Система автоматического управления строительно-дорожными и землеройно-транспортными машинами Советский патент 1993 года по МПК E02F9/20 

Ь

СА)

Система автоматического управления строительно-дорожными и землеройно- транспортными машинами относится к строительному машиностроению и предназначена для организации автоматического управления техникой в заданном оператором режиме в любом необходимом канале управления. Она содержит блок датчиков информации о текущих рабочих параметрах машины 1, блок задатчиков рабочих параметров машины 2, пульт управления режимами работы 3, последовательно соединённые блок усилителей мощности 5 и исполнительные приводы 6 и отличается тем, что в нее введены устройство отображения информации 4, устройство обработки информации и формирования команд управления 7, первый, второй, третий входы которого соединены с выходами, соответственно, блока датчиков информации о текущих рабочих параметрах машины 1. блока задатчиков рабочих параметров машины 2, пульта управления режимами работы 3, а первый и второй выходы - с входами, соответственно, устройства отображения информации 4 и блока усилителей мощности 5. Второй пункт формулы раскрывает выполнение блока 7. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. fe

Фиг.1

Изобретение относится к строительному и дорожному машиностроения, в частности к строительно-дорожным и землеройно-транспортным машинам с автоматическим управлением и стабилизацией положения рабочих органов в пространстве.

В настоящем решении предлагается изложенным ниже образом посредством определенных блоков и связей между ними организовать систему автоматического управления, выполненную на базе микропроцессорной техники. Данная система позволяет с помощью вычислителя на каждом такте программы формировать управление в заданном с пульта управления канале (каналах) независимо от числа каналов и их назначения. При этом управление работой исполнительных механизмов может осуществляться как дискретно, так и пропорционально (линейно), в зависимости от вида гидравлического привбда конкретной машины, В заявляемой САУ возможно использование различного количества датчиков, отличающихся по типу (в частности выходным сигналам) м назначению. Предложенная система позволяет в любой момент времени формировать сигнал на индикатор о любом заданном или текущем параметре технологического процесса, задаваемой с пульта управления оператором или автоматически. В связи с этим САУ легко настраивается машинистом, обладает самотестированием и программно (а не схемотехнически) может быть приспособлена к работе на машинах различного функционального назначений.

Для этого в известную систему автоматического управления строитёльио-дорож- цыми и землеройно-транспортными машинами, содержащую блок датчиков ин- формаций о текущих рабочих параметрах машины, блок задатчиков рабочих параметров машины, пульт управления режимами работы, последовательно соединенные блок усилителей мощности и исполнительные механизмы управления гидроцилиндрами, дополнительно введены устройство отображения информации, а также устройство обработки информации и формирования команд управления, первый, второй, третий входы которого соединены с выходами, соответственно, блока датчиков информации о текущих рабочих параметрах машины, блока зздат«иков рабочих параметров машины, пульта управления режимами работы, а первый и второй выходы с входами, соответственно, устройства отображения информации и блока усилителей мощности.

Предлагаемое устройство также отличается тем, что устройство обработки информации и формирования команд управления выполнено в виде селектора аналоговых каналов, аналого-цифрового преобразователя,счетчика импульсов, микропроцессорный вычислитель сигналов управления,кварцевого генератора, регистра с усилителем и фиксированием кода выбранного канала, дешифратора, первый, второй, третий, четвертый, пятый регистры с дешифраторами для фиксации и отображения цифро-буквенных символов, формирователя адреса, энергозависимого

5 постоянного запоминающего устройства, селектора дискретных каналов, регистра выхода, выход которого соединен со вторым выходом устройства обработки информации и формирования команд управления, а пер0 вый и второй входы, соответственно, с выходом энергонезависимого постоянного запоминающего устройства и с первым вы ходом микропроцессорный вычислитель сигналов управления, другие выходы кото5 рого соединены, соответственно, второй - с первым входом энергонезависимого постоянного запоминающего устройства, третий -с первым входом формирователя адреса и входом счетчика импульсов, четвертый,- с

