混凝土泵车节能控制方案ppt课件.ppt

混凝土泵车节能控制技术方案 引言为了实现节能 在进一步提高器件单体效率的难度越来越大的情况下 上海派恩科技有限公司将研究重心转移到提高发动机与液压系统整体最佳效率的匹配上 通过电子节能控制方法实现高效率的功率转化 目前节能控制系统主要针对以下几个环节 动力系统与负载的控制 液压泵的控制 发动机与液压泵的控制 国内运用最多的是电比例变量泵跟随发动机转速偏差变化的吸收功率的匹配控制原理 通过发动机转速感应偏差 电比例变量泵负荷传感器实现极限负荷控制 以柴油机传动的变量泵为控制对象 为客户提供发动机一变量泵的功率匹配的最佳控制方案 功率匹配控制原理简介 将系统功率流 系统压力 流量 60 与电子流 负荷传感与电反馈控制 有机结合起来 通过检测负荷变化引起的发动机转速变化 运用自适应模糊PID参数调节整定的转速感应控制方法 利用变量泵的电液比例控制技术 调节电液比例控制变量泵的吸收功率 可实现系统极限负荷控制 即发动机输出功率设定后 若负载增大 则泵增大吸收功率 发动机降速 系统检测到转速变化后 减小泵的排量 从而降低泵的吸收功率 保证泵的吸收功率和发动机输出功率相匹配 若负载减小 自动增大泵的排量 增加泵的吸收功率 在发动机输出功率允许范围内使作业速度加快 提高作业效率 使发动机在负荷变化范围内既满足重载 也满足轻载的作业要求 较好地匹配了负载 泵和发动机之间的功率关系 微电控制系统结构图 一 人机界面 发动机 发动机转速传感器 HS G16控制器 液压泵 压力传感器 怠速压力开关 转速电位计 电磁阀 油门执行器 总线信号 输入信号 输出信号 系统示意图 微电控制系统结构图 二 系统示意图 发动机转速及负荷曲线 发动机油门控制共分十个档位 对应转速如下 机械怠速档9501档转速10002档转速12003档转速13504档转速15005档转速16006档转速17007档转速18008档转速19009档转速200010档转速2100 发动机转矩特性与目标值负荷率曲线 发动机与泵的控制关系 在发动机怠速至最大转矩转速之间取目标值负荷率为90 或更低一些 液压泵的启动转速应高于发动机的怠速 按此负荷率工作 既满足了复合动力装置高效率 高动力性的要求 又使发动机有一定的动力储备 有利于提高整台设备的加速性能 并且在遇到突发载荷而控制装置因惯性滞后调节时 可以有效防止发动机熄火 流量 功率 扭矩 发动机底盘数据监控 一 1 发动机冷却水温 采用指针显示 温度指示范围40 120 当发动机冷却水温在40 103 时 仪表指针指向灰色区域 当发动机冷却水温 103 时 仪表指针指向红色区域 同时显示故障图标 蜂鸣器鸣响 并作记录 可按消音键消音 传感器安装尺寸1 2 14NPTF 仪表显示 水温传感器 2 燃油油位 采用指针显示 燃油油位指示范围0 100 当燃油油位 10 时 仪表指针指向绿色区域 当燃油油位 10 时 仪表指针指向红色区域 同时显示故障图标 蜂鸣器鸣响 可按消音键消音 传感器长度L 720mm 安装尺寸见附图 发动机底盘数据监控 二 3 液压油温度显示 采用指针显示 温度指示范围40 120 当温度在40 85 时 仪表指针指向绿色区域 当温度 85 时 仪表指针指向红色区域 同时显示故障图标 蜂鸣器鸣响 并作记录 可按消音键消音 传感器安装尺寸 M22 1 5 仪表显示 油温传感器 4 发动机转速 采用指针或数值显示方式显示当前发动机的转速 发动机转速显示范围0 3000r min 传感器安装尺寸 3 4 16UNF 发动机底盘数据监控 三 5 系统电压显示 采用指针或数值显示方式显示当前系统电压 