电控系统升级（精选九篇）
电控系统升级 篇1
关键词：提升机,电控系统,改造
1 概述
在立井提升系统中, 提升机是联系井上下的咽喉部位, 担负着人员和物料的提升运输工作, 具有较高的技术含量, 很大程度上影响到矿井能否达到安全生产和经济效益目标。改造前, 南屯煤矿副井提升机一直使用由继电器逻辑控制的TKD系统。生产实践中表明该系统具有接线复杂、故障率高和维修困难等较多的缺陷。随着科学技术的进步和先进化矿井的建设, 该种控制系统已经不能满足生产的需要, 需对电控系统进行数字化改造。电控系统的数字化改造可明显缩短原系统的提升循环时间, 减少无功电耗, 减少运行维护费用和维护时间, 提高提升能力, 是顺应技术改造的发展趋势。
2 项目的必要性和意义
改造前, 南屯煤矿副井提升系统机械部分是原苏联产品, 古老的重锤式制动系统, 滚筒已多次出现裂痕并进行修补;滚筒的带伤运行状况, 作为副井提升机严重威胁着矿井的安全生产。主轴虽经过多次探伤检查, 但它是几十年的机械产品, 在不同程度上, 存在老化现象。重锤式气动制动系统操作困难, 人为因素影响很大, 而且系统减速靠机械制动, 速度平滑性差, 人员乘坐不舒适, 安全运行很难保证。同样司机的劳动强度也相当大, 目前根本没有实现自动化。系统由800k W和1000k W两台交流异步电动机拖动, 一用一备, 而且有减速机环节。电控也是两套串电阻式TKD电控系统, 是二十世纪70年代的产品, 电控系统消耗大量的电能, 效率很低, 况且其自动化程度较低, 该系统已是兖矿最老的一部单绳缠绕式提升机系统, 也是到达了必改的地步。
副井提升机经过改造后能够实现自动化运行, 提高运行效率, 节约能耗, 减少司机的劳动强度及操作的安全性, 可以实现驱动的平滑性, 使人员乘坐舒适, 同时减少系统对钢丝绳的冲击, 增加钢丝绳的使用寿命。最终提高系统的安全性, 保证设备安全高效运行, 提高了设备的技术含量, 增强了技术人员的技术水平。
3 直流高速改造方案
(1) 研究开发内容。直流高速改造方案是开发一套由高压开关柜、整流变压器、电枢整流柜、司机控制台、PLC柜、辅助柜、低压配电柜、上位监视机、新的减速机、高速直流电动机组成的全数字自动化主井提升电控系统。
(2) 可行性分析。该方案需要更换减速箱和直流电动机, 直流电控需要安装调试, 从电控系统的角度影响生产时间约是一周。供货周期较长电机和减速机的供货周期约为4-6月。
4 项目开发方案
机械部分的改造是去掉减速机, 减速机是原苏联产品, 使用几十年齿轮磨损很严重, 而且没有相关的备件。去掉减速机, 使用常见的低速电机直联方式或者进口减速机和高速直流电动机方式, 更换国产的滚筒和主轴, 消除的机械方面的隐患, 同样重锤式气动制动系统也要跟着去掉, 改为液压盘式制动系统, 也就是提升机最常用的液压制动系统, 保证了改造的可行性和技术保证。机械部分的更换要经过矿井提升机设计部门的验证校核, 方可实施。电动机要经过选型、基础改动的论证再进行电控方面的研究开发工作。
南屯副井现电控系统, 是以继电器控制为主体, 主控部分采用磁放大器完成, 经过十年的使用, 逐渐暴露出产品技术落后、关键器件保护不完备、故障率高的问题。而且故障率呈逐年增加的趋势。为了保证矿井的正常生产, 应该对现有电控系统进行改造。
改造的电控技术方案也多次调研, 一是采用数字化同步电动机变频驱动技术的改造, 在传动行业特别是提升机传动的市场, 开创了技术进步的先河, 但是高压交-交变频技术在矿井提升机中的应用还不很成熟, 有些在启动环节还没有技术突破, 还没有实现平稳启动。另外在高压交-交变频的成本较高、国产化程度不强, 完全依赖进口。所以改方案技术不是很成熟、价格较高。另外二是采用数字化的直流电机驱动方案, 南屯矿其他几台提升机全是数字化的直流提升机, 在技术掌握上和备品备件的准备上有很多有利条件。建议采用该方案。
5 电控系统方案介绍
(1) 配电系统。高压柜共有七面, 两面进线柜, 一面互感器柜, 两面电枢整流柜, 一面励磁整流柜, 一面辅助供电柜。
低压配电系统采用两回进线, 分别引自上级变电所的不同母线段, 任何一段故障, 剩下的那段均能满足供电要求。系统励磁由专门的励磁变压器供电。
(2) 驱动系统。系统设两台整流变压器。直流电机主回路两台主整流柜内含两台SIEMENS 6RA70整流装置。直流电机的电枢回路采用晶闸管并联12脉动供电, 电枢换向。当一台变压器或变流器故障时, 通过直流切换, 可实现单变流器全载全速运行。励磁柜内含1台SIEMENS 6RA70整流装置, 通过励磁变压器供电。直流回路两台电抗器, 一台直流快速断路器。
(3) 提升机控制系统。提升机控制系统分为控制台、主控柜和辅助柜三个部分。控制台面设置各种控制按钮和选择开关。控制台内设ET200M远程分站。主控柜内设两套S7-400和两套S7-400, 互为备用, 如果其中一套主机故障, 另一套可以实现应急开车。
(4) 人机对话。上位机CPU采用PⅢ, 256M内存, 60G硬盘, 17"液晶显示器, 上位系统使用Windows2000操作系统。上位机可以直观显示提升系统的各种当前以及历史数据和信息, 所有显示均为中文并且保存在主机中, 并能通过网络实现资源共享。
6 项目实施技术路线
首先调研和收集国内外数控提升机的研究资料和最新成果, 结合我国煤矿引进数控电控系统的实际情况, 研究和制定设计方案;同时深入研究直流驱动技术, 特别是研究用于位能性负载提升机的串联驱动技术, 以高可靠性、技术创新为目标, 对主要设备进行优化设计, 确定最佳方案, 实现提升机行程、速度、电流闭环, 以及直流传动控制方案, 实现副井提升机的数字化控制, 减少维修量, 提高安全性的目的。使人员乘车更舒适, 安全性更高。
7 可行性及经济、社会效益分析
兖州矿区自1992年以来, 先后引进安装投运了七套全数控提升机, 通过八年来的安装、调试、运行、维护、使用, 为矿区培养了大批优秀技术骨干人才, 建立了一套较为合理的运行维护方法, 积累了丰富的数控提升机维护使用经验, 提高了兖州矿区的技术装备水平。全计算机控制提升机在兖州矿区已成熟运用。
南屯矿主井通过由高速直流电动机改为低速直联电动机的成功改造, 给我们提供了很好的例子。
在效益方面:第一, 每年可节约大量电耗、减少维护费用。第二, 增加可靠性, 关键环节全部采用进口部件, 在工艺上, 采用经过实践检验的传动控制先进技术, 采用双安全回路, 提高了设备的安全性。第三, 人员乘坐舒适, 直流变频驱动的控制, 可以实现无级调速, 减少系统设备的冲击, 增加使用寿命。第四, 提高设备的技术含量, 可以锻炼一批技术维护队伍, 为兖矿提升机的维护提供力量。第五, 原苏联提升机的数字化技术改造是一个创举, 不仅在兖矿乃至全国也没有相关技术的文献, 对提高兖矿提升机方面的知名度很有好处。第六, 全数字控制的直流电控系统硬件结构简单, 整套系统采用Profibus总线构成通信网络, 安装方便, 故障点少;控制更加合理, 系统算法更加先进, 并由直观、全面的上位监视系统, 极大地方便了系统故障的查找。