0 входом кварцевого генератора, пятый -.с первым входом дешифраторов, шестой - с первым входом регистра с усилением и фиксированием кода выбранного канала и первыми входами регистров с дешифраторами

5 для фиксации и отображения символов, седьмой - со вторым входом дешифратора и первым входом селектора дискретных каналов, восьмой - с третьим входом энергонезависимого постоянного запоминающего

0 устройства, а входы, соответственно, первый - с первым выходом аналого-цифрового преобразователя, второй- со втбрым выходом аналого-цифрового преобразователя, третий-с выходом кварцевого генератора,

5 четвертый - с выходом селектора дискретных каналов, пятый - с выходом энергонезависимого постоянного запоминающего устройства, который также соединен со вторым входом формирователя адреса, выход

0 которого соединен со вторым входом энергонезависимого постоянного запоминающего устройства, первый, второй и третий входы аналого-цифрового преобразователя Соединены, соответственно, с первым выхо5 дом счетчика импульсов, выходом селектора аналоговых каналов и первым выходом дешифратора, другие выходы которого соединены, соответственно, второй - со вторым входом регистра с усилением и фиксированием кода выбранного канала, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой - со вторыми входами, соответственно, первого, второго, третьего, четвертого, пятого регистров с дешифраторами для фиксации и отображения символов, выходы которых и второй выход счетчика импульсов соединены с первым выходом устройства обработки информации и формирования команд управления, входы которого соединены, соответствен но, первый - с первым входом селектора аналоговых каналов, второй - со вторым входом селектора аналоговых каналов, третий - с вторым входом селектора дискретных каналов, третий вход селектора аналоговых каналов соединен с выходом регистра с усилением и фиксированием кода выбранного канала. .

На фиг.1 представлена блок-схема системы автоматического управления строи- тельно-дорожнымии землеройно-транспортными машинами; на фиг,2- блок-схема устройства обработки информации и формирования команд управления.

Система автоматического управления строительно-дорожными и землеройно- транспортными машинами (фиг.1) содержит блок датчиков информации о текущих рабочих параметрах машины 1, блок задатчиков рабочих параметров машины 2, пультуправ- ления режимами работы 3, последовательно соединенные блок усилителей мощности 5 и исполнительные приводы 6, отличающаяся тем, что в нее введены устройство отображения информации 4, устройство обработки информации и формирования команд управления 7, первый, второй, третий входы которого соединены с выходами, соответственно, блока датчиков информации о текущих рабочих параметрах машины 1, блока задатчиков рабочих параметров машины 2, пульта управления режимами работы 3, а первый и второй выходы с входами, соответственно, устройства отображения информации 4 и блока усилителей мощности 5.

Устройство обработки информации и формирования команд управления 7 выполнено в виде селектора аналоговых каналов 8, аналогово-цифрового преобразователя 9, счетчика импульсов 10, микропроцессорного вычислителя сигналов управления 11, кварцевого генератора 12, регистра с усилением и фиксированием кода выбранного канала 13, дешифратора 14, первого 15, второго 16, третьего 17, четвертого 18, пятого 19 регистров с дешифраторами для фиксации и отображения символов, формирователя адреса 20, энергонезависимого постоянного запоминающего устройства 21, селектора дискретных каналов 22. регистра выхода 23, выход которого соединен со вторым выходом устройства обработки информации и формирования команд управления 7, а первый и второй входы, соответственно, с выходом энергонезависимого постоянного запоминающего устройства 21 и с первым выходом микропроцессорного вычислителя сигналов уп0 равления 11, другие выходы которого соединены, соответственно, второй - с первым входом энергонезависимого постоянного запоминающего устройства 21, третий - с первым входом формирователя адреса

