工程機械控制器及控制技術研究論文
工程機械控制器及控制技術研究論文
摘 要：工程機械的控制器是整個機械的核心部位，它採集工程機械各個部位的工作狀態，對工程機械下一步的活動進行控制，所以一定要保證控制器的靈活性，避免控制失效造成安全事故。透過分析工程機械的控制器和控制技術的發展現狀，分析控制器的組成和控制原理
關鍵詞：機械理論論文
摘要：工程機械的控制器是整個機械的核心部位，它採集工程機械各個部位的工作狀態，對工程機械下一步的活動進行控制，所以一定要保證控制器的靈活性，避免控制失效造成安全事故。透過分析工程機械的控制器和控制技術的發展現狀，分析控制器的組成和控制原理，加強新型控制技術例如乙太網現場匯流排控制技術、嵌入式軟PLC控制技術、工程機械液壓系統動力匹配控制技術在控制器中的應用。
關鍵詞：工程機械；控制器；智慧化；控制技術
中圖分類號：U415.5文獻標識碼：B文章編號：1672-545X（2015）11-0182-03
作者簡介：楊文剛（1980-），男，山西太原人，研究生，碩士，講師，從事工程機械控制系統研究和自動控制系統研究
近年來，隨著電子技術的不斷進步，工程機械的控制器由原本的電路控制器逐漸轉變為可程式設計控制器，使工程機械的智慧控制能力和資料處理能力得到了極大的提高，工程機械也進入了全新的發展領域。智慧化控制器和新型控制技術應用，例如乙太網現場匯流排控制技術、嵌入式軟PLC控制技術、工程機械液壓系統動力匹配系統控制技術的應用，使工程機械操作的準確性得到了很大的提高，實現了對工程機械工作狀態的實時控制。本文分析了工程機械控制器的組成以及控制技術的工作原理，希望可以有效提高工程機械的工作效率，保證工程工作人員的人身安全，促進工程建設的發展。
1工程機械控制器的現狀
工程機械控制器最開始只是透過簡單的智慧系統實現對機械結構部件的運動控制，但是控制效果並不好，不能實現工程機械的實時控制，但是隨著工程機械控制器的發展，逐漸出現了微型控制系統、PLC可程式設計控制器，促進了工程機械的發展。我國對於工程機械控制器的研究比較晚，所以最開始大多應用國外的工程機械控制器。國外的工程機械控制器大多基於PLC的模式進行開發，但是缺少實時的作業系統，例如西門子、日立、三菱等等，其中微型控制器在工程機械中應用較為廣泛，透過在微型控制器當中安裝不同控制軟體，應用到不同的工程機械中。工程機械在工作時，控制器荷載變化比較劇烈，而且工程機械的使用環境非常惡劣，所以控制器的控制難度非常大。傳統的控制器不能對工程機械的工作狀態進行監控和分析，不能實現良好的控制效果。我國工程機械的控制器大多使用國外的產品，例如西門子、力士樂等等，由於沒有自主研發的控制軟體，所以需要進行外部採購[1]。智慧化可程式設計控制器的應用使工程機械的可靠性得到了有效地提高，使工程機械的操作和執行更加簡單和流暢。新型的嵌入式可程式設計控制器在工程機械上的應用已經成為了主流，使工程機械的操作指令更加簡單，並且現行的工程機械控制器還具有過載保護的功能，使用起來更加方便。工程機械控制器和控制技術在不斷髮展的過程中形成了一定的標準，在控制器的程式設計環境、通訊介面以及驅動協議等方面，各個廠家製造的控制器逐漸實現了共通，全部實現了資訊化的故障智慧檢測，並將GPS與GSM技術與工程機械控制技術緊密的結合在了一起，實現了工程機械的遠端控制、遠端定位、遠端資料傳輸與採集等等，有效地規避了工程機械在執行過程中的風險。對工程機械控制器的研究也逐漸向著平臺集中開發排程的方向發展。
2工程機械控制器的組成及原理
（1）控制器的系統硬體組成
控制器系統硬體組成主要有控制模組、電源模組、資料傳輸儲存模組、人機互動模組和狀態監測模組。其中電源模組對工程機械的控制器進行供電，一般連線到工程機械的車載蓄電池上，電源模組中有濾波電容，可以減少蓄電池供電的電壓波動，限制執行過程中瞬間電流的產生，使工程機械的執行穩定性更高；控制模組是整個控制器的核心，該模組與工程機械的動力系統相連線，實現工程機械的智慧化實時控制，並且控制模組可以透過串列埠連線外部設施進行智慧升級，以此來適應大部分的工程機械智慧控制；人機互動模組可以顯示每個控制資訊，讓工程機械的控制操作可以在顯示屏上體現出來[2]。
