斗輪機(jī)智能控制技術(shù)研究

1、    斗輪機(jī)智能控制技術(shù)研究    賁愛軍摘 要：目前隨著自動(dòng)化、智能化技術(shù)水平的不斷提升，斗輪機(jī)的各個(gè)系統(tǒng)也逐漸實(shí)現(xiàn)智能控制。現(xiàn)本文就以斗輪機(jī)堆取料機(jī)為例，談?wù)勔环N基于無線控制的智能控制系統(tǒng)及其相關(guān)技術(shù)，希望可以為相關(guān)人員提供一些參考。關(guān)鍵詞：斗輪機(jī)；堆取料機(jī)；控制系統(tǒng)；智能目前斗輪機(jī)已經(jīng)在多個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，使得裝卸作業(yè)效率得到大大提升，也解放了勞動(dòng)力。隨著生產(chǎn)自動(dòng)化智能化水平的不斷提升，生產(chǎn)作業(yè)隊(duì)斗輪機(jī)的智能化要求也越來越高。只有不斷的完善斗輪機(jī)的智能控制技術(shù)，才能讓斗輪機(jī)更適合現(xiàn)代生產(chǎn)需要。在本文中，主要是對(duì)一種斗輪堆取料機(jī)的控制系統(tǒng)及

2、其智能控制技術(shù)進(jìn)行了探析。1 斗輪機(jī)的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一般來講，斗輪式的堆取料機(jī)主要是由尾車伸縮機(jī)構(gòu)、懸臂膠帶機(jī)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、電纜卷筒機(jī)構(gòu)、斗輪機(jī)構(gòu)以及變幅機(jī)構(gòu)等組合而成的，相應(yīng)的附屬電氣部分又包括照明電氣、應(yīng)急燈與司機(jī)室取暖器等。堆取料機(jī)中的懸臂膠帶機(jī)構(gòu)運(yùn)作機(jī)制是通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)以及輥?zhàn)訋?dòng)膠帶進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。其中的斗輪機(jī)構(gòu)主要包括8個(gè)斗齒以及總承，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)之下開展取料作業(yè)。相應(yīng)的變幅機(jī)構(gòu)將會(huì)借助電機(jī)來帶動(dòng)鋼絲繩滾筒進(jìn)行不斷轉(zhuǎn)動(dòng)，然后促進(jìn)懸臂抬起或者是放下，這種情況下制動(dòng)器將會(huì)采用液壓推桿的形式。堆取料機(jī)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)會(huì)借助變頻器的控制電機(jī)在整機(jī)前半部分進(jìn)行左右的旋轉(zhuǎn)，推動(dòng)堆取料工作的順利開展。堆料機(jī)中的大車

3、行走機(jī)構(gòu)主要包括六臺(tái)相同形式的電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾輪，有助于達(dá)到整機(jī)行走的目的。堆取料機(jī)中的各個(gè)設(shè)備在體積上都相對(duì)較大，且每個(gè)驅(qū)動(dòng)元件、檢測(cè)元件以及執(zhí)行元件之間的距離都相對(duì)較遠(yuǎn)，其原控制系統(tǒng)將繼電器控制作為運(yùn)行主體，具體故障發(fā)生率相對(duì)較高以及維修時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)的特點(diǎn)。為了在一定程度上確保堆取料作業(yè)有序進(jìn)行，然后對(duì)故障進(jìn)行及時(shí)排除，必須要比較頻繁地在每個(gè)組成機(jī)構(gòu)之間實(shí)施數(shù)據(jù)通信與協(xié)調(diào)控制。本文設(shè)計(jì)的斗輪式堆取料機(jī)無線控制系統(tǒng)包含7個(gè)功能節(jié)點(diǎn)，1個(gè)控節(jié)點(diǎn)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示：如圖1所示，主控節(jié)點(diǎn)與功能節(jié)點(diǎn)構(gòu)成星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。用戶可通過主控節(jié)點(diǎn)的上的人機(jī)交互界面控制功能節(jié)點(diǎn)完成對(duì)對(duì)堆取料機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的啟停控制以

4、及監(jiān)控各個(gè)功能節(jié)點(diǎn)反饋的各機(jī)構(gòu)運(yùn)行狀態(tài)信息。2 硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要包含主控節(jié)點(diǎn)與功能節(jié)點(diǎn)兩，主控節(jié)點(diǎn)與功能節(jié)點(diǎn)的硬件構(gòu)成相類似，區(qū)別在于主控節(jié)點(diǎn)主要包括主控制器模塊、射頻模塊、串口通信電路模塊、人機(jī)交互、指示燈模塊等四個(gè)電路模塊，而功能節(jié)點(diǎn)除包含上述五個(gè)模塊以外還包含了用于完成堆取料機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)啟停控制的起/?？刂颇K。2.1 主控節(jié)點(diǎn)主控節(jié)點(diǎn)部分包含主控制器模塊、射頻模塊、串口通信電路、人機(jī)交互模塊、指示燈電路模塊等四個(gè)電路模塊。其中，主控節(jié)點(diǎn)的控制核心為kl25z128vlk4（以下簡(jiǎn)稱“kl25”），kl25是一款基于arm cortexm0+內(nèi)核的工業(yè)級(jí)處理器，具有功耗低、體積小、