5 20 и входом счетчика импульсов 10, четвертый - с входом кварцевого генератора 12, пятый - с первым входом дешифратора 14, шестой - с первым входом регистра с усилением и фиксированием кода выбранного ка0 нала 13 и первыми входами регистров с дешифраторами для фиксации и отображения символов 15, седьмой - со вторым входом дешифратора 14 и первым входом селектора дискретных каналов 22, восьмой

.5 - с третьим выходом энергонезависимого постоянного запоминающего устройства, а входы, соответственно, первый - с первым выходом аналого-цифрового преобразователя 9. второй - со вторым выходом анало0 го-цифрового преобразователя 9, третий - с выходом кварцевого генератора 12, четвертый - с выходом селектора дискретных каналов 22, пятый - с выходом энергонезависимого постоянного запоми5 нающего устройства 21, который также соединен со вторым входом формирователя адреса 20, выход которого соединен со вторым входом энергонезависимого постоянного запоминающего устройства 21,

0 первый, второй и третий входы аналогово- цифрового преобразователя 9 соединены, соответственно, с первым выходом счетчика импульсов 10, выходом селектора аналоговых каналов 8 и первым выходом дешифратора 14, второй выход которого соединен со

5 вторым входом регистра с усилением и фиксированием кода выбранного канала 13, а третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой выходы - со вторыми входами, соответственно первого 15, второго 16, третьего 17,

0 четвертого 18, пятого 19 регистров с дешифраторами для фиксации и отображения символов, выходы которых и второй выход счетчика импульсов 10 соединены с первым выходом устройства обработки информа5 ции и формирования команд управления 7, входы которого соединены, соответственно, первый - с первым входом селектора аналоговых каналов 8, второй - со вторым входом селектора аналоговых каналов 8, третий - с

вторым входом селектора дискретных каналов 22, третий вход селектора аналоговых каналов 8 соединен с выходом регистра с усилением и фиксированием кода выбранного канала 13.

Блоки, входящие в предложенное устройство могут быть выполнены из стандартных блоков, выпускаемых нашей промышленностью, например:

Блок датчиков информации о текущих рабочих параметрах машины может включать фактически любые датчики текущих параметров, например, датчик текущей высоты рабочего органа - ДШБ, АЖЕ 5.132,008, датчик поперечного угла наклона рабочего органа - ДКБ, АЖЕ 5.132.009 и т.п.

Блок задатчиков рабочих параметров машины может быть выполнен в виде набора потенциометров ПЛП-11-С, ОСТ В2526- 77.

Пультуправления режимами работы может быть выполнен в виде тумблеров, положение замкнуто которых соответствует включению в работу данного канала или режима индикации соответствующего пара- метра (см. А315.00.00.000СБ).

Устройство отображения информации может быть выполнено в виде четырехразрядного семисёгментного жидкокристаллического индикатора ИЖЦ 18-4/7.

Блок усилителей мощности представляет собой, например, набор электронных управляющих ключей, построенных на базе транзисторов типа КТ837В, КТ815В и соответствующих пассивных элементов,

Исполнительные приводы могут быть выполнены в виде гидрораспределителей, например. У4690.05.41.0, У4690.0541.0-1.

Устройство обработки информации и формирования команд управления может быть выполнено на основе однокристальной микроЭВМ КР1816ВЕ35.

Селектор аналоговых каналов может быть выполнен в виде аналогового коммутатора MSW1 (микросхемы К561КП2).

Аналогово-цифровый преобразователь представляет собой устройство для автоматического преобразования непрерывно изменяющихся во времени аналоговых величин в эквивалентные значения число- вых кодов, схемотехнически построен на одной микросхеме К140УД2Б и содержит формирователь импульсов, генератор опорного напряжения, генератор тока, компаратор, схему совпадения, коммутатор, преобразователь уровня сигнала. На вход АЦП могут подаваться сигналы в виде тока или напряжения.

Счетчик импульсов может быть выполнен на микросхеме К561ИЕ10.