6 工作小时计 采用数值显示方式显示发动机的累计工作时间 其计时范围0 99999 9h 时条件为机油压力 转速 系统电压大于27V 有充电信号其中一个项目工作正常就开始计时 7 机油压力报警开关 当该传感器触点接通时 接地 在工作小时计计时条件有效情况下 显示故障图标 蜂鸣器鸣响 并作记录 可按消音键消音 当工作小时计计时条件无效情况下 传感器触点不接通时 不接地 若无机油压力报警信息则说明线束或机油压力传感器有故障 传感器安装尺寸 Z1 8 27NPTF 8 空气滤清器报警开关 当该传感器触点接通时 接地 显示故障图标 蜂鸣器鸣响 并作记录 可按消音键消音 9 充电报警 在发电机不能正常发电时 显示故障图标 蜂鸣器鸣响 并作记录 可按消音键消音 系统控制总流程图 启动 系统功能初始化 系统自检 是否进行油门标定 I O初始化 水温 油温 油位 机油压力 系统电压 空滤检查 十档油门自动标定 保存十档油门反馈位置 油门旋钮位置 系统功能模块处理 自动怠速控制 机械怠速控制 自动暖机控制 增压控制 传感器监控 功率匹配控制 结束 Y N 发动机监控 元器件 主要元件 1 Hesmor G16控制器一个 2 Hesmor MTA ADW 1油门电机一个 3 压力传感器 输出形式 4 20mA 有效量程 0 400Bar 4 霍尔型转速传感器一个 5 油门电位计一个 阻值2K 多圈带旋转刻度 6 Hesmor人机界面一个 7 油门脚踏板一个 谢谢 1总则 1 1该控制器根据混凝土输送泵特殊环境及系统所需的要求下 利用自身的技术实力开发出的智能控制系统 供方具有完全知识产权的产品 1 2该控制器满足相关国家标准的要求 1 3该控制器满足混凝土输送泵系统对控制器的性能及可靠性要求 2使用条件 环境温度 40 70 电源供电电压 DC10 30V防护等级 IP67 3系统方案 本控制系统针对混凝土泵车电液控制系统需求进行系统设计 开发 并依据国家的标准和相应的法规 提出此电控系统方案 图1电控系统结构简图 3 1系统组成 3 2电液控制系统主要实现以下功能 1 支腿操作控制 2 臂架动作的无线遥控 大臂 中臂 小臂 FHSS跳频防干扰技术 3 泵送控制 4 发动机转速控制 5 臂架定轨迹运动 6 发动机监控和节能管理 7 系统工作数据记录 8 系统故障自诊断和故障代码液晶屏显示 3 3电气控制系统采用以下元件 3 4控制系统框图 图2控制系统框图 4具体实现功能 4 1动力系统部分 1 发动机状态监控 J1939通讯协议 通过配置在发动机上的相关传感器获得发动机的状态数据 将传感器输出的一些模拟量 开关量的信号通过发动机ECU 经CANBUS总线 J1939协议 与控制器进行通讯 在显示器上动态显示出来 并设有报警区域 当显示数值达到报警区域时 控制器报警提示 监控内容 发动机转速监控 机油压力监控 冷却液温度监控 发动机工作小时 发动机油门控制 发动机故障代码显示 1 发动机紧急停车控制当出现紧急状况时 发动机需要急停 在发动机紧急停车的同时 控制器接收到一个信号 控制器所有输出置零 2 发动机转速控制本系统采用了J1939协议 直接通过总线进行控制 油门电位计输出的电压信号转换成转速数字信号 再通过CANBUS总线发送给发动机ECU 精确 快速控制发动的转速 4 2泵送控制系统部分 1 液压系统状态监控控制器通过油压传感器采集泵送压力 各油路压力 并在显示界面上显示 也作为系统功率控制和臂架控制的一个参考依据 2 极限载荷控制通过转速传感器监控发动机转速 实时调控 当负载变化 引起发动机转速变化 如果失速达到调节范围 