关于移动吊载装置电控系统的实现方法

关于移动吊载装置电控系统的实现方法

杭贵霞

贵州航天天马机电科技有限公司

摘要：本文针对移动吊载装置上装、底盘各用电设备，包括供电系统、伺服一体化电机、伺服分体式电机、直流电机、传感器进行分析，设计一种适应于移动吊载装置大功率、大电流供电且数量众多的执行机构控制的电控系统，稳定、可靠地实现了各用电设备及各执行机构的动作控制。

关键词：移动吊载装置；供电系统；一体化伺服电机；检测元件。

1、引言

我国经济发展的速度推动电力行业的发展速度，鉴于早期科学技术的不完善，电气自动化控制系统存在很多缺陷，因此在电气工程中引进智能化技术是对电气工程自动化的更新和完善，可以有效提高电气工程的工作效率和工作结果[1][2]。

2、移动吊载装置的功能

移动吊载装置具备空载自行走、带载短距离移动，可前进、后退、转弯、横行、斜行、原地回转；可接收来自上位机（包括遥控组合及显控终端）的控制指令，完成移动和转载动作执行；采用骑跨模式完成各状态的上下车作业；具有行走、连接、升降、翻转、装卸等功能；可将动作指令执行结果、电量、通信状态等信息实时上报至上位机；具有牵引接口，可通过外力牵引行走；可固定支撑在低速平板车上，实现作战区内转运；具有应急处置功能，故障情况下可手动转换至安全状态。

3、电控系统的实现原理

移动吊载装置电控系统包含动力电池组、配电组合、机构控制组合、电源转接箱、信号转接箱、电缆网、执行机构、检测设备等。动力电池组为整机储能电源，配电组合进行电源分配及管理，机构控制组合为整机设备数据处理中心，接收上位机控制指令及下发指令控制执行机构动作，包含移动吊载装置升降、翻转、提拉、横向调整以及插销、档销的锁紧（解锁）功能，根据相应相关检测设备反馈完成相应电机动作执行状态。

移动吊载装置底盘的行走、转向及上装的翻转、举升、提拉、横移动作均由伺服电机带动执行机构实现，其中底盘包括8个行走分体式伺服电机、8个转向一体化伺服电机，上装包括2个翻转、4个举升、2个提拉及2个横移一体化伺服电机，由于伺服电机数量众多且用电功率消耗大，因此设计为电机提供高压直流DC600V供电，由于设备工况要求为远距离移动式转载，考虑性能、精度、轻量化、维护保养等各方面综合考虑，选择以动力电池供电（配备充电机）形式为整机提供动力来源。对不同电芯材料做了表1方案对比。

表1 电池方案对比

根据表1的对比可知，铅酸电池循环寿命过低，且成熟的铅酸电池一般不能提供电池的电流、电压、剩余电池容量、温度等信息，需要信息输出就要找定制，定制价格较高，和磷酸铁锂电池对比，在性能和成本方面不具备优势；钛酸锂电池和磷酸铁锂电池各项性能皆满足使用要求，钛酸锂电池的各项性能最佳，但其成本是磷酸铁锂的3倍。综合考虑充放电性能、安全性能、环境适应性能、经济性等各方面因素，本方案最终选择磷酸铁锂电池作为储能电池。

由于移动吊载装置为骑跨式作业，机构左右两侧为对称结构，各执行电机分布于机构两侧，考虑电缆的敷设问题，将电机动力线及通信线进行分区域设计，机构左右两侧各安装一个电源转接箱及信号转接箱，将数量众多的电机动力线及通信线呈左右式分布，减少了跨接电缆的数量，极大精简了电缆敷设的难度及将跨接电缆转化成单侧分布电缆，节省了电缆成本。

电控系统采用CAN总线实现设备的通信，其中供电设备、上位机设备、底盘控制设备、上装控制设备采用双冗余

CAN总线通信，采用活口备份形式传输数据，当某一条CAN总线发生故障时，可立马切换成另一条CAN总线进行传输，极大地提高了设备的可靠性。

移动吊载装置电控系统原理框图如图1所示。

图1 电控系统原理框图

4、电控系统的组成与功能

4.1动力电池组

动力电池组主要由1台配电箱、1台充电机，4台高压电池模组、互连电缆、充电电缆、接地线等组成。主要功能是为整机提供高压直流DC600V供电。采用磷酸铁锂电芯进行串并方式相结合的形式提供整机动力来源，通过电池BMS管理系统实现参数配置及数据监控，具有模拟信号高精度检测及上传，故障告警、上传和存储，电池保护，参数设置，均衡功能，电池组SOC定标和与其它设备信息交互等功能，有电压、电流、温度检测与保护、短路保护、电池组容量计算、电芯充电均衡等功能特点。

4.2配电组合

配电组合主要由箱体、电连接器、CAN中继器、电源模块、接触器、继电器、开关等组成。配电组合设置本控、遥控两种模式为动力电池组提供启动信号，遥控模式为一键启动模式，可一键为各用电设备同时供电，本控模式为分步上电模式，适用于调试、排故等模式下操作。主要功能是接收来自动力电池组高压直流电源，对电源进行转换，为整机提供低压28V控制系统供电，对高压直流、低压直流进行分配及管理，采集电压、电流信息上传至CAN总线，实时观测线路情况，避免过压、过流等情况。

4.3机构控制组合

机构控制组合主要由箱体、控制板、连接器等组成。控制板主要包括存主控芯片FPGA、隔离CAN接口电路、KO继电器输出电路、KI光耦采集电路、隔离开关电源以及DCDC电源电路。机构控制组合主要功能是通过上位机双冗余CAN总线接收来自遥控器或显控终端下发的控制指令，内部FPGA接收指令后进行数据处理，通过KI光耦采集到相应检测元件反馈信息，分析决策后控制KO输出或通过上装CAN总线发送指令控制各执行机构执行动作。执行动作包括移动吊载装置升降、翻转、提拉、横向调整以及插销、档销的锁紧（解锁）等，动作执行过程中控制器实时接收处理数据并上传更新当前检测位置信息及设备状态信息。

5、结论

本文针对移动吊载装置功能设计一种适应于复杂用电设备的电控系统方法，整机以动力电池组供电模式提供稳定动力来源，对大功率、大电流进行电路监测，保证设备的可靠运行，针对电控系统采用双冗余CAN总线模式，避免通信中断影响任务执行，极大提高了电控系统的可靠性。

参考文献

1. 《电子控制技术在车辆工程中的应用》，作者：郑世祺，来源于《科技与创新》杂志。

2. 《新能源汽车电子控制技术要点优化分析》，作者：计端、刘卫，来源于《汽车与新动力》杂志。