Микропроцессорный вычислитель сигналов управления содержит блок оперативной памяти емкостью 64 Байта, имеет два восьмиразрядных квазинаправленных порта ввода-вывода Р1, Р2 и двунаправленную шину данных DB, встроенный таймер-счетчик внешних событий Т1, вывод для обработки внешних прерываний INT и вход ТО, используемый для контроля состояния элементов управления. Однокристальная ЭВМ вырабатывает синхросигналы RD WD и PROG, которые могут быть использованы для организации обмена с внешними устройствами через любой из двунаправленных портов..

Кварцевый генератор имеет высокую тактовую частоту, например, б МГц, что позволяет выполнять, в частности, 400 тыс. операций в секунду типа регистр-регистр.

Регистр с усилителем и фиксированием кода выбранного канала (RG2) может быть выполнен в виде микросхем К561ТМЗ К555ЛН2.

Дешифратор может быть выполнен на микросхеме K5611/1D1.

Регистры с дешифраторами для фиксации и отображения символов выполнены в виде четырех микросхем К176ИД2 для циф- ро-буквенного отображения и микросхемы К516ТМЗ для формирования на табло символов процента, метра, запятой, знака минус.

Формирователь адреса может быть выполнен на двух микросхемах КМ555ТМ7.

Энергонезависимое напряжение запоминающее устройство может быть выполнено в виде ППЗУ с ультрафиолетовым стиранием КР573РФ5 (емкость 4КБайта), обеспечивает длительное хранение информации независимо от режимов функционирования аппаратуры и возможность изменения записанной программы в процессе селективного программирования.

Селектор дискретных каналов может быть выполнен в виде коммутатора MSW (демультиплексора) на микросхеме К561КП2.

Регистр выхода R61 может быть выполнен нз микросхеме КМ555ТМ7.

Кварцевый генератор 12 предназначен для обеспечения функционирования микро- ЭВМ. АЦП, УОИ.

Устройство работает следующим образом. Тумблером (или несколькими тумблерами сразу) на пульте управления 3 включают канал (или несколько каналов) в работу, а именно по шине связи с блоком 7 тумблер замыкает цепь передачи сигнала в селекторе дискретных каналов 18 и на его выходной шине будет 1 и четырехразрядная информация о номере включенного канала поступит в микропроцессорный вычислитель сигналов управления 11 на его четвертый вход. Программа предусматривает возможность включения в работу нескольких каналов одновременно, т.к. считывание сигнала с датчика (задатчика) одного канала, его обработка, запоминание и формирование сигнала управления происходит последовательным опросом заданных в работу каналов. Далее запомненный в микропроцессорном вычислителе сигналов управления 11 код канала поступает с его шестого выхода на первый вход регистра с усилением и фиксированием кода выбранного канала 13, который фиксирует код выбранного аналогового канала и через преобразователь уровня подает его на третий вход селектора аналоговых каналов 8, где коммутируется сигнал с заданного датчика (задатчика) с первого или второго выходов блока 8 на его выход. Далее этот сигнал поступает на второй вход аналогово-цифро- вого преобразователя 9. на втором выходе которого формируется, как указано выше, число импульсов соответствующее величине аналогового сигнала на его втором входе. Этот сигнал поступает в микропроцессорный вычислитель сигналов управления 11 на второй вход и запоминается в соответствующей ячейке. На первый вход микропроцессорного вычислителя сигнала управления 11 поступаете первого выхода АЦП 9 сигнал готовность. Запуск АЦП 9 осуществляется сигналом с первого выхода дешифратора 14. который поступает с третьего входа АЦП 9 на формирователь импульсов (ждущий мультивибратор)организованный на микросхеме К561Л ЕЮ.

