich, wenn aber große Datenmengen zu übertragen sind, ist die Ausbildung einer parallelen Busstruktur in dem Datenverarbeitungssystem nützlich.

Nachstehend wird die Betriebsweise des hierarchischen Steuersystems für einen Bagger beschrieben.

Wenn zum Steuern des Baggers zunächst nur die oben genannte Standardsteuerfunktion erforderlich ist, besteht das hierarchische Steuersystem aus dem Programmiergerät 200, dem Standardsteuermodul 400 und der Verstärkungseinrichtung 500, und wenn zum Steuern des Baggers eine Gelenksteuerfunktion erforderlich ist, umfaßt das Steuersystem ferner den Arithmetikprozessor 100 und die Sensorschnittstelle 300, und zwar zusätzlich zu den Bauteilen, die zur Durchführung der Standardsteuerfunktion erforderlich sind. Da jedes der Schaltungsbauteile des Steuersystems als Moduleinheit ausgebildet ist, können die Schaltungsbauteile leicht mittels Steckplätzen kombiniert werden, um die Standardsteuerfunktion oder die Gelenksteuerfunktion zu erbringen. Wenn es also notwendig ist, ein Standardsteuersystem, das nur die Standardsteuerfunktion erbringen kann, gegen ein erweitertes Steuersystem, das die Gelenksteuerfunktion leisten kann, auszuwechseln, werden dem Standardsteuersystem mittels darin befindlicher Schlitze nur die Erweiterungsbauteile hinzugefügt, um die Gelenksteuerfunktion durchführen zu können. Dementsprechend brauchen zur Erzielung der Gelenksteuerfunktion im Standardsteuersystem lediglich die Erweiterungsmodule hinzugefügt zu werden, und mithin werden Zeit und Kosten für einen Systemwechsel stark verringert. Dieses Systemwechselverfahren wird "hierarchisches Steuerungsverfahren" genannt.

Damit das hierarchische Steuersystem verwirklicht werden kann, müssen die folgenden Funktionen erfüllt sein.

Zunächst ist es erforderlich, eine arithmetische Datenverarbeitung vorzusehen, eine Bussteuerlogik zum Übertragen von Information über einen Systembus zu entwerfen, eine serielle Datenübertragung zum Informationsaustausch mit dem Programmiergerät 200 sowie mehrere Eingabe/Ausgabeprozesse als Schnittstelle zu externen Geräten zu unterstützen.

Zur Durchführung einer verbesserten, automatischen Arbeitsweise des Baggers bedarf es im wesentlichen eines elektrischen Steuerhebels, eines Pedals, elektromagnetischer Proportionalventile, Ein/Aus-Elektromagnete, Relais und verschiedener Arten von Schaltern.

Fig. 2 zeigt den Detailaufbau einer erfindungsgemäßen Ausführungsform des Standardsteuermoduls 400, das in dem hierarchischen Steuersystem realisiert ist und die vorgenannten Grundvoraussetzungen erfüllt.

In Fig. 2 bezeichnet die Bezugsziffer 401 einen Oszillator zum Erzeugen von Impulssignalen vorgegebener Frequenz, und Bezugsziffer 402 bezeichnet einen Hauptsteuerprozessor, der aus einem Mikrocomputer mit mehrkanaligem Analog-Digital-Wandler besteht. Der Hauptsteuerprozessor 402 kann schnelle arithmetische Operationen, eine schnelle serielle Datenübertragung und mehrere Ein-/Ausgabe-Funktionen erledigen.

