工程机械控制器及控制技术研究

摘要：工程机械的控制器是整个机械的核心部位，它采集工程机械各个部位的工作状态，对工程机械下一步的活动进行控制，所以一定要保证控制器的灵活性，避免控制失效造成安全事故。通过分析工程机械的控制器和控制技术的发展现状，分析控制器的组成和控制原理，加强新型控制技术例如以太网现场总线控制技术、嵌入式软PLC控制技术、工程机械液压系统动力匹配控制技术在控制器中的应用。

关键词：工程机械；控制器；智能化；控制技术

中图分类号：U415.5文献标识码：B文章编号：1672-545X（2015）11-0182-03

作者简介：杨文刚（1980-），男，山西太原人，研究生，硕士，讲师，从事工程机械控制系统研究和自动控制系统研究

近年来，随着电子技术的不断进步，工程机械的控制器由原本的电路控制器逐渐转变为可编程控制器，使工程机械的智能控制能力和数据处理能力得到了极大的提高，工程机械也进入了全新的发展领域。智能化控制器和新型控制技术应用，例如以太网现场总线控制技术、嵌入式软PLC控制技术、工程机械液压系统动力匹配系统控制技术的应用，使工程机械操作的准确性得到了很大的提高，实现了对工程机械工作状态的实时控制。本文分析了工程机械控制器的组成以及控制技术的工作原理，希望可以有效提高工程机械的工作效率，保证工程工作人员的人身安全，促进工程建设的发展。

1工程机械控制器的现状

工程机械控制器最开始只是通过简单的智能系统实现对机械结构部件的运动控制，但是控制效果并不好，不能实现工程机械的实时控制，但是随着工程机械控制器的发展，逐渐出现了微型控制系统、PLC可编程控制器，促进了工程机械的发展。我国对于工程机械控制器的研究比较晚，所以最开始大多应用国外的工程机械控制器。国外的工程机械控制器大多基于PLC的模式进行开发，但是缺少实时的操作系统，例如西门子、日立、三菱等等，其中微型控制器在工程机械中应用较为广泛，通过在微型控制器当中安装不同控制软件，应用到不同的工程机械中。工程机械在工作时，控制器荷载变化比较剧烈，而且工程机械的使用环境非常恶劣，所以控制器的控制难度非常大。传统的控制器不能对工程机械的工作状态进行监控和分析，不能实现良好的控制效果。我国工程机械的控制器大多使用国外的产品，例如西门子、力士乐等等，由于没有自主研发的控制软件，所以需要进行外部采购[1]。智能化可编程控制器的应用使工程机械的可靠性得到了有效地提高，使工程机械的操作和运行更加简单和流畅。新型的嵌入式可编程控制器在工程机械上的应用已经成为了主流，使工程机械的操作指令更加简单，并且现行的工程机械控制器还具有过载保护的功能，使用起来更加方便。工程机械控制器和控制技术在不断发展的过程中形成了一定的标准，在控制器的编程环境、通信接口以及驱动协议等方面，各个厂家制造的控制器逐渐实现了共通，全部实现了信息化的故障智能检测，并将GPS与GSM技术与工程机械控制技术紧密的结合在了一起，实现了工程机械的远程控制、远程定位、远程数据传输与采集等等，有效地规避了工程机械在运行过程中的风险。对工程机械控制器的研究也逐渐向着平台集中开发调度的方向发展。

2工程机械控制器的组成及原理

（1）控制器的系统硬件组成

控制器系统硬件组成主要有控制模块、电源模块、数据传输存储模块、人机交互模块和状态监测模块。其中电源模块对工程机械的控制器进行供电，一般连接到工程机械的车载蓄电池上，电源模块中有滤波电容，可以减少蓄电池供电的电压波动，限制运行过程中瞬间电流的产生，使工程机械的运行稳定性更高；控制模块是整个控制器的核心，该模块与工程机械的动力系统相连接，实现工程机械的智能化实时控制，并且控制模块可以通过串口连接外部设施进行智能升级，以此来适应大部分的工程机械智能控制；人机交互模块可以显示每个控制信息，让工程机械的控制操作可以在显示屏上体现出来[2]。