5、資源豐富、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，目前已經(jīng)應(yīng)用在手持設(shè)備、智能終端等能效要求較高的領(lǐng)域。kl25內(nèi)部已經(jīng)集成了接口（serial peripheral interface，spi），可方便的與射頻芯片連接，從而完成無線數(shù)據(jù)收發(fā)工作。設(shè)計(jì)選用德州儀器（ti）高性能cc1121 射頻芯片實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)收發(fā)，cc1121是ti公司推出的ism頻段無線收發(fā)芯片之一，可工作在170mhz、433mhz、868mhz、915mhz等頻段，最大輸出功率達(dá)15dbm，最高傳輸速率達(dá)200kpbs，接收靈敏度可達(dá)-123dbm。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)射頻電路采用433mhz頻段，通信距離可達(dá)1000m。另外，主控節(jié)點(diǎn)還包括了串口

6、通信電路模塊。該模塊主要功能是傳送斗輪式堆取料機(jī)所有的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)到上位機(jī)，方便數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期保存，也可作為本系統(tǒng)或堆取料機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)診斷或維修的依據(jù)。由于kl25具有豐富的gpio接口，所以主控節(jié)點(diǎn)的人機(jī)交互界面采用鍵盤輸入、液晶顯示的方式。2.2 功能節(jié)點(diǎn)功能節(jié)點(diǎn)是以kl25、cc1121為核心的設(shè)計(jì)。各個(gè)功能節(jié)點(diǎn)分別安裝在堆取料機(jī)的各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，直接對(duì)各個(gè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，并采集各個(gè)執(zhí)行結(jié)構(gòu)的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)。功能節(jié)點(diǎn)主要有兩個(gè)任務(wù)，一是負(fù)責(zé)對(duì)射頻收發(fā)芯片cc1121初始化，并通過驅(qū)動(dòng)cc1121實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)通信；二是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的采集及對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制。本設(shè)計(jì)中，為了增加無線傳輸?shù)耐ㄐ啪嚯x及提高無線信

7、號(hào)的接收靈敏度，在射頻電路中分別設(shè)計(jì)了功率放大電路與低噪聲放大電路。功能節(jié)點(diǎn)中人的機(jī)交互模塊用于對(duì)功能節(jié)點(diǎn)的緊急控制，當(dāng)堆取料機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)沒有按照主控節(jié)點(diǎn)發(fā)出的命令工作時(shí)，工作人員可通過控制功能節(jié)點(diǎn)中的人機(jī)交互模塊控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)正常工作。串口模塊負(fù)責(zé)與pc機(jī)通信，用戶可通過pc機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)功能節(jié)點(diǎn)的初始化，其中包括設(shè)定射頻信號(hào)發(fā)送功率、功能節(jié)點(diǎn)id等。系統(tǒng)采用電磁式繼電器實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的起/?？刂乒δ堋Ｍ瑫r(shí)，為了增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在起/停控制模塊基于光電隔離器件p521設(shè)計(jì)了光電隔離電路。3 軟件設(shè)計(jì)3.1 主控節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)堆取料機(jī)的相應(yīng)控制系統(tǒng)軟件在可靠性要求以及實(shí)時(shí)性要求方面相對(duì)較高，而且必須要存

8、在超時(shí)檢測(cè)以及等待應(yīng)答的過程，要求無線網(wǎng)絡(luò)所具有的響應(yīng)速度要比cpu緩慢很多，所以，其在進(jìn)行主控節(jié)點(diǎn)軟件檢查與設(shè)計(jì)的過程中，要采用科學(xué)化的多任務(wù)操作系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱為rtos），也就是說rtos能夠把相應(yīng)的超時(shí)檢測(cè)、發(fā)送命令以及接收數(shù)據(jù)等轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬?duì)獨(dú)立的任務(wù)，在一定程度上有效簡(jiǎn)化了軟件的設(shè)計(jì)與編程。在本設(shè)計(jì)當(dāng)中，我們采用了mqx操作系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包含占先式的實(shí)時(shí)內(nèi)核功能、任務(wù)管理功能、時(shí)間管理功能、任務(wù)通信同步功能以及內(nèi)存管理功能，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)任務(wù)的有效調(diào)度，在任務(wù)優(yōu)先級(jí)賦予上確保任務(wù)的快速響應(yīng)。堆取料機(jī)主站由3部分組成，也就是協(xié)議解析部分、主控節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)部分、功能節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和操作函數(shù)部分。虛線

9、右側(cè)屬于用戶監(jiān)控程序以及無線通信的接口部分。為了充分發(fā)揮其多任務(wù)實(shí)時(shí)完成的功能，需要對(duì)任務(wù)實(shí)施有效劃分。3.2 功能節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)堆取料機(jī)各大機(jī)構(gòu)對(duì)應(yīng)的功能節(jié)點(diǎn)作為無線通信網(wǎng)絡(luò)的子節(jié)點(diǎn)，其控制程序采用模塊化編程，包括無線網(wǎng)絡(luò)通信管理模塊、堆取料機(jī)各機(jī)構(gòu)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存模塊、i/o信號(hào)處理模塊等。其中，節(jié)點(diǎn)的通信模塊部分至關(guān)重要，關(guān)系到整個(gè)分布式控制網(wǎng)絡(luò)能否正常工作，該模塊射頻模塊初始化子程序、無線數(shù)據(jù)接收中斷程序和無線數(shù)據(jù)收發(fā)子程序組成，如圖4所示。結(jié)束語經(jīng)過實(shí)踐，證明了本系統(tǒng)在實(shí)際的工作中發(fā)揮良好，滿足了斗輪機(jī)的日常工作無線控制需求，促使了斗輪機(jī)的智能化發(fā)展。再加上本系統(tǒng)的性能較為穩(wěn)定，配置也較為靈活，成本也不是很高，因而值得大力推廣使用。參考文獻(xiàn)1孫兵，王磊.基于can總線的斗輪式堆取料機(jī)嵌入式控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)j.工礦自動(dòng)，2008，2：57-592方