移动式压缩站电气控制系统优化设计与研究

移动式压缩站电气控制系统优化设计与研究

周子健

身份证号码131182198611145046

摘要：便携式压缩站由于其工作状态是随着车辆运动的，所以它所安装的动力单元的控制系统应当与环卫车中的主要嵌入式控制系统相接近，但是现在市场上大部分的压缩站的动力单元控制系统采用的是工业PLC+触摸屏的控制方法，它的接线形式和硬件包装并不十分适合于汽车上的应用。为解决这一问题，本文介绍了一种新型的电力单片机控制方法，并将其应用到电力单片机控制中。

关键字：电源装置；机载环境；内嵌式控制器

1前言

伴随着人民的生活水平不断地提升，城市生活垃圾的数量也在不断地增加，因此，对于这些数量庞大的城市生活垃圾，如何能够有效地进行回收和运输，是当前环境卫生领域非常关心的问题。为了缩短大件废物的单一运送距离和远距离运送的时间，一种具有自身压缩能力的便携式废物压缩站已在市面上得到了广泛的使用。

有些正在研发电液集成单元的公司，已经陆续地研发出了具有较高集成性和可便携式组装的压缩站动力单元总成。然而，在控制系统的开发上，仍然采用了工业自动化产品的开发方法，将工业PLC用作核心控制单元，与触摸屏进行通信，从而达到对触摸屏端的控制和参数读取的目的。

尽管在进行加压充装时，压力站是静态的，但是，由于其具有很差的驱动性能，通常都要与众多的继电器组合在一起，而且，它的硬件包装保护级别不高，这使得它在整个装备运输过程中都会遇到巨大的困难，同时，它的硬件可靠性也会大大下降。此外，如果从经济角度出发，在确保切换数量的前提下，通常会出现大量的模拟数据收集节点，从而导致系统规模巨大、结构复杂，无法适用于实际的运行环境。

本论文以一种具有稳定包装之内嵌式整合控制装置来取代常规之工业控制装置，藉以提高产品之操作效能，并尽量降低其硬体设备。

2管制要求的分析

移动式压缩站所要控制的执行机构是压缩机推头推铲油缸及料斗抬升臂翻斗油缸，具体情况如下图1所示，所需要进行开关量控制的部件包括：油泵马达M，两位四通电磁阀S1、S2、S3、S4，及油温散热器M1，还需采集1路模拟量油温信号及1路模拟量油压信号。在进行推头工作的时候，S3没有供电，液压油就会进入到推头工作回路中，S2没有供电，而S1没有供电时，推头油缸没有杆腔进油，有杆腔回油，真正的推头缓慢推出；在S1,S2均被激活的情况下，由压头液压缸的有杆空穴的液压油经S1回流至无杆空穴构成差动回路，从而完成压头的弹出；当S1,S2均未启动时，由推头筒送油到有棒室，而没有棒室送油到没有棒室，从而完成推头的回收[1]。在S3供电的情况下，使液压油流入自卸式工作作回路，在S4供电的情况下，由自卸式油缸向无杆室输送油，由有杆室返回油，从而完成自卸式提升；S4启动后，向倾卸机油缸供给有杆室的机油，向无杆室的机油回流，从而使倾卸机下降。需要由控制系统对油压模拟量进行实时采集，以此来将其用作控制推头进退循环工作的动作节点信号的基础，对油温模拟量的采集可以让控制系统在约定的时间内，以保证节能、可靠运行。

图1液压系统原理图

3电气原理设计

这一次，我们选择了一个以Cortex-M为基础的嵌入式控制器来实现对开关量的控制，数学运算，以及对系统进行控制。这个控制器拥有16路数字量输出，8路高电平有效数字量输入，2路低电平有效数字量输入，1路CAN总线通信，4.3寸显示屏与处理器单元进行了集成包装，整个系统的特点是体积小，输出驱动能力强，防护等级高，操作方便。因为控制器没有独立的模拟值输入点，所以选择了一种能够提供CAN总线通讯的模拟值收集设备，收集该设备所需要的模拟值，并将该模拟值收集到该设备中，并将该数据传输到该控制设备，例如，该D0可以直接对主回路中的电机接触器KA0，并与该加热器接触器KA1，负载端电磁阀S1-S4和警报蜂鸣器一起工作，该D0可以接受手持式远程控制设备提供的一键式压力启停信号和料斗升降信号，并将该信号接受到自复位键上的脉冲信号，然后在编程中对该信号进行处理，从而达到工作要求。除了要确保系统主回路电源外接时的输入相序与油泵电机工作要求的相序不相同之外，还需要采集1路相序保护器的保护信号，以便于控制器进行处理。

