| 摘要：本文针对复杂混合臂架结构 高空作业车特点，提出了一种基 于CAN-BUS 控制总线和智能控制 技术的控制系统设计形式，实现 了作业平台运动轨迹、工作状态 的智能化控制，保证了作业安全 性和可靠性。 【关键词】 高空作业车 控制系统 传感器 1 控制需求 某型高空作业车采用两级伸缩，三级铰 接的复杂混合臂架结构，在满足底盘承载和尺 寸限值的条件下，实现了在30m 大跨度下最 大承载600kg 的作业性能要求。由于此类型车 辆作业跨度远、作业幅度高，承载质量大等特 点，为确保作业平稳、灵活、保证安全，对车 辆控制系统提出了很高的要求，要求控制系统 具备自动化程度高、安全体系完善和可靠性好 等特点。 2 系统组成 控制系统基于CAN-BUS 总线通讯，以可 编程控制器为核心，实现对车辆的控制和状态 监控功能，主要实现臂架回转、展收，支腿伸 缩，作业平台控制与调平的控制。 控制系统主要由回转台处主控制器、底 架处扩展控制器、作业平台处扩展控制器、调 平控制器、主臂长度和角度传感器、折臂长度 和角度传感器、支臂角度传感器、转台编码器、 接近开关、显示屏、操作手柄和主令开关等组 成。控制器、传感器、编码器、显示屏等组成 CAN-BUS网络，按照CAN协议相互传输数据， 确保数据实时、可靠。控制系统原理如下图1 所示。 3 功能实现 3.1 动作控制 控制器在接收到各种操作器( 手柄、按钮 等操作元件) 发出的信号后，经过内部的判断、 运算、放大，直接驱动液压泵、比例阀、开关 阀和继电器等动作，控制支腿动作，臂架回转、 伸缩、俯仰，作业平台调平等动作。在动作控 制时，控制系统设有以下功能： 3.1.1 误操作 操作手柄设有微动开关（手柄操作一定角 度时，开关闭合），手柄不操作时，微动开关 切断手柄输入信号，防止误动作。操作手柄设 有使能键，操作时，需先操作使能键才能动作， 防止误动作。 3.1.2 紧急停止 在操作台设有紧急停止按钮开关，紧急停 止线路直接控制液压卸荷阀，在作业过程中发 生紧急情况时按下此开关，停止一切动作。 3.1.3 斜坡控制 所有动作启动和停止时，均有斜坡时间控 制，减小冲击和晃动，保证作业安全。 3.2 态势显示 控制系统实时检测各传感器数据故障、 CAN-BUS 网络中各节点通讯故障、控制器输 出驱动故障（如比例阀、继电器、指示灯等的 断路和短路）、输入信号故障（如操作手柄信 号超范围等）、整车状态数据和所有故障信息 均通过显示屏显示，并以日志的方式保存，可 供查询。显示屏可显示整机作业状态，有回转 角度，主臂、副臂、支臂实时起伏角度，主臂、 副臂实时长度，作业平台载荷，作业半径作业 高度等工作参数，还有时间、倾翻率、支腿状态、 工作信息状态等。显示屏显示界面见图2 所示。 3.3 安全保护 3.2.1 防倾翻保护 由于车辆作业范围较大，必须进行严格 安全区域界定，准确计算出安全区域，以避免 车辆在作业过程中因操作不当出现倾翻事故。 需采集的数据有主臂、副臂和支臂长度、仰角、 平台承载质量以及回转角度，实时计算出车辆 高空作业时臂架运行的安全区域和倾翻率（即 作业力矩与临界倾翻力矩的比值），为考虑安 全起见，在不降低车辆作业性能指标的基础上， 将倾翻率数值设定为0.75。通过PLC程序控制， 当倾翻率数值达到设定值时，控制系统对提高 倾翻率数值的操作予以拒绝，例如操作人员此 时进行伸出臂架等可能提高倾翻率数值的操作 将被电控系统过滤，拒绝响应，并报警提示； 对降低倾翻率数值的操作予以采纳，此时操作 者只可以采取降低倾翻率的操作动作，从而避 免出现误操作的可能。 3.3.2 动作互锁 支腿未支承前，臂处于锁定状态，支腿 支承后，自动对臂解除锁定，可进行工作臂操 作，臂一旦离开臂支架，支腿就自动处于锁定 状态而不能操作，工作完成后，臂收回到臂支 架上，自动解除支腿锁定，可以进行收支腿的 操作。为特殊情况下使用，设有解锁开关。 3.3.3 作业平台防碰撞 作业平台支架上装有超声波传感器，传感 器设两级检测距离（1 米和0.3 米，距离可调）。 当作业槽与外物接近距离达到1 米时，系统自 动控制所有动作速度降低为最低速度，蜂鸣器 响；当接近距离达到0.3 米时，系统自动控制 所有动作停止。设有防碰撞解除开关，实现碰 撞后解除动作限制。 3.3.4 自身防碰撞 控制系统具有自动防止工作臂在运动过 程中与本车的驾驶室或支腿碰撞的功能。在工 作臂运动过程中快接近驾驶室或支腿时自动减 速停止，蜂鸣器响，确保作业安全。 3.4 工作平台自动调平 工作平台调平是通过作业平台内置角度 传感器，将实时测量到的作业平台倾斜角度输 入到调平控制器，调平控制器根据倾斜角度控 制调平比例阀动作，使平台恢复到水平状态， 调平控制采用闭环控制。 为确保作业平台安全性，调平控制装置 的安全性控制措施包括： （1）调平控制器按规定的时间（如每隔 20ms）通过CAN 通讯向主控制器发送状态信 息，一旦主控制器在规定的时间内接受不到调 平控制器的状态信息，主控制器切断所有动作， 报警灯亮，蜂鸣器响，直到恢复为止。 （2）主控制器按规定的时间（如每隔 20ms）读取调平控制器测量到的倾斜角度， 当倾斜角度大于+10°或小于-10°时，主控制 器切断所有动作，报警灯亮，蜂鸣器响，直到 恢复为止。 （3）调平比例阀设有机械操作手柄，应 急时可实现手动调平操作。 4 结论 本文针对复杂混合臂架结构高空作业车 数据采集多、处理量大、逻辑关系复杂等特点， 提出了一种基于CAN-BUS 控制总线和智能控 制技术的控制系统设计形式，实现了作业平台 运动轨迹、工作状态的智能化控制，使作业平 台动作平稳、灵活，保证了作业安全性和可靠 性，提高了作业效率，为其他类似车辆，尤其 是对于复杂结构的高空作业车控制系统开发来 言，具有很好的借鉴作用。 参考文献 [1] 陈茂成. 控制系统在高空作业车中 的技术应用[J]. 建设机械技术与管 理,2011(2):100-102. [2] 王硕.CANopen 协议在高空作业车控制系统 中的应用[J]. 制造业自动化,2011(2):5- 8. [3] 胥军. 高空作业车臂架变幅控制系统设计 [J]. 工程机械,2012(10):49-53. 作者单位 1. 海军后勤技术装备研究所 北京市 100072 2.73811 部队 北京市 100072 |
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