На каждом такте работы предлагаемого устройства, задаваемом счетчиком импульсов 10 (100 кГц), выполняется соответствующий шаг программы, заложенной в энергонезависимом постоянном запоминающем устройстве 21 и передаваемой в микропроцессорный вычислитель сигналов управления 11 на его пятый вход. Например, с седьмого выхода блока 11 на первый вход селектора дискретных каналов 22 передается сигнал, являющийся сигналом управления коммутатором, которым по существу и является блок 22, преобразуя уровень сигнала. В нем при положении тумблера разомкнуто на выходе О, при положении замкнуто .-. I/I на каждом следующем шаге программы, полученной с первого вх.ода, селектор дискретных каналов 22 адресуется к следующему тумблеру, соответствующему следующему по программе каналу.

Если тумблер канала разомкнут, то с выхода блока 22 на четвертый вход блока памяти поступает сигнал О, что соответствует запрету выдачи управляющего сигнала

с шины данных блока 11, т.е. поступает сигнал сброса данных из ячеек, шины данных блока 11, соответствующих данному каналу. По сигналу со второго выхода PSEN микропроцессорного вычислителя сигналов

0 управления 11 на первый вход энергонезависимого постоянного запоминающего устройства 21 считывается информация из памяти программ по шине с выхода блока 21 на пятый вход (шины данных) блока 11 и на

5 первый вход регистра выхода 23, который организует четыре дискретных выхода, информация на которых фиксируется по сигналу с первого выхода блока 11 на второй вход регистра выхода 23. Сигнал с третьего выхо0 да блока 11 ALE частотой 400 кГц поступает на счетчик импульсов, который благодаря микросхеме К561ИЕ10 формирует выходные сигналы с частотами 100 кГц на первый вход АЦП 9 и 1,5 кГц - на вход блока 4.

5 С седьмого выхода блока 11 сигнал также поступает на второй вход дешифратора 14, который стробируется сигналом PROG с пятого выхода блока 11, выходные дешифрованные сигналы со второго, третьего, чет0 вертого, пятого, шестого, седьмого выходов дешифратора 14 являются сигналами записи информации в регистры 13, 15, 16, 17, 18. 19.

Настройка системы может осуществ5 ляться как при монтаже системы на машине, после смены любого из датчиков, после больших перерывов в работе. Для этого устанавливают рабочий орган в нулевое положение с помощью измерительных

0 инструментов, включают тумблер Питание, тумблер режим индикации перемещают на указание параметра, по которому ведется настройка, и перемещением датчика соответствующего параметра в про5 странствё добиваются того, чтобы на индикаторе высвечивался О. После этого датчик закрепляют в найденном положении. Отъюстированная таким образом система готова к работе. Затем включают

0 любой из тумблеров, соответствующий одной из задаваемых координат (опорной ко- ординате, зоне нечувствительности по координате), и соответствующим потенциометром устанавливают требуемые значения

5 рабочего процесса по показаниям индикатора.

После установки режимов работы включают тумблеры, соответствующие включению в работу каналов управления. Система должна отработать сигнал рассогласования

и установить рабочий орган машины в соответствии с опорными значениями параметров рабочего процесса.

Если при работе возникает необходи- Moctb в изменении чувствительности системы по одному из рабочих параметров или в варьировании положения рабочего органа, то следует вращением ручек соответствующих потенциометров ввести новые зоны нечувствительности соответствующих параметров. Контроль за вновь вводимыми параметрами процесса осуществляют, переключая соответствующий каждому из данных потенциометров тумблер, наблюдая показания на индикаторе.

Контроль соответствия текущего положения рабочего органа заданному положению осуществления по индикатору при включении соответствующего режима индикации.

Устройство обработки информации и формирования команд управления имеет возможность приема аналоговой информации по 16 каналам, дискретной - по 32 каналам, а также выработки восьми дискретных выходных сигналов и восьми непрерывных выходных сигналов. Количество входных и выходных каналов легко может быть увеличено.