Wie in Fig. 2 gezeigt, sind ein Wärmeerfassungssensor, Signale von einem Strömungsdruckerfassungssensor und ein Kraftstofferfassungssensor über eine Signalschnittstelle 403 zum Zweck eines Multiplexbetriebs an einen Analogmultiplexer 404 gelegt, und das Multiplexsignal vom Multiplexer 404 wird an einen ersten Eingang des Hauptsteuerprozessors 402 geleitet. Dann wandelt der Hauptsteuerprozessor 402 das Multiplexsignal in digitale Daten um. Ferner wird ein Arbeitsbefehlssignal von dem vom Baggerführer betätigten Steuerhebel oder Pedal durch ein Tiefpaßfilter 405 gefiltert und dann an einen zweiten Eingang des Hauptsteuerprozessors 402 gelegt, um die verschiedenen Baggerfunktionen in Abhängigkeit vom Arbeitsbefehlssignal zu steuern.

Ferner ist das Programmiergerät 200 über einen seriellen Datenübertragungs-Sendeempfänger 406 an einem seriellen Dateneingang des Hauptsteuerprozessors 402 angeschlossen, und der Motordrehzahlsensor zum Erfassen der Drehzahl des Baggermotors, zum Beispiel in Umdrehungen pro Minute, ist mit einem schnellen Dateneingang des Hauptsteuerprozessors verbunden, und zwar über eine Signalformer-Schaltung 407, die ein vom Motordrehzahlsensor als Sinuswelle ankommendes Motordrehzahlsignal umformt und als rechteckförmiges Signal an den schnellen Dateneingang ausgibt. Ein Schrittmotor ist zum Öffnen und Schließen eines Kraftstoffzufuhrventils vorhanden, um die an den Motor zu fördernde Kraftstoffmenge einzustellen. Ein Ausgang des Hauptsteuerprozessors ist über eine Schrittmotorsteuereinheit 408 mit einer Schrittmotortreiberschaltung 409 verbunden. Dementsprechend wird ein vom Ausgang des Hauptsteuerprozessors 402 abgegebenes Schrittmotorsteuersignal in ein an die Schrittmotortreiberschaltung 409 zu leitendes Analogsignal umgewandelt. In Abhängigkeit von diesem Analogsignal steuert dann die Schrittmotortreiberschaltung 409 den Schrittmotor. Darüber hinaus ist eine Adreß- und Datenschnittstelle des Hauptsteuerprozessors 402 über einen lokalen Bus an einen mit anderen Einheiten gemeinsam benutzten Speicher 410 angeschlossen. Der gemeinsame Speicher 410 wird über den lokalen Bus auch vom Arithmetikprozessor 100 benutzt. Da der gemeinsame Speicher 410 von zwei Prozessoren benutzt wird, zum Beispiel vom Hauptsteuerprozessor 402 und dem Arithmetikprozessor 100, benötigt der Arithmetikprozessor 100 einen Adreßdecodierer zum Decodieren von dessen Adressen und einen Speicherzugangsschiedsrichter zum Regeln des Zugriffs der beiden Prozessoren auf den Speicher 410. Wenn in diesem Fall separate Logikbauelemente - z. B. ein Adreßdecodierer und ein Speicherzugriffsschiedsrichter - zur gemeinsamen Benutzung des Speichers 410 vorgesehen werden, entsteht das Problem, daß für die zeitliche Steuerung des gemeinsamen Betriebs der beiden Prozessoren zusätzliche Schaltkreise erforderlich sind. Deshalb verwendet die vorliegende Erfindung anstelle der separaten Logikelemente eine Softwarelösung, damit die beiden Prozessoren den Speicher 410 gemeinsam nutzen können. Im einzelnen besteht bei der vorliegenden Erfindung ein Steuerlogikschaltkreis 411 aus einer programmierbaren Logikeinrichtung, die in der Lage ist, dieselben Funktionen wie ein Adreßdecodierer und ein Speicherzugriffsschiedsrichter auszuführen, und ist an eine Ein-/Ausgabe-Schnittstelle des Hauptsteuerprozessors 402 angeschlossen.

Ferner ist der Steuerlogikschaltkreis 411 über Zwischenspeicher 412 und 413 mit einem Systembus verbunden. Der Zwischenspeicher 412 ist mit einem Adreßbus des Systembusses und der Zwischenspeicher 413 mit einem Datenbus des Systembusses verbunden.