参考文献
03电控系统教案报告 篇2
A 组织教学 学生考勤 填写日志 B 课前提问 C 导入新课
第三节 电控系统
发动机电控汽油喷射系统的电控系统一般由各种传感器、ECU和执行器三部分组成。电控系统的功用是接收来自表示发动机工作状态的各个传感器输送来的信号，根据ECU内预存的程序加以比较和修正，决定喷油量和点火提前角。各种传感器分别检测进气管中进气绝对压力、发动机转速、排气中的氧浓度、冷却液温度、进气温度和大气压力等，并将信息转换成电信号，输送给ECU，根据这些信号，ECU算出现工况最佳的点火正时，并启动各喷油器。ECU不仅控制燃油喷射正时、点火正时、怠速转速、EGR（废气再循环）、燃油压力和电动汽油泵，而且还具有故障自诊断功能。
图1-53 所示是与电控汽油喷射控制（EFI）有关的主要控制系统部件的构成。控制系统部件，按其机能不同可大致分为表1-5中所示的三类。
（一）水温传感器
水温传感器安装在发动机节温器出水口附近，它的功用是检测发动机冷却水温度。因为在发动机暖机过程中需要一定的附加加浓，其加浓量主要取决于发动机的温度、负荷和转速，为此采用水温传感器向ECU输送水温信号。
水温传感器的结构如图1-54a所示，它由封闭在金属盒内的对温度变化非常敏感的负温度系数热敏电阻（NTC电阻）构成，利用电阻值的变化来检测冷却水的温度。热敏电阻的特性如图1-54b所示，冷却水温度越低电阻值越大，冷却水温度越高电阻值越小。将该传感器的信号输入到ECU，就可以根据冷却水温度进行喷油量的控制。冷却水温度传感器与ECU的连接电路如图1-54c所示。汽车科 杨庆彪
（二）进气温度传感器
进气温度传感器是确定燃油基本喷油量的三个主要传感器之一，进行温度传感器是检测发动机吸入（进入空气流量计）的空气温度用的传感器，并将空气温度信号转变成ECU能识别的电信号传送给ECU，它根据进气温度的高低，做不同程度的额外喷油。
（三）曲轴位置传感器和发动机转速传感器
在EFI中，相对于发动机每一个工作循环吸入的空气量，都可以得到由ECU控制的符合最佳空燃比的燃油喷射量。空气流量计能够检测每个单位时间内的吸入空气量，但是不能检测每个工作循环内的吸入空气量。为了求出每个工作循环内的吸入空气量，就需要检测发动机转速。
当采用独立喷射和分组喷射时，为了有效地利用各自的喷射特点，需要选择特定的喷射时刻，因此还需要检测每缸的曲轴转角位置。
检测发动机转速及曲轴转角位置，需要采用发动机转速传感器和曲轴位置传感器。具有这种功能的传感器型式很多，目前均已实用化，其中使用最多的是电磁式传感器、光电式传感器和霍尔效应式传感器。
1、电磁式传感器
这种传感器可用于测定曲轴、凸轮轴和分电器驱动轴的转动位置，用来控制点火和燃油喷射时间或测量发动机转速。这种类型的传感器具有耐用、便于利用发动机飞轮齿圈、不需激励电压或放大器、能适应较大范围的温度变化、使用寿命长等特点，因此这种传感器应用比较广泛。
具体来讲，用来检测曲轴转角位置和发动机转速的电磁式传感器，是由如图1-58所示的复合转子和耦合线圈构成的。下面以四缸四行程发动机为例，就检测特定气缸曲轴转角基准位置（如压缩上止点）进行说明。
D 总结 E 作业 汽车科 杨庆彪
A 组织教学 学生考勤 填写日志 B 课前提问 C 导入新课
2、光电式传感器
图1-60a所示是光电式传感器的工作原理图，位于光敏二极管的对面的是作为光源的发光二极管，在它们之间有一个能断续遮光的转盘。当转盘上的缺口、缝隙或小孔对准发光二极管时，光线可以通过，光敏二极管即发出信号指示转轴的某一位置或转速。它输出的信号是方波脉冲，故它能适应数字式控制系统的需要。这里的发光二极管的发光频率一般在红外线和紫外线范围内，是肉眼看不见的。
图1-60b、c所示为六缸发动机用分电器内的光电式曲轴转角传感器的结构，由发光二极管和光敏二极管组合来计测带缝隙的转盘的旋转位置，安装在分电器内（或凸轮轴前部）。它决定分组喷射控制及电子点火控制曲轴每转两转的喷油正时和点火正时。在转盘上每隔60°设置了宽度不同的4种缝隙，利用发光二极管发出的光束，经过安装在分电器轴上转盘的刻度缝隙，照射在光敏二极管上，使波形电路产生电信号、并传给ECU。
3、霍尔效应传感器
如图4-61所示，磁场中有一个霍尔半导体片，恒定电流I从A到B通过该片。在洛仑兹力的作用下，I的电子流在通过霍尔半导体时向一侧偏移，使该片在CD方向上产生电位差，这就是所谓的霍尔电压。
霍尔电压随磁场强度的变化而变化，磁场越强，电压越高，磁场越弱，电压越低。霍尔电压值很小，通常只有几个毫伏，但经集成电路中的放大器放大，就能使该电压放大到足以输出较强的信号。若使霍尔集成电路起汽车科 杨庆彪
传感作用，需要用机械的方法来改变磁场强度。图1-61所示的方法是用一个转动的叶轮作为控制磁通量的开关，当叶轮叶片处于磁铁和霍尔集成电路之间的气隙中时，磁场偏离集成片，霍尔电压消失。这样，霍尔集成电路的输出电压的变化，就能表示出叶轮驱动轴的某一位置，利用这一工作原理，可将霍尔集成电路片用作用点火正时传感器。霍尔效应传感器属于被动型传感器，它要有外加电源才能工作，这一特点使它能检测转速低的运转情况。
4、其他传感器
上面所述的电磁式传感器，除能够检测发动机转速外，还能够检测曲轴转角位置。如果只是检测发动机转速时，可以采用把点火线圈的点火初级信号直接输入ECU的简易方式。
点火线圈初级电流切断时产生的反电动势，可达300V~400V（图1-62a）。把这一电压信号输入ECU，通过同基准电压相比较，形成点火信号脉冲，然后测量脉冲间隔，就可以测出发动机转速（图1-62b）。由于这种方法只能检测点火信号，难以选择特定的曲轴转角位置，所以在独立喷射和分组喷射中不适用。这种方法多用于所有气缸进行同时喷射的情况。
（五）节气门开度传感器
1、线性式节气门开度传感器
图1-67a所示为线性式节气门开度传感器的结构图，传感器有两个同节气门联动的可动电刷触点，一个触点可在位于基板上的电阻体上滑动，利用电阻值的变化，测行与节气门开度相对应的线性输出电压，根据输出的电压值，应可知道节气门的开度。但是，与节气门开度相对应的电阻体的电阻值，多少都存在偏差，因此影响了节气门开度检测的准确性。
开关式节气门开度传感器与上述线性节气门开度传感器相比，节气门开度的检测性差，但结构简单，价格便宜。汽车科 杨庆彪
D 总结 E 作业
A 组织教学 学生考勤 填写日志 B 课前提问 C 导入新课
（六）爆震传感器
爆震是指燃烧室中，本应逐渐燃烧的部分混合气突然自燃的现象。爆震使发动机部件受高温、高压，会使燃烧室和冷却系过热，严重的可使活塞顶部熔化，爆震还会使发动机功率下降，燃油消耗率上升。
点火时间过早是产生爆震的一个主要原因，发动机发出最大扭矩的点火时刻MBT是在开始产生爆震点火时刻（爆震极限）的附近。因此，在设定点火时刻时，需要留有离开爆震界限的余量。无爆震控制时，所留余量应大些，这时的点火时刻比发出最大扭矩时的点火时刻滞后，所以扭矩有所降低。如果用爆震传感器能检测到爆震界限，那么就可以把点火时刻调到接近爆震极限的位置，以便能更有效地得到发动机的输出功率。