则控制系统自动调节 减小 工作泵比例电磁阀 降低泵的功率 使发动机的输出功率和负载功率相匹配 保障发动机处于较佳的工作状态 3 节能环保控制为使系统达到最节能的效果 控制系统采用类似挖机的控制方式 将整个工况分为三种大的模式 H档重在模式 S档标准模式 L档怠速模式 H档模式 该模式是追求工作效率最大化的控制模式 快速的降物料输送到目的地 发动机与泵都是大功率的情况下工作 同时为避免负载突然增大 导致发动机掉速和熄火现象发生 系统还加有极限载荷控制方式 S档模式 该模式是追求节能的控制方式 泵车在做回转 布料杆等非泵送动作时 系统会自动将发动机速度调整到一个即满足系统所需要的功率又最节省油耗的转速下工作 当系统进入泵送控制时 系统根据发动机万有特性曲线 发动机 泵 负载三者之间的关系功率匹配关系进行节能控制 发动机的万有特性曲线如图3所示 图3柴油发动机万有特性曲线 如图3所示 以柴油机转速为横坐标 转矩 或气缸平均有效压力 为纵坐标 在图上画出许多等耗油率曲线和等功率曲线 即组成柴油机万有特性曲线 在万有特性图中 最内层的等油耗曲线是最经济的区域 燃油消耗率最低 曲线愈向外 经济性愈差 从中很容易找出最经济的负荷和转速范围 从万有特性曲线上还可以看出 柴油机在不同的功率值下 都有一个最经济工作点 就是等功率曲线和等比油耗曲线的切点 最大功率点可以根据发动机的外特性曲线直接匹配 匹配最佳节能点最有效的方法是对发动机进行工况测试 作出发动机的万有特性曲线 从中直接找出最佳节油点 或经济工作区域 在不同工况下 柴油机的输出功率不同 每一种发动机输出功率在万有特性曲线中对应一条等功率曲线 每条等功率曲线可以和无数条等油耗曲线相交 相交点都是柴油机可能工作的油耗工况 但比油耗值均不相同 如果存在等功率曲线和等油耗曲线相切的点 则该点就是最佳节能点 如图4所示 图4最佳经济工作曲线 不是每一条等功率曲线都能找到相切的等比油耗曲线 但总存在一条与等功率曲线相邻的等比油耗曲线 若柴油机能工作在等功率曲线和等比油耗曲线之间的工况点也是最经济的工作点 每一型号发动机万有特性曲线均不一样 但都存在一个经济油耗区 该区域的任一点 均有很好的经济性 因此 在实际功率匹配中 如果能使发动机工作点落在经济工作区 或位于对应功率的尽可能低的油耗点 则达到了节能匹配的目的 L档模式 该模式是将怠速模式 当车辆长时间没有进行工作时 系统自动进入怠速模式 当系统压力升高 发动机机转速立刻进入工作状态 4 泵送动作的逻辑控制 根据控制要求的动作逻辑 加以完善的保护功能 保证泵送动作的可靠 自动泵送及反泵功能 在每个混凝土活塞缸的底部都安装的有接近开关 当活塞到达到底部时 接近开关给控制器一个脉冲信号 控制器从而实现摆缸及液压油缸的自动换向 控制器可以直接对电磁换向阀 电磁比例阀进行控制 增加了控制系统的可靠性和准确性 当在自动泵送状态时 电磁比例阀一直处于设定状态 手动调节时 通过调节泵功率来控制输送流量和扬程 4 3臂架控制系统部分 1 回转角度检测通过回转最大 最小限位信号检测回转最大最小角度 2 臂架伸缩控制臂架伸缩的控制通过无线遥控器的来遥控控制 可以选用带有远程报警显示功能的发射器 3 安全保护控制安全保护控制包括 角度报警及禁动功能 回转最大最小限位报警及禁动功能 各油压报警等功能 4 4混凝土泵送量计算 本系统能对泵送的混凝土进行统计 系统可以计算出在某一动作速度下每小时的泵送量 本次开机所进行的泵送次数 泵送混凝土数量 泵送时间 本机出厂后所输送的混凝土总量及运行的总时间 4 5点动控制和线控功能 为了保证操作者的安全性和调试的要求 只能在泵排量调节旋钮调至最低位置 