Ein Ein/Aus-Schalter ist über eine Ein/Aus-Schnittstelle 414 mit einem Zwischenspeicher 415 verbunden, der seinerseits am Ein-/Ausgabe-Datenbus angeschlossen ist. Um ein Relais oder einen Elektromagneten zu betätigen, ist ein Ein/Aus- Ausgangstreiber 417 über einen Zwischenspeicher 416 mit dem Ein-/Ausgabe-Datenbus verbunden. Ebenfalls am Ein-/Ausgabe- Datenbus angeschlossen ist ein Digital-Analog-Wandler 418, der mit einer Spannungsanpassungsschaltung 419 verbunden ist, um ein Mehrfachsteuerventilsystem und eine Pumpe zu steuern.

Im allgemeinen hängt die in der Verstärkungsschaltung 500 (Fig. ) zu verwendende Spannung vom Anwendungsfall ab, und daher wird die Spannungsanpassungsschaltung 419 benötigt, um einen Ausgangsbereich des Wandlers 418 zu verschieben und zu skalieren. Da ferner die Genauigkeit des Analog-Digital- Wandlers bzw. des Digital-Analog-Wandlers stark von Schwankungen einer ihnen zugeführten Bezugsspannung abhängt, ist es erforderlich, ihnen eine Bezugsspannung gleichbleibenden Pegels zuzuführen. Die in einem Mikrocomputer zu verwendende Spannung, 5 Volt, wird in den Wandlern als Bezugsspannung benutzt, aber die 5-Volt-Spannung wird nach unten geregelt und ist somit als Bezugsspannung für die Wandler ungeeignet. Als Schaltungselement zum Liefern der Bezugsspannung kann ein handelsübliches Bezugsspannungs-Schaltungselement angepaßt werden, aber dieses ist kostenaufwendig. Dementsprechend ist es erstrebenswert, zum Erzeugen einer Bezugsspannung eine einfache Schaltung zu erstellen und zu verwenden.

Um den Motor und die Pumpe zu steuern, ist es erforderlich, ihre Betriebszustände zu erfassen. Im einzelnen wird ein magnetischer Abtastsensor vorgesehen, um die Drehzahl des Motors z. B. als Umdrehungen pro Minute zu erfassen, und ein Strömungsdrucksensor ist vorgesehen, um den Abgabedruck der Pumpe zu erfassen. Eine zum Abgabedruck der Pumpe proportionale Spannung kann mittels des Strömungsdruckerfassungssensors ohne weiteres gewonnen und mittels eines in den Mikrocomputer einbezogenen Analog-Digital-Wandlers in digitale Daten umgewandelt werden, aber durch die Verwendung des Motordrehzahlerfassungssensors wird ein sinusförmiger Impulszug erhalten, der proportional zur Drehzahl ist und nicht unmittelbar in digitale Daten umgewandelt werden kann. Dementsprechend ist es erforderlich, daß zwischen dem Motordrehzahlerfassungssensor und dem Analog-Digital-Wandler eine Impulsintervall-Erfassungsschaltung liegt, um jeweils das zwischen den Impulsen des Impulszuges liegende Intervall zu erfassen. Bei der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung ist als Impulsintervall-Erfassungsschaltung die Signalformer- Schaltung 407 vorhanden, die ein sinusförmiges Signal in ein rechteckförmiges Signal umwandelt. Außerdem wirkt der Mikrocomputer als schnelle Erfassungseinrichtung zum Messen der Zeitspanne zwischen den Rechteckimpulsen von der Signalformer- Schaltung 407.

Da das hierarchische Baggersteuersystem erfindungsgemäß einen hierarchischen Aufbau hat, braucht, wenn ein Standardsteuersystem auf Kundenwunsch auf ein verbessertes, automatisches Steuersystem erweitert werden soll, lediglich ein Erweiterungs-Steuermodul dem Standardsteuersystem hinzugefügt zu werden, um ein optimierendes Steuersystem zu erzielen.