爆震传感器检测发则发动机爆震时，一般安装在发动机的缸体上。
1、磁致伸缩式爆震传感器
图1-73所示为磁致伸缩式爆震传感器的结构，该传感器由壳体、永久磁铁、可被永久磁铁励磁的强磁体铁心、缠绕在铁心周围的线圈等构成。
发动机爆震时产生的压力波，其频率范围约为1kHz~10kHz。压力波传给气缸，当发动机缸体振动时，在7kHz左右将发生共振，在强磁体铁心上发生的压缩变形，将使其磁通量发生变化。这样，永久磁铁通过铁心的磁场变化，使铁心周围的感应电动势发生变化。
2、压电式爆震传感器
利用压电晶体的压电效应制成的爆震传感器，把爆震传到缸体上的机汽车科 杨庆彪
械振动转变成电信号，这种爆震传感器有共振型和非共振型两种。共振型爆震传感器，是由与爆震几乎具有相同共振频率的振子和能够检测振动压力并将其转换成电信号的压电元件构成，非共振型爆震传感器是用压电元件直接检测爆震信息。除此之外，还有在火花塞的热圈部位装上压电元件，根据燃烧压力检测爆震信息。
当发动机缸体的振动传到爆震传感器壳体时，壳体与平衡块之间产生相对运动，从而使夹在中间的压电元件所承受的推压力变化。于是，随着压电元件承受推压作用力而产生电压。在控制组件上只检出频率达到7kHz左右时爆震所产生的电压，通过该电压值的大小可判定爆震强度。
爆震传感器由于结构不同、输出信号的频率有宽窄两种，如图1-76a所示。
共振型爆震传感器的输出波形，如果发生爆震，燃烧期间的输出振幅将增大，把这期间的输出波形进行滤波处理，根据其阻值大小判定爆震的有无。图1-77所示为把爆震传感器的输出信号进行滤波处理并判定爆震有无的程序框图实例。
图1-78所示是爆震控制处理时间图，因为爆震仅在燃烧期间发生，所以为了避免干扰引起的误检测，只在爆震判定期间进行判定处理。由微机程序完成的爆震控制，在检测到爆震时，立即把点火时刻变成滞后角，在无爆震时，则采用提前角反馈控制形式，这是点火时刻控制中的追加机能。图1-79所示是爆震传感器与ECU的连接图。
（七）氧传感器
1973年开始制定了汽车排放法规，到了1978年排放法规更为严格。为了与新的排放法规相适应，在汽车上采用了三元催化剂排气净化装置。为充分发挥三元催化剂的净化特性，需要把空燃比控制在理论空燃比（λ=1）附近的狭窄范围内，如图1-80所示。汽车科 杨庆彪
发动机废气中的氧含量直接反映发动机空燃比，因此检测发动机废气中的氧含量是控制混合气空燃比的有效手段。废气中的氧气超过一定限度说明混合气偏稀，而废气中完全没有氧气侧说明混合气偏浓，偏浓混合气将会造成排气污染。
氧传感器的作用是指示发动机中混合气的燃烧是否完全，测定废气中的氧含量，然后将检测的结果及时反馈给发动机的控制系统，以便使发动机控制系统不论发动机机械状态如何，都能有效地对燃料系统进行调控，把混合气的空燃比控制在理论空燃比附近很窄的范围内，使装有三元催化转换器的发动机达到最佳的排气净化效果。氧传感器装在排气歧管或前排气管内，如图1-81所示。
现在已经实用化了的氧传感器，有氧化锆（ZrO2）氧传感器和二氧化钛（TiO2）氧传感器两种。氧化锆氧传感器，是利用氧化锆高温时其内外两侧氧浓度差，使其产生电动势的特性来测量废气中氧的浓度。二氧化钛氧传感器是利用二氧化钛周围氧气分压的不同而进行氧化或还原反应，从而使电阻发生变化的原理来测量废气中氧的浓度。根据氧传感器是否需要加热，可将氧传感器分为加热式和不加热式，二氧化钛氧传感器为加热式，氧化锆氧传感器有加热型的也有不加热型的。加热式氧传感器上一般有3根引线（三线式），其中一根为信号线，另外两根为加热线；而不加热式氧传感器为单线式，即只有一根信号线。
1、氧化锆（ZrO2）氧传感器
图1-82所示为氧化锆氧传感器的结构，该传感器由可产生电动势的多孔二氧化锆陶瓷管、具有导线作用的套管以及为防止氧化锆管破损的防护罩与导入排气的通气窗等构成。在试管状氧化锆元素的内外两侧，设置了白金电极，为了保护白金电极，用陶瓷包覆电极外侧，内侧输入氧浓度高的大气，外侧输入氧浓度低的汽车排出气体。汽车科 杨庆彪
D 总结 E 作业
A 组织教学 学生考勤 填写日志 B 课前提问 C 导入新课
（八）大气压力传感器
当使用叶片式和卡门涡旋式空气流量计时，随着大气压力的变化，吸入空气的密度发生变化，从而影响混合气的空燃比。为此需要检测大气压力，以便对燃油喷射进行修正。
检测大气压力需采用大气压力传感器，同第二节中所述的测定进气管压力的半导体式进气歧管压力传感器一样，测定大气压力大多采用根据压电效应制成的半导体式压力传感器。
（九）开关信号
1、起动信号（STA）
起动信号用来判断发动机是否处在起动状态。在起动时，进气管内混合气流速慢，温度低，因此燃油的雾化较差。为了改善起动性能，在起动发动机时必须使混合气加浓。当STA信号被ECU检测到后，确认发动机处于起动状态时，ECU便自动增加喷油量。从图1-92的起动电路中可以看出：起动信号和起动机的电源连在一起，都由空档起动开关来进行控制。
在装有自动变速器的汽车上，ECU根据空档起动开关信号判别变速是处于“P”或“N”（停车或空档），还是处于“L”、“2”、“D”或“R”状态（行驶状态）。NSW信号主要用于怠速系统的控制，其电路如图1-93所示。
当点火开关在ST位置时，NSW端与蓄电池相连接，当自动变速器处于“L”、“2”、“D”或“R”档位（行驶状态档位）时，空档起动开关断开，汽车科 杨庆彪
NSW端是高电压；当自动变速器处于“P”或“N”（停车或空档）时，空档起动开关闭合，此时由于起动机的载荷，造成压降，NSW端是低电压。
3、空调信号（A/C）
空调信号用来检测空调压缩机是否工作，空调信号与空调压缩机电磁离合器的电源在一起，ECU根据A/C信号控制发动机怠速时点火提前角、怠速转速和断油转速等。
4、电子负荷信号（E/L）
电子负荷信号用来检测电子负荷的大小，ECU根据此信号控制发动机工况。
5、动力转向信号（P/S）
P/S信号用于检测动力转向机的工作状态，ECU根据此信号控制进入发动机的混合气量。
（十）可变电阻器型传感器
在不装氧传感器的D型EFI系统中使用可变电阻器改变混合气的浓度（如图1-94所示），旋转怠速调整螺钉，使电阻器内触点移动，改变VAF端输出电压。顺时针旋转怠速调整螺钉，VAF电压升高，ECU使喷油量稍有增加，从而使混合气加浓。
在装有氧传感器的D型EFI系统中，ECU根据氧传感器的输入信号修正怠速混合气的空燃比，因而不需要可变电阻器。
（十一）主继电器
主继电器的作用是使包括ECU在内的电控汽油喷射（EFI）系统的各部件，不受电源干扰和电压脉冲的影响。
主继电器一般多采用滑阀型，图1-97所示是主继电器的结构图，图1-98a所示为不装步进电动机怠速控制阀（ISCV）的主继电器的电源电路。当点火开关接通时，电流流过主继电器内的线圈，滑阀（可动铁心）被吸汽车科 杨庆彪