泵送和反泵开关必须断开时 该点动功能才起作用 此时活塞只能按最大运行速度的30 动作 一方面提高了手动控制的可操作性 同时也有效的避免了因违规操作所带来的安全隐患 4 6系统安全 操作方便可靠系统拥有人机对话界面和智能管理功能 人机界面友好 图解易懂 功能全面 机器运作时系统可对多个元件器件及状态进行实时监控 可实现对布料臂 泵送方量 次数 以及底盘柴油机转速的控制 泵送操作与拖式柴油泵相同 方便 可靠 安全性高如果出现故障时 系统将会在显示器自动弹出该故障的内容 同时存储该故障的发生时间及排除时间 对工作状况及参数的实时显示 提高了操作的方便性 有利于维护与维修 同时我们可以对泵车进行多重安全保护 如 臂架位置报警显示 如臂架未放好 将报警显示 布料臂回转角度限位 超过范围时只能反方向动作 布料臂油路报警显示 底盘发动机具有电脑限速功能 泵送系统具有拖泵全套保护装置 防堵管技术可采用压力传感器实时监测管路压力并进行报警 控制 当发生堵塞管路时 压力传感器会将管路内过高的压力异常情况传到控制系统 同时发出声光报警 同时可以通过控制系统自动采取反泵或停机等措施 疏通堵塞管路 防倾翻保护当各个支腿展开后 分别检测混凝土泵车的各个支腿压力 通过建立合适的数学模型 比较各个支腿的实际数据 一旦发现有偏离我们的要求 系统将会报警并锁定臂架使其不能动作 最大限度保障安全 4 7远程监控 本控制系统可用采用CAN2 0与GPS GPRS GSM等通信模块进行通信 实现对设备的实时远程监控 可以通过计算机或手机等设备实时查询设备运行状况 对检测到有故障的控制点 控制系统将存储于显示器 并以相应的图案显示于界面上 向工作人员以报警或警示 同时并将实时检测到的相应信息的通过GPS GPRS GSM模块发送回公司的管理中心 这些 有利于生产企业的生产管理 也有利于设备的维护 大大提高了工作的可靠性 并节约大量的人力 物力的开支 5控制器节点配置表 泵车控制器节点统计表 2023 6显示器部分 6 1发动机状态显示 1 发动机转速 2 机油压力 3 冷却液温度 4 工作时间 5 发动机故障代码显示 6 2液压系统状态显示 1 系统压力 2 吸油 压油 滤油报警 3 液压油温度检测 4 先导压力检测 6 3设备状态显示6 4智能故障诊断和显示故障提示出现故障的元件和位置 6 5臂架动作显示根据当前臂架的动作 用图形显示 6 6维护和设定提供参数标定和首选项设置界面 可通过显示器对整个控制系统进行调试和标定 6 7关键技术 采用虚拟仪表技术和CAN总线技术 显示器界面采用彩色的图形文本显示 关于显示部分说明 目前国外混凝土泵车主机厂家大部分采用GRAFAT30的显示器或者Hesmor的显示器 这两种类型的显示器主要显示液晶小 而国内的混凝土泵车多采用SPN057的液晶显示器 可以随时打印保存的数据 可以进行历史数据的检测 7软件 7 1控制器Hesmor G16控制程序采用CoDeSys2 3编写 完全满足IEC61131标准 可以灵活使用指令表 梯形图 功能块 顺序图 ST文本编程方式 7 2显示器SPN057显示程序采用SPN5000编写 完全满足组态式编程 可以灵活使用各种组态控制 7 3提供针对SPN057显示器相应型号的编程平台 帮助用户正确使用显示器编程平台 8系统组成硬件介绍 8 1控制器Hesmor G16主要技术参数 可编程控制器 通过CoDeSys软件编写程序2 CAN24个PWM输出信号 直接控制24个电液比例阀丰富的I O接口 最多52 DI或16 AI或20 DO 工作电压10 30V推荐工作电压24V程序循环时间