淺談工程機械控制器與控制技術

陳金國

摘 要 機械工程分為結構和控制兩部分，控制部分負責機械各個部分的運動、收集相關信息并采取相應的措施，保證機械設備能夠有效穩定的運行。所以一定要保證控制器的靈活性和可靠性，避免控制失效而導致的安全事故。本文簡述了控制器的發展現狀，分析了控制器的組成和原理，并簡介的幾種控制器的類型。

關鍵詞 工程機械;控制器;控制技術

前言

近些年，電子技術迅速發展，工程機械的控制器由曾經的電路控制逐漸轉變成可編程控制器，不僅使得工程機械的控制能力得到明顯的提高，還使得控制核心的數據處理能力和可靠性得到很大的提高，從此控制器發生了質的變化。更為智能化的控制器和新型控制技術例如以太網總線控制技術、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等[1]，使得工程機械操作精度、可靠性和速度得到顯著的提高，達到對工程機械實時監控和控制。

1工程機械控制器的現狀

最原始的工程機械控制器，只能通過簡單的系統實現對機械各個部分運動的控制，控制效果并不理想，無法實現對工程機械的實時控制。近年來隨著工程機械的迅速發展，出現了微型控制系統、PLC可編程控制器等，加快了工程機械的發展進程。我國的工程機械控制器的研究相對較晚，只能使用進口的工程機械控制器。而國外的工程機械控制器多數以PLC為基礎進行研發，缺少實時操作系統。微型控制器的應用比較廣泛，可以使用不同的控制軟件在不同的工程機械中進行控制。實際工程機械工作中，由于工作環境變化較大，不免有非常惡劣的環境，而且控制器上的載荷變化并不穩定，時常發生超過額定載荷的情況，所以控制器的控制難度非常大。傳統的控制器無法對工程機械進行實時監測，遇到特殊情況無法將實時信息及時反饋，導致無法實現良好有效的控制效果[2]。新型嵌入式可編程控制器目前已經被廣泛應用，其操作簡單，而且擁有過載保護，安全可靠。

2工程機械控制器的組成及原理

2.1 控制器的系統硬件組成

控制器系統硬件包括：電源模塊、控制模塊、數據傳輸模塊、人機交互模塊和狀態監測模塊。電源模塊主要為控制器提供電能，由蓄電池供電，濾波電容使電壓穩定在一定范圍內，保證電流的平穩輸入，減少由于電壓波動對系統造成的損傷。控制模塊主要控制機械設備各個部分的運動參數，其控制信息直接傳輸到動力系統中，動力系統執行控制模塊的信息使機械設備各個部分相互協調運動，共同完成工作。人機交互模塊主要是人工輸入信息、讀取信息和控制信息，讓所有信息交流能夠顯示在屏幕上[3]。狀態監控模塊主要是收集各個部位的狀態信息，顯示在屏幕上。

2.2 PLC可編程工程機械控制器的工作原理

工程機械控制系統工作原理包括：內部數據處理、通訊處理、輸入掃描、程序執行和輸出處理五個部分。當系統開始運行，通訊功能首先開啟，對程序段進行掃描，完成掃描后將程序輸出給控制部分，由控制部分實現預編控制。五個部分共同組成控制器的一個工作循環，當控制器完成一個循環后，又會重新執行工作循環。不同的工作周期對控制器性能的要求不同，一些對精度要求較高的設備，需要控制器具有更高性能控制能力。控制器每次掃描的時間等于信息數據處理、通訊傳入、輸入、程序響應和輸出時間的總和[4]。控制器的數據處理時間是無法改變的，通訊時間與網絡傳輸有關，相應時間與程序的長度有關，輸入、輸出時間與控制器的儲存狀態有關。工程機械編程時，要求字符格式與系統要求一致。

3工程機械的控制器的幾種控制技術

3.1 以太網現場總線控制技術

以太網總線技術能夠迅速交換工程機械控制器之間的信息交換，并能夠保證信息交換的安全性和可靠性。它能夠以超高速的通訊功能，實現其他工程機械一些無法實現的功能。目前許多工程機械制造商都在研制與總線控制技術相適配的控制器，并將控制器應用到工程機械上。

3.2 嵌入式軟PLC控制技術

PLC控制技術使用范圍比較廣，其抗干擾能力強，而且PLC控制系統安裝比較簡單，日后維護也相對方便。但是隨著科學技術的發展，對設備的要求越來越高，其控制也越來越復雜，傳統的PLC技術很難滿足當前的需求。傳統PLC無法對機械故障進行及時的診斷，也無法收集工程機械的運行數據，所以更加先進的嵌入式軟PLC逐漸取代傳統PLC技術。這種控制技術的硬件具有良好的擴展性，編程界面也更加簡潔，操作指令相比傳統PLC更加豐富，使得控制能力得到顯著的提高。控制器的計數器也由原來的16位逐漸轉化為32位和64位，并由傳統的單核逐漸變為多核，極大地提高了運算數據量和運算速度。

3.3 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能夠提高工程機械的傳動效率，當泵在不使用的時候可以將動力傳遞給其他泵。工程機械負載發生變化時，控制器能夠及時檢測并自動對其進行動力分配，保證滿足工作需求的條件下，減少能耗。這項技術在工程機械應用中，能夠減少環境對工程機械的造成影響，提高設備工作穩定性，使得設備的壽命得以發幅度延長，間接降低了成本。

4結束語

在20世紀90年代，工程機械開始逐漸走向智能化、自動化、集成化和標準化，而且要求更加節能、安全、環保。目前的控制技術攻關重點在于增加控制能力，隨著集成電路、計算機技術、電子監控技術等不斷地發展和成熟，會更多應用在工程機械的相關領域，工程機械控制水平將會達到新的高度，在提高工作質量的同時，縮短工作時間、減少工人工作量，提高整體工作效率，使我國制造業水平顯著提高。

參考文獻

[1] 賀高雄.工程機械控制器與控制技術的應用與思考[J].科技創新與應用，2018，（36）：176-177.

[2] 姚森瀚.關于工程機械控制器與控制技術研究[J].科技與創新， 2018，（17）：78-79，81.

[3] 楊文剛.探討工程機械控制器與其相關控制技術[J].裝備制造技術，2015，（11）：182-184.

[4] 任紅飛.基于工程機械控制器HC-G15的圓捆機電氣控制系統研究與設計[D].呼和浩特：內蒙古農業大學，2012.