引，触点闭合，电源通过主继电器为ECU的+B和B1端供电。电源总是与ECU的Batt端相连，以便在点火开关关闭后，ECU存储器中存储的故障诊断代码和数据仍能保存。
图1-98b所示是装有步进电同怠速控制阀（ISCV）的主继电器的电源电路，主继电器由ECU控制。当点火开关接通时，电源与ECU的IG、S/W端相通，主继电器控制电路通过ECU的M-REL端将主继电器接通，主继电器触点闭合，电源为ECU的+B和B1端供电。
主继电器根据车辆型号的不同，可分为“单触点式”和“双触点式”两种。采用双回路或点火开关的汽车，使用单触点式主继电器，具体接线如图1-99a所示。在采用单向回路式点火开关的汽车，使用双触点式主继电器，其具体接线如图1-99b所示，这些电路对检修电路极有参考价值。
（十二）电子综合控制装置（ECU）
电子综合控制装置，它根据各种传感器送来的信号，确定满足发动机运转状态所需的燃油喷射量，并根据该喷射量去控制喷油器的喷射时间。
首先，根据吸入发动机的空气量和发动机转速计算基本喷射时间，再依据各传感器传来的信号进行修正，最后决定总的喷射时间（燃油喷射量）。过去，ECU仅仅是控制燃油喷射（EFI），最近，由于引入了微型电子计算机，功能扩大，除了EFI控制之外，还具有点火时间控制、怠速控制等多种功能。
由于使用微机，引入了数字化控制，与过去的模拟控制相比，在短时间内能进行更多信息的处理，因此就可以实现多种功能的高精度集中控制。现在所用的大部分ECU，内部都装有微机，所以下面只对包含微机的ECU进行介绍。但在此只介绍对EFI的控制，关于EFI之外的控制，将在有关章节内详细介绍。
D 总结 汽车科 杨庆彪
星敏感器电控系统设计 篇3
关键词：星敏感器 电控系统 硬件设计
中图分类号：TP273 文献标识码：B 文章编号：1674-098X（2016）06（b）-0066-02
星敏感器是一种高精度的姿态敏感器。它以恒星为参照系，通过探测天球上的恒星并进行解算，为航空航天飞行器提供准确的空间方位和基准[1]。相对于惯性陀螺、地球敏感器、太阳敏感器等其他姿态敏感器，星敏感器具有指向精度高、无姿态累积误差、完全自主导航能力、隐蔽性好等特点[2]，已成为空间飞行器首选的姿态敏感器。星敏感器可用于多种平台，如海基平台、陆基平台、机载平台、弹载平台和天基平台等[3]。
1 星敏感器工作原理
星敏感器工作原理如图1所示。当星敏感器对星空成像时，视场内的所有恒星便会经由光学镜头成像在图像传感器的感光面上，同时完成星像由光到电荷的转换，由支持电路读出所转换的电荷图像，并将其放大为电压模拟信号，通过片上A/D转换之后输出数字信号，并且与图像传感器的像元一一对应地存储到星图存储器中，随后，数据处理系统会扫描星图的所有像元，从中识别出恒星，计算出观测到的恒星能量和在像面像元坐标系的位置。之后，提取星图中恒星的几何特征模式，同导航星库中的导航模式进行匹配，如果观测星模式与导航星模式匹配成功，就可以利用姿态解算方法来确定星敏感器的光轴在惯性空间中的指向[4]。
2 星敏感器系统总体方案
星敏感器系统主要由3部分组成：电控系统、光学系统和结构本体组成，如图2所示。光学系统由遮光罩、光学镜头及临时连接筒组成，遮光罩用于减小杂散光的干扰，光学镜头收集指定导航星发出的可见光，并将其成像在光学系统的焦平面上。电控系统将星空经光学系统所成的像进行光电转换并空间离散采样，转换成相应的数字星图，并提取各星点目标的精确质心位置。结构本体将光学系统和电控系统有机地结合在一起。
3 星敏感器电控系统设计方案
星敏感器电控系统的设计方案如图3所示。系统主要由有源像素传感器及智能控制器单元、数据处理单元和数据通信单元组成。有源像素传感器及智能控制器单元主要负责接收数据处理单元的控制指令，产生有源像素传感器图像传感器和A/D转换所需的驱动信号，将星空经光学系统所成的像进行光电转换并空间离散采样，并完成数字星图的读出和存储[5]。数据处理单元主要负责通过数据通信单元的1553B控制器接收来自载体控制器的指令，控制有源像素传感器及智能控制器单元的工作，处理所拍摄的星图，计算出星点的质心位置并回传至载体控制器，所拍摄的星图可通过数据通信单元的遥测控制器发送到载体遥测系统。数据通信单元主要负责与载体控制器和载体遥测系统通信，具体分别由1553B控制器和遥测控制器来实现。
3.1 有源像素传感器及智能控制器单元
有源像素传感器及智能控制器单元是星敏感器电控系统设计的基础和关键。它要负责接收数据处理单元的控制指令，产生图像传感器和A/D转换所需的驱动信号，将星空经光学系统所成的像光电转换后空间离散采样，并完成数字星图的读出和存储。
3.2 有源像素传感器
有源像素传感器是星敏感器电控系统的核心部件。其功能是在微处理器的控制下，将导航星在其感光面上所成的图像转化为电信号，供随后的数据处理单元使用。由于导航星的亮度差别较大，光谱特性不尽相同，因此，星敏感器要求图像传感器具有较宽的光谱响应范围、较高的灵敏度和较大的动态范围。论文选用美国赛普拉斯半导体公司为空间应用研发的图像传感器STAR1000，利用可编程逻辑阵列实现对其驱动控制，具有抗干扰能力和抗辐射能力强、可靠性高、特别适合应用于复杂的太空环境等特点。
3.3 智能控制器的设计
为实现驱动STAR1000，设计的智能控制器功能有：（1）上位机可查询和设置窗口大小、曝光时间；（2）可接收上位机的有效指令，产生STAR1000所需的驱动时序信号，实现图像的A/D转换；（3）图像A/D转换后，自动将数据存放到静态存储器中；（4）数据存储后，自动向上位机发出中断信号，并将该静态存储器的控制权交回上位机，并将另一个静态存储器的控制权交给该智能控制器，实现乒乓存储；（5）可查询该智能控制器的状态。智能控制器设计完成后，即可驱动控制图像传感器，将数据存储到2片静态存储器中，实现乒乓缓存，且能够实现与数据处理单元的接口。
3.4 数据处理单元
数据处理单元是星敏感器电控系统的核心处理单元。它主要负责通过数据通信单元的1553B控制器接收来自载体控制器的指令，控制有源像素传感器及智能控制器单元的工作，处理所拍摄的星图，计算各星点目标的质心位置并回传至载体控制器，所拍摄的星图通过数据通信单元的遥测控制器发送到载体遥测系统。
3.5 数据通信单元
数据通信单元是星敏感器电控系统的外部接口。它主要负责与载体控制器和载体遥测系统通信，具体分别由1553B控制器和遥测控制器来实现。与载体控制器的通信采用1553B总线，遥测数据采用RS232协议形式进行通信。
4 结语
相对于太阳敏感器、磁强计、地平仪和陀螺仪等其他常见的姿态测量设备，星敏感器姿态测量精度比较高，能够实现自主导航能力，抗干扰能力强。文章设计了一种基于FPGA的智能有源图像控制器和基于ARM的数据处理单元。该电控系统能够实现对目标图像的捕获，以及数字图像数据的输出和存储，与载体控制器和遥测部分通信可靠，并且具有小型化和轻量化特点。
参考文献
[1]刘垒，张路，郑辛，等.星敏感器技术研究现状及发展趋势[J].红外与激光工程，2007（36）：529-533.