В связи с вышеизложенным очевидно, что предложенная нами система управления строительно-дорожными иземлеройно- транспортными машинами универсальна, может быть установлена на любом типе данных машин, имеющих любое количество датчиков и задатчйков разного типа и назначения. А также при установке системы на машину и в течении работы оператору облегчена настройка ее и имеется возможность слежения за режимами и текущими параметрами и их подстройка, не прерывая самого производственного процесса, что повысит скорость технологического процесса/;- ; .-у. ;. .. ... .. .

Предложенная САУ позволяет управлять рабочими органами машины с возможностью регулировать скорость передвижения ее исполнительных механизмов и применять гидрораспределители с пропорциональным приводом. Это также улучшает динамические и тОчностные параметры известного устройства.

Формул а изобретен и я 1. Систгема.аатоматического управления строительно-дорожными и землеройно- тра непортными машинами, содержащая блок датчиков информации о текущих рабочих параметрах машины, блок задатчйков рабочих параметров машины, пульт управления режимами работы, последовательно соединенные блок усилителей мощности и исполнительные приводы, отличающаяся тем, что в нее введены устройство отображения информации, устройство обработки информации и формирования команд управления, первый, второй, третий входы которого соединены с выходами соответственно блока датчиков информации о теку0 щих рабочих параметрах машины, блока задатчйков рабочих параметров машины, пульта управления режимами работы, а первый и второй выходы - с входами соответственно устройства отображения

5 информации и блока усилителей мощности. 2. Система по п. 1, от л и ч а ю ща я с я тем, что устройство обработки информации и формирования команд управления выполнено в виде селектора аналоговых каналов,

0 аналогово-цифрового преобразователя, счетчика импульсов, блока памяти, кварцевого генератора, регистра с усилителем и фиксированием кода выбранного канала, дешифратора, первого, второго, третьего,

5 четвертого, пятого регистров с дешифраторами для фиксации и отображения символов,формирователя адреса, энергонезависимого постоянного запоминающего устройства, селектора дискретных

0 каналов, регистра выхода, выход которого соединен с вторым выходом устройства обработки информации и формирования команд управления, а первый и второй входы

- соответственно с выходом энергонезави- 5 симого постоянного запоминающего устройства и с первым выходом блока памяти, другие выходы которого соединены: второй

- с первым входом энергонезависимого постоянного запоминающего устройства, тре0 тий - с первым входом формирователя адреса и входом счетчика импульсов, четвертый - с входом кварцевого генератора, пятый - с первым входом дешифратора, шестой-с первым входом регистра с усилени5 ем и фиксированием кода выбранного канала и первыми входами регистров с дешифраторами для фиксации и отображения символов, седьмой - с вторым входом дешифратора и первым входом селектора ди0 скретных каналов, восьмой - с третьим входом энергонезависимого постоянного запоминающего устройства, а входы: первый - с первым выходом аналого-цифрового преобразователя, второй - с вторым выхо5 дом аналого-цифрового преобразователя, третий - с выходом кварцевого генератора, четвёртый - с выходом селектора дискретных каналов, пятый - с выходом энергонезависимого постоянного запоминающего устройства, который также соединен с вторым входом формирователя адреса, выход которого соединен с вторым входом энергонезависимого постоянного запоминающего устройства, первый, второй и третий входы аналого-цифрового преобразователя соединены соответственно с первым выходом счетчика импульсов, выходом селектора аналоговых каналов и первым входом дешифратора, другие входы которого соединены: второй - с вторым входом регистра с усилением и фиксированием кода выбранного канала, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой - с входами соответственно, первого, второго, третьего, четвертого, пя0

того регистров с дешифраторами для фиксации и отображения символов, выходы которых и второй выход импульсного счетчика соединены с первым выходом устройства обработки информации и формирования команд управления, входы которого соединены: первый - с первым входом селектора аналоговых каналов, второй - с вторым входом селектора аналоговых каналов, третий - с вторым входом селектора дискретных каналов, третий вход селектора аналоговых каналов соединен с выходом регистра с усилением и фиксированием кода выбранного канала.