電控系統工程機械論文

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1Parker電控系統硬件系統

1.1控制器

Parker具有多種控制器，包括支持CAN協議、多線程、帶大型液晶顯示、帶觸控屏、支持安全功能等多款主控制器及擴展控制器。Parker的控制器根據開發平臺的不同分為三種系列，首先是基于Matlab/Simulink編程的CM系列，主要用于大批量定制化的控制系統，如用于控制變速箱的CM0711，用于控制挖掘機、裝載機的CM3620等；其次是基于模塊化編程平臺的IQAN系列，主要用于中小批量且用戶可編程的控制系統，如用于控制比例閥的XA2、用于控制高空作業設備的安全模塊MC3等；還有基于梯形圖編程形式的VMM系列，主要用于多路復用控制系統，如用于控制風扇散熱系統的VMM0604等。Parker的控制器采用堅固的殼體設計，配備車載防護連接器，內部具有防止冷凝隔膜，具有高可靠性及耐用性，嚴格符合國際標準，適用于室外環境使用。

1.2顯示器

Parker的顯示器包括支持CANJ1939協議、ISOBUS協議、配置大型液晶屏、觸控屏、多儀表板等多種類型。多年以來的應用，證明了產品的技術及穩定性完全符合各種工況需求。例如運用了完全集成型高亮度的IQAN-MD4顯示器，可在IQANdesign環境中快速進行配置，用戶可編程的全新觸摸顯示屏為工業車輛提供了直觀的界面。MD4顯示器分為5.5英寸、7英寸和10英寸三種型號，支持攝像頭視頻信號輸入與顯示，使駕駛操作更加簡便智能。

1.3傳感器

Parker具有廣泛的傳感器系列，包括壓力、溫度、接近，速度、轉角及傾角等。產品的先進技術及穩定性完全符合各種工況需求，經過不斷研發創新，設備精度在同類產品中處于領先水平。

1.4手柄等附件

Parker的手柄設計緊湊、質量輕、安裝尺寸小、操作力小，具有耐候性和安全性等特點，特別適用于精確控制。手柄通過CAN總線與其他模塊連接，大量的輸入接口使基座成為很好的輸入模塊。Parker的手柄主要有LC5系列、LC6系列、LSL系列和LST系列。LC5系列是大型多軸向手柄，任意方向的全行程力達到100Nm，具備較大的抗扭強度，適用于戶外使用。LC5手柄內部采用非接觸霍爾型雙路傳感器，為高安全性和可靠性提供保證。此外，手柄的基座、殼體、波紋套、按鍵數量、滾輪數量、觸發開關等都可以根據用戶需求進行定制，以滿足用戶的不同控制要求。LC6系列手柄作為LC5系列的升級版，增加了手柄自由度，從而增加了模擬量輸入接口，減少了復雜系統操控時的手柄復用。同時其安裝更加簡化，具有更強的抗噪能力和更長的使用壽命。LSL系列是單軸手柄，有中位止動、手柄頂部開關、電磁止動幾種選配，用于液壓比例控制。LST系列是一款微型手柄，安裝在工程機械的座椅扶手或儀表板上，用于液壓比例控制。此外，Parker還有電子油門踏板、USB-DLA數據服務工具、診斷和網關模塊、線束接插件等產品，以供用戶進行選配。

1.5應用案例

為基于Parker控制器的挖掘機電控系統硬件解決方案。該方案的核心控制器是CM3620主模塊，它擁有36個輸入和20個輸出，具有2路CAN/J1939接口和1路RS232通信接口，可滿足用戶的控制需求。該系統還使用了顯示器和G1診斷網關，同時配備了與上位機軟件進行交互的DLA數據服務工具。使用的傳感器主要有電子油門旋鈕、壓力傳感器、溫度傳感器、速度傳感器、液位傳感器等。

2軟件開發平臺

Parker電控系統基于IQAN、VMM、Raptor三種開發平臺。IQAN平臺是基于模塊化編程的開發平臺，用戶無需具備編程經驗，可以直接設計所期望的機器功能。它包含了IQAN-design、IQAN-Simulate、IQAN-run等軟件。IQAN-design是高級的圖形設計工具，它簡化了行走機械應用程序的開發，從而縮短了開發時間。該工具提供了大量的預定義模塊，如閉環控制，信號處理，數學計算，通訊協議和系統診斷等，主要用于系統布局和機器功能設計。IQAN-simulate是仿真工具，能夠仿真IQAN應用程序中的所有硬件模塊，在應用程序中可方便地使用屏幕上的拖動條對所有輸入量進行仿真。在仿真輸入的同時可以測量結果（輸出值），也可以進行FEMA（失效模式分析）。軟件仿真比在實際機器上測試新應用程序更安全。仿真運行和實際狀態一樣，可以查看顯示界面，調整參數，觀察記錄，測試用戶界面等內容。IQAN-run可以在開發階段運用“高級圖形測量”和“機器統計數據收集”功能優化機器性能。IQAN-analyze是通用的CAN總線分析儀。用戶可以通過簡便的方式觀察CAN總線上的通訊，也可以記錄所觀察的數據并進行保存供日后使用。是基于梯形圖編程的軟件開發平臺。該平臺采用多路復用技術，將控制模塊通過J1939屏蔽雙絞線互聯，允許模塊可以接收輸入、驅動輸出，并將輸入輸出信息通信給系統中的其他部件。梯形邏輯中的輸入和輸出可以來自通過J1939網絡連接到一起的一個或多個模塊。Raptor平臺是基于Matlab/simulink編程的開發平臺。該平臺是CAN協議圖形化定義工具，擁有圖形化的應用程序界面，而且具有Motohawk到Raptor的自動轉化腳本。為基于IQAN平臺開發的小型液壓挖掘機電控系統。根據硬件選型結果拖拽到編譯系統中進行邏輯連接，對各模塊進行參數設置，并對主模塊進行編程。主程序包括“Joysticks”、“Engine”、“Diagnostics”、“Blade”、“Excavator”六個功能組，通過對輸入輸出的設置以及內部通道的邏輯和算法，實現對整機性能的精確控制。

3系統仿真

系統仿真主要通過IQAN軟件自帶的“IQAN-Run”和“IQAN-Simulate”進行。IQAN-Run用來對程序進行運行和調試，主要包括調參數、設置比較、設置權限、上傳/下載程序以及日志管理等功能；IQAN-Simulate用來對應用程序進行虛擬仿真，以及系統的演示和驗證。所示為小型液壓挖掘機電控系統的仿真。將編寫好的小挖程序進行參數設置，并手動調節手柄的模擬量輸入，可以得到顯示模塊中相應參數值的變化。還可將其中的參數值設為可調恒。

4總結

Parker產品具有多種硬件序列，提高了硬件選型的靈活性，針對不同機型的應用可選擇更加合適的硬件系統；Parker的三種軟件開發平臺，突顯了可視化編程的便捷性與直觀性。基于Parker控制器的工程機械電控系統滿足了可靠性、舒適性以及操控靈活性的要求，并以其較高的性價比兼顧了工程機械的成本限制因素；同時，該電控系統設計符合控制系統開發“V字形”流程，精簡了開發環節，減少了檢測和調試次數，節約了時間和成本。

作者：馮金泉 郭朋彥 張瑞珠 馬付屹 張寧 單位：華北水利水電大學機械學院 意昂神州（北京）科技有限公司