[2]谭汉清，刘垒.惯性/星光组合导航技术综述[J].飞航导弹，2008（5）：44-51.
[3]何炬.国外天文导航技术发展综述[J].舰船科学技术，2005，27（5）：91-96.
[4]刘朝山，刘光斌，王新国，等.弹载星敏感器原理及系统应用[M].北京：国防工业出版社，2010.
矿井提升机电控系统自动化升级改造 篇4
1 矿井投产提升系统简介
南屯矿有主井、副井、混合井主提和副提4部提升机。主井提升机原为洛阳矿山机器厂生产的JKM3.25×4-I型摩擦轮式提升机,原直流驱动电源采用F-D发电机组提供,1973年投入使用;副井提升机1973年建矿时投入使用,系前苏联20世纪60年代生产的HKMЗ-5×2.3-10.5型双滚筒单绳缠绕式提升机,原使用TKD系统,制动为气动杠杆闸块式,现型号为2JK-5×2.3/21。1986年,南屯煤矿改扩建开始,由于矿井设计能力由原150万t/a,改扩为240万t/a,原有主、副井提升不能满足矿井的生产发展。1993年5月,南屯煤矿混合井建成投产,混合井装备两套波兰提升机,型号为4L-4000/2200,原是以继电器控制为主体,主控部分采用电子板插件完成。
2 国内外提升系统传动方式
1)20世纪80年代,我国矿井提升机以直流传动为方案的开始采用“SCR-D+模拟调节+继电器控制”的拖动方式,这种方式具有运行效率高、节电效果显著、占地面积小、易安装等优点,但由于分立元件多,控制系统的构成极为庞大,不但现场调试工作量大,正常使用时维护量也不小。由于分立元件多,参数分散性大,因而整个系统的可靠性会受到影响。
2)20世纪90年代以来,全数字直流调速电控系统在我国矿井提升机SCR-D系统中开始研究开发,全数字控制技术彻底改变了模拟控制的不足。因此,以全数字控制技术来代替模拟控制已经成为一种趋势。国内对提升机数控系统研究与国外数控系统相比技术已接近,但进口设备存在价格高,服务不及时等问题。目前,世界先进的提升机已实现电控系统的全数字化控制,硬件和软件都有成熟的、系列化的产品。提升机的主控系统、驱动控制系统、监控系统、制动控制系统、井筒信号系统、定量控制、井筒通信等已完全实现数控化。
3)南屯煤矿提升机使用模拟控制,模拟提升机的主控系统采用继电器控制,触点多,接线复杂,故障率高,维护困难;驱动控制系统采用直流发电机组拖动,无功电耗较大;保护系统、监控系统等的信号采集采用机械传动、分离元件处理。
3 升级改造项目的实施
3.1 主井提升机改造
主井JKM3.25×4-I型摩擦轮式提升机,投产以来其减速机几次更换,电动机多次冒火,落后的变流和传动环节造成了整体效率低下(小于70%),提升机维持在单钩提升8 t,提升速度6 m/s的低效状态下运转,极大地制约了南屯煤矿的发展。经过多次论证后进行技术改造,2001年11月,南屯煤矿去掉减速器并将原有的1 400 kW电动机更换为1 250 kW,48 r/min直流电动机,低速强迫风冷,采用主导轮更换主轴装配后与1 250 kW低速电机直联,撤除F-D发电机组,直流驱动电源改为可控硅整流,更换导向轮及风机,电控系统部分改为“全数字调速+可控硅整流+PLC控制”。
主井TS3A型全数字直流提升机电控系统改造主回路采用电枢电流换向(电枢可逆),磁场电流单向(磁场恒定)的方式;为减少电网的无功冲击和三次谐波的干扰,两台电枢变压器的接线方式分别采用Δ/Y-11和Δ/Δ-0。根据电机的额定电压和额定电流参数,直流电机的电枢回路配置成两组三相全控整流桥形成12脉动供电。全数字调节部分采用西门子的SIMOREG全数字直流调速装置(6RA70系列)。
南屯煤矿主井提升机电控系统在融合了兖州矿区进口提升机先进技术的基础上,在系统控制方面取得了重大突破,其主要特点有:驱动控制系统能自动优化驱动电机的参数;实现快速响应和稳定的速度控制;行程控制精确,误差精度达到±20 mm;控制系统软件采用结构化设计,使用于各种直流电机,实现了行程与速度给定的一一对应的逻辑关系;系统设有自动、手动和检查等运行方式,能够满足提升工艺的各种需要;控制系统采用“S”形速度曲线,减少机械冲击;具有相互独立的双线式安全回路,实现了设备运行状态的保护监测;电控系统采用工业总线方式构成系统通信网络,通过总线方式传输数据,极大地简化了控制系统的硬线连接;该系统还具有完备的故障诊断和上位监视功能。投入运行后,新系统吨煤提升电耗比旧系统减少0.5 kW·h,节约用电87.57万kW·h/a,新系统(6.5 m/s的情况下)实际提升量比旧系统增大1 800 t/d以上。
3.2 副井提升机改造
1)副井HKMЗ-5×2.3-10.5型双滚筒缠绕式提升机,使用TKD系统,这种控制系统是采用继电器有触点的逻辑控制,以磁放器为核心组成模拟量可调闸闭环调节,经过几十年的使用,逐渐暴露出产品技术落后、关键器件保护不完备、故障率高等问题。
2)1996年7月28日,南屯煤矿更换了副井电控屏及限速给定机构,采用双自整角机BD404A代替POC-5912滑动电阻,增加了KDG-250/720低频电源装置及CYO1后备保护测速发电机,绘制了给定凸轮板。实现了低频制动速度闭环运行,投入了三项后备保护环节,即井口自动停车换向、提升方向断电记忆、亚同步自动短接8JC转子接触器及防倒转跳工作闸电磁铁MP。
3)2007年南屯煤矿对副井提升机的有关设施进行技术改造。新提升机为2JK-5×2.3/21缠绕式提升机,配ML3PSF1160减速器1台。电动机Z710-4(功率1 250 kW,电压660 V,转速600 r/min)高速直流电动机,电动机为管道强迫通风冷却方式,采用4-68型NO.8左180°离心式风机(Y225S-4型,37 kW电机),ZCK-4型空气过滤器及管道构成通风冷却系统。
一是对滚筒进行改造。更换了两主滚筒(带塑衬),滚筒直径、宽度保持现有尺寸,主滚筒两端改为滚动轴承座支撑,利用原基础。
二是对制动装置进行改造。将原平移闸制动系统改为盘式制动系统,安装两套互为备用又相互独立的单泵单系统液压站,提高制动的可靠性。
三是对减速机进行改造。把原使用的减速器更换为SEW型减速机,该减速机具有体积小、传动效率高、噪音低、节电、免维护等优点。
四是对电控系统进行改造。采用由一套高压开关柜、变压器、司机控制台、PLC柜、低压配电柜、上位监视机等组成的全数字自动化电控系统。利用先进的PLC控制技术,完善提升机系统保护和工艺控制,在系统中实现行程闭环、速度闭环、电流闭环;使速度能够准确的稳定在0到最大速度间的任意一点。传动系统与主控系统的工业总线式数据通信,以及工艺控制,实现系统控制的平滑性和安全性。副井提升机改造后实现设备的经济运行,全数字控制的拖动系统运行效率高,能耗低。可节约50万kW·h/a的电耗,减少了维护费用。