图2控制系统电气原理图

4系统程序设计

4.1主逻辑设计

按照系统的要求，每次送料完毕，都要对推杆进行一个连续的往复挤压。所以在进行压缩的时候，需要系统识别出推头的运行方向及换向节点，系统采集了1路油压模拟量。以减压阀的工作原理为依据，当液压机构执行到最大或最小行程，这时油压达到了设置的系统溢流压力并保持住，通过扫描到当前输出到电磁阀的电平信号，可判断推头已经达到了推出极限位置或退回极限位置[2]。为了避免在不同的环境条件下，系统压力的波动，就必须要由开发者来设定一个用户可调节的压力阈值。然而，如果仅仅以压力阈值作为换向条件，也会有一个问题，那就是无论是推头执行推出，还是退回到极限位置，都会触发同样的压力阈值到达条件。所以在写这个过程中，就必须要有一个上缘和一个周期来匹配，才能把准确的运行情况给锁住。

4.2人机界面设计

在对人机界面进行设计时，要确保其友好、简洁，并且可以将关键信息表现出来。主界面被分为两个区域，左边区域主要要反映系统运行的状态，它可以将设定的总压缩次数以及当前运行状态的实际压缩次数、系统油压、系统油温以及当前系统执行的动作状态进行显示。右边的地方，则会显示出在系统工作过程中发生的错误警报和实际输出点的水平，这可以让用户更有效地进行自我检测，例如，如果系统没有按照要求的命令来执行，那么就可以通过界面上的状态来确定，到底是因为程序设定的保护逻辑不能真正地实现了，还是因为已经实现了，所以要去看看硬件有没有问题。

系统的循环压缩，主要是以油压阈值到达为动作切换节点，但由于油压传感器在使用的过程中，有可能会在使用的过程中被损毁，或是由于精度下降，造成了循环压缩功能的异常，所以在设计的时候，将单步动作时间和阈值设置为冗余条件，并在人机界面中，将其设置为用户可调，这样就可以确保在系统发生局部异常的时候，用户仍然可以通过简单设定，让其恢复正常工作状态。

5系统调试与改进

在现场安装系统并进行压缩循环作业时，当实际压缩数量达到设定的压缩数量时，或当推头进行推出且很快达到临界压力时，可判断垃圾已压满。在现场的实际操作和调试中，我们发现，当推进器的推出动作刚刚开始的时候，接口就提示出现了满盒的警报，经过研究，我们知道，由于惯性的阻挠，结构件将会使系统的压力瞬时达到临界压力，从而触发满盒的警报。在满箱判断条中，推头推出时间的比值不宜过大，否则会引起报警错判，当此比值调至2s时，可消除报警错判。

6结语

经过对需求的分析与设计，最终实现了一种以嵌入式系统为基础的压缩站控制系统的设计。原型机柜简单而且规则，除了嵌入式控制器和有关模块之外，没有多余的继电器群和端子排，与外部连接也都使用了专用接插件，从而提升了在系统复杂环境下操作的稳定性与可靠性。在经过现场实测调试之后，该系统不断地对其进行了优化和改良，使其可以以压缩站的使用环境和装载垃圾种类、含水量、密度的不同为依据，通过对参数的细调，从而达到对现场环境的最优化配置，从而可以满足不同区域和使用场景下客户的需要。

参考文献

[1]马宗正，王清臣，闫修鹏，等.移动式垃圾压缩站液压系统设计［J］.机械设计与制造，2019（9）：137-141.

[2]韩振兴.基于CAN总线的环卫车分布式控制系统研究［J］.汽车测试报告，2021（5）：188-189.