Ferner ist eine Spannungsanpassungsschaltung am Ausgang eines mehrkanaligen Digital-Analog-Wandlers angeschlossen, so daß ein breiter Eingangsbereich einer Verstärkungsschaltung befriedigt werden kann. Außerdem verwendet das hierarchische Steuersystem ein Datenbusverfahren zur Mehrfachnutzung von Datenübertragungskanälen, und somit kann durch Hinzufügung nur eines neuen Moduls zum Standardmodul ohne Änderung eines herkömmlichen Systems eine besondere Steuerfunktion erfüllt werden.

Darüber hinaus verwendet das hierarchische Steuersystem ein Verfahren zur Mehrfachnutzung eines Speichers, und somit kann ein Teil der Standardsteuerung mit einem an einem Systembus angeschlossenen Arithmetikprozessor 100 kommunizieren. Um einen Speicher von mehreren Einheiten gemeinsam nutzen zu lassen, kann die Schiedsrichterfunktion zwischen einem Adreßdecodierer und einem Speicher durch eine einzige programmierbare Logikeinrichtung realisiert werden, und somit kann das Datenübertragungsprotokoll durch Umprogrammierung der Logikeinrichtung ohne Änderung ihrer Hardware abgeändert werden. Schließlich kann das hierarchische Steuersystem neben Baggern ohne weiteres auch auf andere Baumaschinen angewendet werden.

Es versteht sich, daß für Fachleute verschiedene weitere Abwandlungen ersichtlich und ohne weiteres durchführbar sind, ohne vom Umfang und Geist der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Dementsprechend ist nicht beabsichtigt, den Schutzumfang der bei liegenden Ansprüche auf die vorstehende Beschreibung zu beschränken, sondern vielmehr sollen die Ansprüche in der Weise ausgelegt werden, daß sie alle patentfähigen neuen Merkmale abdecken, die in der vorliegenden Erfindung enthalten sind, einschließlich aller Merkmale, die von den einschlägigen Fachleuten als deren Äquivalente behandelt würden.

Bezugszeichenliste

100 Arithmetikprozessor
200 Programmiergerät
300 Sensorschnittstelle
400 Standardsteuermodul
401 Oszillator
402 Hauptsteuerprozessor
403 Signalschnittstelle
404 Analogmultiplexer
405 Tiefpaßfilter
406 serieller Datenübertragungs-Sendeempfänger
407 Signalformer-Schaltung
408 Schrittmotorsteuereinheit
409 Schrittmotortreiberschaltung
410 Speicher
411 Steuerlogikschaltkreis
412 Zwischenspeicher
413 Zwischenspeicher
414 Ein/Aus-Schnittstelle
415 Zwischenspeicher
416 Zwischenspeicher
417 Ein/Aus-Ausgangstreiber
418 Digital-Analog-Wandler
419 Spannungsanpassungsschaltung
500 Verstärkungsschaltung

Claims (4)