3.3 混合井主提和副提升机改造
南屯煤矿混合井主提、副提两套电控系统系1991年引进波兰产品,原公司已经倒闭,系统备件不足,成为矿井安全生产的重大隐患。该电控系统故障率较高,采用继电器逻辑控制和模拟板闭环控制,以及板插式可控硅变流的模拟调节系统。继电器逻辑控制接线复杂,故障点多,故障点难查找,维护不方便;模拟板闭环控制精度不高,速度平滑性差,参数调节不方便并且不直观。
1)2003年,系统由原来的串联方式改成并联方式,实现系统的驱动装置单台、两台并联的方便切换。整个系统通过现场总线网络连接在一起,整个网络由主控S7-400 PLC、辅控S7-400 PLC、工控机3个主战采用工业以太网构成上级网络。其中主控S7-400 PLC含有4个ET200分站和3个SIMOREG DP分站;辅控S7-400 PLC没有ET200分站。全数字直流调速电控系统的主驱动部分变流装置采用西门子6RA70,采用电枢可逆、励磁恒定的方式。主控部分采用S7-400系列的PLC完成速度“S”曲线的给定、位置闭环控制和整个系统的保护控制;行程监控部分采用S7-400系列PLC完成行程包络线的计算和保护,主控部分和行程监控部分PLC均有安全回路保护,另外还增加了一套继电器直动安全回路。操作台配备工控机与PLC建立网络通信,实现对整个系统的监控。改造原有的装卸载控制系统,改为全自动的装卸载系统。新增电控系统完全实现各部分的监控。井筒设有双套同步校正开关,双过卷开关。系统包括8台高压柜、1台低压配电柜、1台辅助柜、1台控制柜、1台操作台、2台电抗器、2台电枢变压器、1台辅助变压器和1台直流快开,保留原来的励磁变压器。
2)2005年混合井副提提升机全数字电气控制系统改造,是基于原有数控开发与研究的基础上的又一次新的开发与集成,与以往开发的数字化电控系统相比该项目的创新点有:驱动方面采用新型的SIMADYN-D驱动控制技术,进一步实质性的研究大型设备的传动技术;控制方式上增加了截绳控制方式,即力矩控制方式;驱动上第一次采用串联顺序控制方式,电网无功量大大减少。调速系统设计选用SIEMES公司原装的SIMADYN-D系列全数字直流调节装置,整流装置选用高可靠性功率柜;操作监控和安全保护系统选用SIEMES公司的原装S7系列可编程控制器;主控计算机应用软件能完成提升机手动、自动、检修等各种运行方式的控制要求;计算机操作站配置上位机、打印机、完成对提升机操作运行状态、参数、故障进行监控、打印和数据存储;整个电控系统的各部分通过网络进行数据和信号交换。
4 自动化升级改造效果和前景
南屯煤矿4部提升系统改造的共同特点为主电机为直流电动机,控制部分相同,主控部分采用西门子S7-400可编程控制器,完成S曲线的给定和速度闭环控制;另一套S7-400(主井为S7-300)作为辅助控制,完成同样功能。两套PLC均配备安全回路控制,同时本系统还有一套继电器安全回路,对主回路设备进行安全监测。主驱动部分变流装置采用西门子6RA70系统装置,两套并联,完成12脉动变流,采用电枢可逆、恒定励磁方式。操作台配备工控机与PLC建立网络通信,实现对整个系统的监控,实时显示系统故障。整个系统全部数字化,能够自动监控,数据自动采集,实时显示系统故障,主井、主提能够和装载系统实现全自动化联动。
电控系统升级 篇5
关键词：提升机,电控系统,监控模式,升级改造方案
1电控系统概况
张集矿北区副井提升机为中信重工生产JKMD-4×4(III)型落地式多绳摩擦式提升机,它主要担负井下至地面的提矸、提人、下料、设备打运等提升任务。绞车电控系统设备老化、性能下降,故障呈多发态势,部分备件已停产,无法采购。
2升级改造方案
2.1整体方案
保留高、低压配电柜,动力变压器,风机变频柜,主电机;更换电控系统设备,包括电枢整流变压器、励磁整流变压器、快开、电抗器、PLC柜、继电器柜、电枢整流柜、励磁整流柜、电控系统低压辅助电源柜和操作台等。
提升机电枢回路采用串联12脉传动设计方案,增加了1台6脉/12脉切换柜,实现了单桥全载半速运行。同时,更换主控系统(包括过程控制、行程监控、继电器柜等)、监视系统、安全回路、人机接口、司机台、控制系统电源柜、轴编码器等。励磁部分设计为双系统,采用冗余控制,一用一备。另外,要增设主电机电枢、励磁绕组等在线绝缘监测装置。
2.2技术方案
该技术方案主要包括以下几部分:①此次改造传动系统采用的是全数字直流控制系统,核心控制单元采用的是DCS800系列直流传动控制系统,功率单元可控硅器件采用的是ABB公司生产的器件。②电控系统采用PLC控制模式,PLC是由西门子S7-400PLC+FM458模块与ET200组合而成的,并且各PLC的软件功能设置应相互监视,各PLC之间的信息传输以总线通讯方式为主。③直流调速电枢部分采用2个6脉动变流器串联连接,以控制直流电动机的运行,实现电机电枢换向、12脉动四象限运行。另外,在一组整流桥出现故障时、单桥工作的情况下,系统能进行全载半速运行。同时,采用双励磁系统能够控制冗余,实现切换和闭锁。④提升电控装置能实现速度、电流闭环控制,其静态、动态性能指标必须满足提升机四象限运行的要求,以保证系统在各种运行方式下的运行速度图为最佳S形曲线。相关系统具备速度、减速点自动跟随功能和敞闸定车功能。⑤电控系统应具有位置控制功能。以罐笼在井口的位置为基准——有1台专用PLC用于位置控制,停车精度应为±1 cm,行程显示精度应为1cm。电控系统应具有简单的开车功能,当电控系统发生故障时,在确保安全的前提下,它可实现提升机低速或轻载运行。⑥安全回路能分类处理各种故障——紧急停车、事故停车、不允许开车等,并采用软件和继电器电路2种方式并行控制。安全回路继电器采用可靠继电器,重要设备(比如编码器、井筒开关等)上级开关电源需带辅助触点,并接入PLC进行监控。⑦电控系统采用多PLC相互监控模式,各PLC的软件功能设置应部分重叠,重要的软件功能可以相互监控。各PLC之间的信息传输以总线通讯方式为主。PLC应有具备A/D、D/A接口和不少于总量15%的备用I/O接口。⑧电控柜调节、监视、控制等电路都采用电气模块插件,以便更换备件。电控柜内元器件采用进口或知名品牌。⑨电控系统要满足安全提矸、提人、下放材料设备的要求。副井提升操作方式应具备检修、验绳、手动、半自动、全自动、简易运行、长材、大件、提人和提物等功能,具备自动化开车功能。在任何运行方式下,司机都可以通过急停按钮紧急停车。⑩配置的计算机站具有人机对话功能和中文显示、打印功能。它可以清晰、直观地显示提升系统的工作状态、开车准备情况、控制系统的状态、报警和故障状态以及相关处理方法(重要的工作和故障状态还需有对应的光字牌显示)。计算机站可以存储最少一个月主要参数的历史数据,并动态显示其趋势画面,以便于诊断和排除系统故障。该系统要具备首发故障诊断,便于查找第一故障,工程师远程协助诊断,系统测试等功能。它可以在上位机的测试画面上直接进行软件过卷、PLC超速、传动超速、错向、限速点超速、编码器比较出错、过负荷、欠压等试验。