（2）PLC可编程工程机械控制器的工作原理

工程机械控制器的工作原理分为五个阶段，分别是内部信息的处理、与控制器的通信处理、输入扫描、程序执行、输出处理等，当工程机械开始运行时，控制器的通信功能启动，实现对工程机械的通信处理，扫描具体的工作程序，扫描完成后对工程机械发出具体的工作指令，程序输出，输出端连接工程机械的控制部分，实现工程机械的预编控制。这五个阶段合在一起成为控制器的一个工作周期，在完成一个工作周期之后，又重新的执行此工作周期。由于工作周期的长短不同，所以对控制器的控制性能要求比较高，如果较长的工作扫描时间就会导致控制器的响应时间比较慢，不利于控制器的精准控制。控制器扫描周期的时间等于控制器内部处理时间与通信传输时间、输入时间、程序响应时间、输出时间的总和。每个控制器的内部处理时间是固定不变的，通信时间会受到网络传输的影响，程序的响应时间取决于整个程序的长短，输入输出时间与控制器的存储状态相关[3]。工程机械的控制器在代码输入时，一定要保证所有的代码全部符合操作要求，并且也要将定时中断等代码输入到控制器当中，保证控制器运行的及时和有效。随着工程机械控制器的发展，逐渐出现了几种新型的控制技术，例如以太网现场总线控制技术、嵌入式软PLC控制技术、工程机械液压系统动力匹配控制技术等等。这些技术可以更好的实现工程机械的实时控制，提高了工程机械的工作效率。

3工程机械的控制器的几种新型控制技术

（1）以太网现场总线控制技术以太网现场总线控制技术可以实现工程机械控制器之间的信息迅速交换，提高工程机械信息交换的可靠性，它通过超高速的通信功能，实现工程机械某些不可能达到的控制功能。现在很多的工程机械制造厂商都在研制适合现场总线控制技术的控制器，并将这类控制器直接应用到工程机械的器件层上。

（2）嵌入式软PLC控制技术PLC控制技术的通用性比较强，而且工程机械上的PLC控制系统安装和后期维护都非常简单，有很强的抗干扰能力，但是随着科学技术的发展，工程机械的具体工作状况越来越复杂，传统的PLC已经不能实现对工程机械故障的实时诊断，无法对工程机械的运行状态数据进行采集，所以更加智能化的嵌入式软PLC控制技术应运而生[4]。该控制技术的硬件结构是开放式的，操作指令比传统的PLC操作指令更加丰富，而且在控制程序的开发方面变得更加简单，使工程机械控制技术的性价比得到了很大的提升。控制器内部主要处理器的实时计数器由原本的16位逐渐转化为32位、64位，向着多核发展，使工程机械的控制性能得到了很大的提升。

（3）工程机械液压系统动力匹配及控制技术液压系统动力匹配控制技术可以有效提高工程机械发动机利用效率，使工程机械的泵在暂时不使用的情况下，可以将功率分配给其它的泵。当工程机械的负载发生变化时，控制器自动监测出其变化情况，对功率进行分配，保证工程机械的最低能源消耗，并满足工程机械工作的最大功率[5]。该控制技术在工程机械中的应用，可以对工程机械的功率进行优化处理，提高工程机械在各种工作环境中的适应能力，减少工程机械的作业强度，使工程机械的操作和使用更加流畅。通过液压系统动力匹配让工程机械的各个部件全部处于合理的运行状态，保证了工程机械的使用寿命和运行可靠性，满足不同环境的作业要求。

4结束语

通过对工程机械控制器发展现状和PLC可编程控制器工作原理的研究，分析现有的控制技术，并提出了几种新型控制技术，促进控制器和控制技术的智能化发展。社会生产力的发展需要不断的对工程机械的性能进行优化，加强控制器和控制技术在工程机械中的应用，可以使工程机械运行的更加灵活，以便达到更高的质量要求。

参考文献：

[1]李美升.工程机械智能控制器设计与研究[D].武汉：武汉科技大学，2010.

[2]胥贵萍.基于软PLC技术的工程机械智能控制器[D].武汉:武汉科技大学，2011.

[3]刘庆春.工程机械控制器与控制技术[J].门窗，2014，（4）:172-174.

[4]任红飞.基于工程机械控制器HC-G15的圆捆机电气控制系统研究与设计[D].内蒙古：内蒙古农业大学，2012.

[5]刘英杰.负载口独立电液比例方向阀控制系统关键技术研究[D].杭州：浙江大学，2011.

作者：杨文刚 单位：山西交通职业技术学院

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