裝載機電氣系統設計簡要分析

張乃健

（山推道路機械有限公司，山東 濟寧 272100）

眾所周知，傳統的電氣控制設計主要是將數字信號信息采集、輸出控制、狀態檢測等融為一個整體，但各元器件間相對來說是孤立的，每一個部分都具備獨立的控制功能。從系統整體化角度分析，采取這種方式，無法實現對每一部分信息的管理控制，且對故障無法快速排查，導致當出現故障時，維修效率和工作效率降低。因此，為提高裝載機的工作效率和產品性能，讓使用者能夠“傻瓜式”維修或操作，減小對電氣系統故障“談虎色變”的恐懼感，現對電氣系統加以分析與研究，提升電氣系統性能。

1 電氣控制系統的整體設計

從整體上分析，在電氣控制系統中，主要包括了四個部分。第一是控制部分，主要是利用中央控制器進行對整機各個所需參數如發動機油溫指標、各液體壓力指標、水位、油位、發動機轉速等進行采集、加工、處理、分析，及時發送到顯示儀表中，使整機參數可視化，有利于操作者掌握整機情況，同時將控制信號發送到控制末端的執行器中，對其動作加以控制；第二是顯示部分，配置儀表為步進式組合儀表，采用了最為新穎的處理器，其數據處理能力比較強，提供車輛運行參數和實時故障檢測和報警等信息。同時采用LCD顯示屏包含電池電壓刻度表燃油刻度表、工作計時器、電池電壓刻度表、以Segment段碼形式表示；第三是控制末端，所涉及到的內容包括了電噴發動機、變速箱、調節器等，當中央控制信號傳來信息時進行相應動作；第四是電源部分，主要的作用便是為各電子元器件提供穩定電能。在四個部分的組合下，控制系統的工作流程則為：中央控制器運用CAN總線方式，通過各類傳感器對溫度、壓力等信號加以采集，進行調理與轉化傳輸到顯示器之中，同時將控制信號發送到控制末端的執行器，對其動作加以控制，降低操作人員操作難度。

2 電氣控制部分設計

在本次設計中，控制部分的CPU主要采取了TMS320F2812芯片，具有較強的數據處理能力。硬件設計主要包括信號調理部分、A/D轉換部分、F1812數字信號處理、電源管理部分，其系統框架圖見圖1。（1）信號調理部分，主要是將非標準信號進行放大處理，易于A/D轉換器接收信號。（2）A/D轉換部分，是將模擬信號利用濾波電路將高頻部分濾掉，然后進行A/D轉換，這樣可以將數據存儲到特定的存儲單位之中。（3）F2812數字信號處理，主要是對各個部分進行協調控制，并且將存儲器以及外設控制寄存器加以擴展。（4）外設接口部分，利用各種接口完成各項數據傳輸任務。（5）電源部分，主要是為系統提供電源，為進一步降低功耗可以采取雙電源供電的模式。軟件系統的開發主要采取了CCS，作為代碼調試工具，可以實現對DSP指令級的仿真以及可視化的實時數據分析，這樣一來可以進一步推動DSP軟件設計。

圖1 硬件系統框架圖

3 顯示部分的設計

在設計中，主要采取了職能監視器，由圖像控制器、總線控制器、時鐘芯片、觸摸屏芯片、外圍存儲電路所組成。另外顯示器的截面軟件則是依據嵌入式系統特點進行制定的圖形支持系統，從某個角度分析，這種格局能夠實現接口的完善性，應用接口可以構建多個窗口，或者根據實際的發展情況在窗口中創建控件，從而提供較為豐富的圖形功能。根據實踐證明，這種模式下可以幫助用戶將各種格式的位圖加以顯示，并且能夠實現文本的輸出。界面擁有發動機冷卻水溫度表、發動機等預熱指示燈、機油壓力等報警燈、制動氣壓表等20多種數據顯示。以發動機冷卻液溫度顯示為例，發動機水溫表指示冷卻水的溫度，在操作過程中，如果冷卻水的溫度過高（處于紅色區域103～120℃），發動機水溫警告燈亮，此時要馬上停住機器；在無負荷的情況下，以中速運轉發動機，等待發動機水溫警告燈熄滅，發動機水溫指示數回到正常范圍40～103℃；啟動發動機后，要進行預熱，直到發動機水溫表示數回到正常范圍40～103℃。

用戶界面軟件流程見圖2。

圖2 界面開發流程圖

4 控制末端與電源的設計

控制末端包括采集端和執行端，采集端主要是由各類傳感器組成，其中具有代表性的傳感器有轉速傳感器、溫度傳感器、液位傳感器等，將信號通過CAN總線輸入至中央處理器；執行端主要是由繼電器和執行閥等組成，如WP10工程機械用非道路三階段電控系列柴油機起動機由ECU控制，正常工作時，ECU輸出一個電流驅動起動繼電器，繼電器接通后電瓶帶動起動機起動。電源主要采取了12V蓄電池，數量為2量，方式為串聯，為系統提供24V的直流電源。電源采用在裝載機工作時，可自動儲存電量電池，延長一次充電后的使用時間。

通過試驗驗證后，可證實所設計的系統不僅實時性高，可靠性好，裝載機的工作效率也得到進一步提高，通過電液匹配，能夠達到節能目的。此電氣系統經過優化也可用于攤鋪機、平地機等各工程機械中。

5 結語

綜上所述，電氣控制系統的不斷升級可以有效改善傳統系統存在的缺陷與不足，在本文所設計的電氣控制系統中主要采取了CAN總線的方式，對各個子系統進行連接，然后對數據與信息進行統一控制，這樣可以在裝載機上實現多個子系統的相互整合，從而進一步提高系統的可靠性，并且具有良好的實用性，提高裝載機工作效率。

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