3结束语
电控系统升级 篇6
为此, 经安徽海螺建材设计研究院、生产调度中心、装备成套部、机电保全部等相关部室多次调研技术论证, 决定对宣城海螺一线窑尾电除尘系统实施三相电控升级改造的方案。
1 窑尾电除尘系统配置及改造方案
1.1 原系统配置
窑尾电除尘器型号为2×28/12.5/4×8/0.4, 设计排放浓度≤50mg/Nm3, 主要参数见表1。
1.2 改造方案及内容
对窑尾电除尘器两相高压电源系统改造升级为三相电源系统, 主要包括电除尘器三相高压电控系统、电控柜和三相整流变压器等供电系统, 见表2。
电除尘器改造主要内容是对8台电除尘器高压控制柜进线供电电源进行改造, 由两相电源改为三相电源, 各增加一根电缆;对原有8台电除尘器高压控制全部进行更换, 每个电场增加两根信号监测电缆 (控制柜至整流变压器) ;对原有8台整流变压器进行更换 (底座及连接法兰调整) 。
1.3 检修内容
为使电除尘器内部恢复各项原始性能参数, 在电除尘器升压改造期间对其内部进行了大量检查, 并与设备厂家技术人员进行充分交流, 形成了详细的机、电、工艺检修计划和改造计划。在实施过程中严格按计划进行实施和验收, 保证改造的进度和质量。
检修内容为对电除尘器壳体漏风、顶部漏雨等问题治理;对其内部极板间距和振打装置性能恢复, 积灰清理;进风口、分布板、极板、极丝、走道板、灰斗及出风口清灰, 最大程度恢复其各项原始性能参数。
2 改造效果
20天完成窑尾电除尘器电控系统升级改造并投入使用, 从电除尘器实际运行参数来看, 各电场电压均在60k V以上, 电流较改造前有明显提高, 见表3。
摊铺机电控系统分析 篇7
二、自动找平电控系统分析
路面平整度是沥青混凝土路面的一个很重要的技术指标。仅仅靠沥青混凝土摊铺机自身的找平能力已远远不能满足高等级路面施工的要求,为此现在摊铺机都另外加装了1套自动找平装置。摊铺机自动找平系统通常采用电液控制方式。它根据传感器所检测到的摊铺机纵向和横向偏差情况,通过电磁阀和找平液压缸,控制找平大臂的垂直位置,以改变熨平板的工作仰角,从而使摊铺层的平整度和横向坡度维持在所允许的范围内。其工作原理如图1所示。首先给熨平板设定一个合适的工作仰角,在摊铺过程中若传感器测定的实际值与设定值有偏差,则会产生一个驱动电磁阀的信号,使上升或下降电磁阀得电,驱动找平液压缸产生上升或下降动作,从而使得熨平板工作仰角保持不变。
1. 自动找平电控系统原理
图2为SP系列摊铺机左侧自动找平系统电控原理图,其方框内(符号G)表示自动找平装置的电气原理图。
自动找平系统包括手动状态和自动状态。手动状态可用操作面板或边控盒面板开关实现。若找平手动/自动开关S18置于“手动”位置,则K17得电,其常开点30/87吸合。此时若将操作面板左侧找平升降开关S19置于“找平升”位置,S19的1和2触点即接通,则熨平板仰角增大:若将边控盒面板开关S51按下,电磁阀Y13.2得电,熨平板仰角也将增大。
若将左侧找平升/降开关S1 9置于“找平降”位置,S19的2和3触点即接通,则熨平板仰角减小;若将边控盒面板开关S50按下,电磁阀Y13.1得电,熨平板仰角也将减小。
自动状态由自动找平装置实现。找平手动/自动开关S18置于“自动”位置,则K17得电(行驶手柄置于前进位置),其常开点30/87吸合。此时若自动找平装置的C端有电流输出,则电磁阀Y13.2得电,熨平板仰角增大;若D端有电流输出,则电磁阀Y13.1得电,熨平板仰角减小。
1.数字控制器2.转角传感器3.坡度传感器
2. 自动找平装置工作原理
ABG和SP系列摊铺机一般选用MOBA-Matic数字式自动找平装置(见图3),包括数字控制器、转角传感器和坡度传感器。该找平装置采用了先进的CAN-BUS技术和全数字化通信作业方式,大大提高了找平的精度和效率。
纵向坡度是转角传感器感应某一参考基准而获得的,参考基准可以是纵向架设的钢丝、在路基上移动的浮动梁或在邻近路面上滑动的滑靴。在摊铺机作业过程中,安装在熨平板一侧的转角传感器检测参考基准高度,纵向高度的变化使转角传感器不断产生电信号,并输出到数字控制器。若控制器处于自动状态,信号便被输出到控制阀,控制阀接通找平液压缸的油路,使熨平板大臂带动熨平板上升或下降。当转角传感器恢复到初始位置时,不再有信号输出到控制阀,于是熨平板的位置便保持不变。
坡度传感器安装在熨平板的横梁上,用于检测熨平板的实际横向坡度。工作过程中坡度传感器的信号连续地送至数字控制器,当横向坡度出现偏差时,坡度传感器向数字控制器输出信号,经处理后送达控制阀,控制阀接通找平液压缸的油路,使熨平板上升或下降,维持熨平板的横向坡度。纵向控制的高度变化,也使横向控制产生相应的变化。
3.自动找平电控系统故障分析
影响新摊铺路面平整度的因素很多,摊铺机熨平板底板与路面的夹角过大或过小、摊铺速度变化频繁、混合料温度偏低以及摊铺作业中混合料供应不及时等,均可造成路面平整度低。在操作正确、输料量适当、混合料质量合格等影响摊铺质量的因素被排除后,仍出现摊铺厚度不均匀、平整度较低时,应对自动找平系统进行重点检查。
(1)一般性故障
自动找平电控系统一般性故障、原因及排除方法如附表所示。
(2)故障实例
一台摊铺机在作业时,出现自动找平功能启动后,左侧调平标尺就上升故障。因摊铺机主机通过17芯电缆与边控盒连接,边控盒又通过螺旋电缆与自动找平装置连接,所以应检查自动找平装置的连接情况。
首先,检查手动状态下是否有相同故障。断开螺旋电缆与边控盒的连接,将摊铺机启动,按液压锁,并将找平手动/自动开关S18置于“手动”位置,此时左侧调平标尺不再上升,由此判定摊铺机主机电路、左侧边控盒和左侧的17芯连接电缆无故障,故障应在螺旋电缆或自动找平装置。
汽车电控主动安全系统设计 篇8
关键词：主动安全,自动刹车,主动避撞,安全系统,汽车
0引言
随着汽车拥有量的日渐增加,汽车交通事故频发,汽车的安全性越来越受到汽车设计者、制造者和使用者的重视。提高车辆安全性能一般有两种途径,即主动安全措施和被动安全措施,防患于未然的主动安全措施无疑是较好的安全措施[1]。考虑到汽车在长途行驶时,驾驶员可能由于疲劳而产生注意力不集中或反应迟缓现象,以至于在驾驶过程中遇到危险状况时不能及时做出反应,导致汽车发生追尾或碰撞事故。本文研究了一个电控主动安全制动系统,该系统综合采用探测技术、微机控制技术对车辆行驶工况进行监测,当人的判断出现滞后或失误时,该系统将采取相应的措施提醒驾驶员,并对车辆进行主动控制,避免交通事故的发生。