1. Hierarchisches Steuersystem für einen Bagger, mit einem Standardsteuermodul (400) zum Steuern eines Motors, einer Pumpe, eines Relais, eines Elektromagneten, eines Schrittmotors und/oder mehrerer Steuerventile in Abhängigkeit von Signalen von einem Sensor zur Erfassung der Motordrehzahl, einem Kraftstoffsensor, einem Strömungsdrucksensor, einem Temperatursensor und einer Mehrzahl von Ein/Aus-Schaltern, ferner mit einem Programmiergerät (200) zum Empfangen einer vorgegebenen Anweisung einer Bedienungsperson, zum Weiterleiten der Anweisung an das Standardsteuermodul (400) sowie zum Anzeigen von gemäß der Anweisung erbrachten Arbeitsergebnissen, wobei das Standardsteuermodul (400) folgende Bestandteile aufweist:
einen mit mehrkanaligem Analog-Digital-Wandler ausgestatteten Hauptsteuerprozessor (402) zur Durchführung arithmetischer Operationen, einer schnellem seriellen Datenübertragungsfunktion und einer Ausgabefunktion gemäß einem Synchronisationssignal von einem Oszillator (401);
einen an einem ersten Eingang des Hauptsteuerprozessors (402) angeschlossenen Analogmultiplexer (404) zum Multiplexen der Signale vom Temperatursensor, Strömungsdrucksensor und Kraftstoffsensor und zum Ausgeben des Multiplexsignals an den ersten Eingang;
eine Signalschnittstelle (403), die zwischen jedem Sensor und dem Analogmultiplexer (404) liegt;
ein Signalfilter (405), das zwischen einem Steuerhebel oder Pedal und einem zweiten Eingang des Hauptsteuerprozessors (402) liegt, um ein von der Bedienungsperson ausgelöstes Betätigungssignal vom Steuerhebel oder Pedal zu filtern und das gefilterte Signal an den zweiten Eingang zu liefern;
einen seriellen Datenübertragungs-Sendeempfänger (406), der zwischen dem Programmiergerät (200) und einer seriellen Datenschnittstelle des Hauptsteuerprozessors (402) liegt, um zwischen diesen eine Zweirichtungs-Datenübertragung herzustellen; eine Signalformer-Schaltung (407), die zwischen dem Motordrehzahlsensor und einem schnellen Dateneingang des Hauptsteuerprozessors (402) liegt, um ein sinusförmiges Signal vom Motordrehzahlsensor umzuformen und ein rechteckförmiges Signal an den schnellen Dateneingang auszugeben;
eine Schrittmotorsteuereinheit (408) zum Erzeugen eines Schrittmotorsteuersignals unter Verwendung eines Steuersignals, das von einem Ausgang des Hauptsteuerprozessors (402) zugeführt wird; eine Schrittmotortreiberschaltung (409), die zwischen der Schrittmotorsteuereinheit (408) und dem Schrittmotor liegt, um den Schrittmotor in Abhängigkeit vom Schrittmotorsteuersignal zu betreiben;
einen Speicher (410), der am Hauptsteuerprozessor (402) über einen lokalen Bus angeschlossen ist;
einen Ein/Aus-Ausgangstreiber (417) zum Steuern des Elektromagneten oder Relais mittels Daten, die von einem Ein-/Ausgabe-Datenbus zugeführt werden, der an dem Speicher (410) angeschlossen ist; und
einen mehrkanaligen Digital-Analog-Wandler (418), der am Ein-/Ausgabe-Datenbus angeschlossen ist, um Antriebssignale an Verstärker zu liefern, die ein Mehrfachsteuerventilsystem und die Pumpe antreiben.

2. Steuersystem nach Anspruch 1, bei dem das Standardsteuermodul (400) ferner einen Steuerlogikschaltkreis (411) aufweist, der an eine Ein-/Ausgabe-Schnittstelle des Hauptsteuerprozessors (402) angeschlossen ist, um Adressen von einem Adreßbus zu decodieren und den Zugriff auf den Speicher (410) zu verwalten.

3. Steuersystem nach Anspruch 2, ferner mit folgenden Bestandteilen:

einem Systembus, der den Adreßbus, einen Datenbus und einen Steuerbus umfaßt;
einem Arithmetikprozessor (100), der mit dem Hauptsteuerprozessor (402) verbunden ist und gemeinsam mit diesem den Speicher (410) über den Systembus mit Hilfe der Verwaltung des Steuerlogikschaltkreises (411) benutzt; und
einer Sensorschnittstelle (300), die mit einer Mehrzahl von Gelenksensoren verbunden ist und über den Systembus an das Standardsteuermodul (400) angeschlossen ist;
wobei von dem Steuersystem Ausleger-, Schaufel-, Schaufelarm-und Schwenkgelenke des Baggers gesteuert sind.