（2）PLC可程式設計工程機械控制器的工作原理
工程機械控制器的工作原理分為五個階段，分別是內部資訊的處理、與控制器的通訊處理、輸入掃描、程式執行、輸出處理等，當工程機械開始執行時，控制器的通訊功能啟動，實現對工程機械的通訊處理，掃描具體的工作程式，掃描完成後對工程機械發出具體的工作指令，程式輸出，輸出端連線工程機械的控制部分，實現工程機械的預編控制。這五個階段合在一起成為控制器的一個工作週期，在完成一個工作週期之後，又重新的執行此工作週期。由於工作週期的長短不同，所以對控制器的控制性能要求比較高，如果較長的工作掃描時間就會導致控制器的響應時間比較慢，不利於控制器的精準控制。控制器掃描週期的時間等於控制器內部處理時間與通訊傳輸時間、輸入時間、程式響應時間、輸出時間的總和。每個控制器的內部處理時間是固定不變的，通訊時間會受到網路傳輸的影響，程式的響應時間取決於整個程式的長短，輸入輸出時間與控制器的儲存狀態相關[3]。工程機械的控制器在程式碼輸入時，一定要保證所有的程式碼全部符合操作要求，並且也要將定時中斷等程式碼輸入到控制器當中，保證控制器執行的及時和有效。隨著工程機械控制器的發展，逐漸出現了幾種新型的控制技術，例如乙太網現場匯流排控制技術、嵌入式軟PLC控制技術、工程機械液壓系統動力匹配控制技術等等。這些技術可以更好的實現工程機械的實時控制，提高了工程機械的工作效率。
3工程機械的控制器的幾種新型控制技術
（1）乙太網現場匯流排控制技術乙太網現場匯流排控制技術可以實現工程機械控制器之間的資訊迅速交換，提高工程機械資訊交換的可靠性，它透過超高速的通訊功能，實現工程機械某些不可能達到的控制功能。現在很多的工程機械製造廠商都在研製適合現場匯流排控制技術的控制器，並將這類控制器直接應用到工程機械的器件層上。
（2）嵌入式軟PLC控制技術PLC控制技術的通用性比較強，而且工程機械上的PLC控制系統安裝和後期維護都非常簡單，有很強的抗干擾能力，但是隨著科學技術的`發展，工程機械的具體工作狀況越來越複雜，傳統的PLC已經不能實現對工程機械故障的實時診斷，無法對工程機械的執行狀態資料進行採集，所以更加智慧化的嵌入式軟PLC控制技術應運而生[4]。該控制技術的硬體結構是開放式的，操作指令比傳統的PLC操作指令更加豐富，而且在控制程式的開發方面變得更加簡單，使工程機械控制技術的價效比得到了很大的提升。控制器內部主要處理器的實時計數器由原本的16位逐漸轉化為32位、64位，向著多核發展，使工程機械的控制性能得到了很大的提升。
（3）工程機械液壓系統動力匹配及控制技術液壓系統動力匹配控制技術可以有效提高工程機械發動機利用效率，使工程機械的泵在暫時不使用的情況下，可以將功率分配給其它的泵。當工程機械的負載發生變化時，控制器自動監測出其變化情況，對功率進行分配，保證工程機械的最低能源消耗，並滿足工程機械工作的最大功率[5]。該控制技術在工程機械中的應用，可以對工程機械的功率進行最佳化處理，提高工程機械在各種工作環境中的適應能力，減少工程機械的作業強度，使工程機械的操作和使用更加流暢。透過液壓系統動力匹配讓工程機械的各個部件全部處於合理的執行狀態，保證了工程機械的使用壽命和執行可靠性，滿足不同環境的作業要求。
4結束語
透過對工程機械控制器發展現狀和PLC可程式設計控制器工作原理的研究，分析現有的控制技術，並提出了幾種新型控制技術，促進控制器和控制技術的智慧化發展。社會生產力的發展需要不斷的對工程機械的效能進行最佳化，加強控制器和控制技術在工程機械中的應用，可以使工程機械執行的更加靈活，以便達到更高的質量要求。
參考文獻：
[1]李美升.工程機械智慧控制器設計與研究[D].武漢：武漢科技大學，2010.
[2]胥貴萍.基於軟PLC技術的工程機械智慧控制器[D].武漢:武漢科技大學，2011.
[3]劉慶春.工程機械控制器與控制技術[J].門窗，2014，（4）:172-174.
[4]任紅飛.基於工程機械控制器HC-G15的圓捆機電氣控制系統研究與設計[D].內蒙古：內蒙古農業大學，2012.
[5]劉英傑.負載口獨立電液比例方向閥控制系統關鍵技術研究[D].杭州：浙江大學，2011.