1系统总体设计
汽车电控主动安全系统可以通过传感器组测量车辆的运行工况,并将测量到的信息送入系统电子控制单元,电子控制单元根据所接收到的信息进行车辆行驶安全判定,并向执行机构发出动作指令。执行机构根据接收的执行信息启动相应的执行机构进行安全控制。
汽车电控主动安全系统如图1所示。在汽车的前方装有测距传感器,用来对路况进行检测,判断汽车与前方车辆或障碍物之间的距离;根据轮速传感器,可测算出本车的安全报警距离、制动距离,并在必要时触发车辆报警装置、控制制动系统工作,实施制动系统的自动执行,同时该安全系统关闭节气门,对发动机进行断油或减油控制。
1.1 信号采集系统
1.1.1 测距传感器
本系统使用雷达测距,雷达通过天线发射一个电磁波,电磁波在物体上反射雷达波束,并重新被雷达接收。雷达波测量距离是根据雷达发射信号和雷达接收信号间的时间来计算的,在直接反射时,波程传播时间t为测量距离d的两倍除以光速c,即t=2d/c。当测量距离d=150 m,光速c=300 000 km/s时,波程传播时间t=1.0 μs。
1.1.2 车速传感器
车速传感器采用单脉冲开关型霍尔效应式传感器,它采集变速箱第二轴的信号,汽车行驶时,变速箱的第二轴每转动一周,传感器便输出一个电脉冲,将该脉冲电压信号送给信息处理单元,便可计数出当前的车速。
1.1.3 节气门位置传感器
节气门位置传感器用来检测节气门的开度,以确定节气门被关闭时的作用效果。
1.1.4 转向角传感器
该传感器类似一个行程开关,装在转向柱上,包括线圈组、线圈支座和耦合器元件,该耦合器元件具有与轴的角位置有关的耦合器角位置。线圈组包括发送器线圈和两个接收器线圈,信号处理电路从线圈组接收线圈信号和参考信号来确定所在角位置,以此检测车辆是否处于弯道行驶状态以及超车状态,判断是否实行警报提醒。
1.1.5 制动踏板位置传感器
该传感器用来检测车辆是否处于制动状态。当驾驶员采取制动措施时,将脚移动到制动踏板上,当踏板产生压力后点亮制动灯的同时,便可得到一个开关信号,系统得到制动信息后抑制报警、停止实施自动制动。
1.1.6 路面情况选择开关
设定此开关的目的是可以为系统考虑不同的路况,因为不同路面情况的附着系数是不一样的。工作时由驾驶员根据当时的实际路况选择行驶模式,系统便将当时路面附着系数代入安全行车距离计算模型进行计算。在此可以选择4种典型路况:沥青(干)路面附着系数为0.8～0.9,沥青(湿)路面附着系数为0.5～0.7,土路路面附着系数为0.68,冰面路面附着系数为0.15[2]。
1.2 信号处理系统
考虑到本系统所需实现的功能,并力求降低成本,本系统的中央处理单元采用一个8位MCS-51,即C8051F020系统单片机[3]。它对信息采集单元收集到的各种信息进行分析计算,并对车辆危险或安全状态进行实时辨识,当危险程度达到各种不同级别时分别输出报警信号并通过车辆控制电路自动刹车。
1.3 车辆控制系统
此系统是电控主动安全系统的核心,主要由3个子系统组成:报警系统、节气门控制系统、自动制动控制系统。报警系统的主要部件是蜂鸣报警器,当中央处理单元通过分析计算确定前方存在障碍物或碰撞事故隐患时,便会启动警报,提醒驾驶员集中注意力,必要时采取减速操作;当障碍物在危险距离内,若驾驶员没有做出反应,则节气门控制系统关闭节气门,同时自动制动装置开启实现自动刹车。
2自动制动系统设计
图2为应用三位三通电磁阀和电动液压泵在一般制动系统基础上设计的自动制动操作机构。当系统需要自动制动时,电控单元输出电脉冲给油泵电机,三位三通电磁阀通电,油泵开始泵油,在制动管路中建立油压,三位三通电磁阀柱塞移至右端,油路1和油路2相通,液压油进入轮缸实施制动;当系统要解除制动时,油泵电磁阀断电,柱塞移至左端,油路2和油路3相通,高压油经三通阀流回油箱;脚制动时,电控单元切断电磁阀通入的电流,使油路1、2、3都关闭,脚制动有效[4]。
3安全距离算法
汽车的制动距离S(m)可以采用如下公式估算:
undefined。
其中:u为起始制动车速,km/h;a为制动减速度,m/s2,a=Φg,Φ为峰值附着系数;t1为制动力克服蹄片和制动鼓间的间隙所经历的时间,s;t2为制动器制动力增长过程作用的时间,s。
当驾驶员开始踩踏板到踏板力逐渐增大时,由于制动蹄是由回位弹簧拉着,蹄片与制动鼓间存在间隙,因此要经过时间t1后,制动力才开始起作用,使汽车产生减速度。t2是制动器制动力增长过程所需的时间,制动器作用的时间t(t=t1+ t2)一般在0.2 s～0.9 s之间。
4系统控制总体流程
该系统可以根据车型设定几个判断距离,比如s1为安全报警距离,s2为强制减速距离,s3为强制制动距离,其中s1≥s2≥s3。程序控制流程图如图3所示。系统工作时,不停地计算汽车与前方车辆或障碍物的实际距离s,当实际距离s小于安全报警距离s1时,驾驶员附近的蜂鸣器开始鸣叫,提醒驾驶员注意控制车速;当实际距离s小于s2时,如果驾驶员仍没有反应,系统开始实施强制减速,减小节气门开度,减小喷油时间,此时,车速有下降表现;如果随着汽车与前方车辆或障碍物的实际距离s
5总结
本文综合利用传感器技术、电子控制技术及单片机控制技术,对汽车的主动安全控制系统进行研究。该系统能够在驾驶员作出反应之前或紧急情况下警示驾驶员,必要时实施自动制动,有效地减少了车辆发生追尾或碰撞的可能性,对减少交通事故有着非常重大的意义和作用。
参考文献
[1]孟嗣宗,庄一方.现代汽车电子控制[M].北京:北京理工大学出版社,1997.
[2]余志生.汽车理论[M].北京:机械工业出版社,2010.
[3]李朝青.单片机原理及接口技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,1999.
发动机电控系统结构原理 篇9
发动机电控系统, 又称发动机管理系统EMS (Engine Management System) 、发动机集中控制系统, 就是将多项目控制集中在一个动力控制模块PCM (Power Control Module) 或发动机控制单元ECU (Engine Control Unit) 上完成, 共用传感器。其主要组成部分可分为信号输入装置、电子控制单元 (ECU) 和执行元件三部分, 见表1。
发动机电控系统基本结构见图1、发动机电控系统基本位置图见图2、发动机电控系统实物图见图3。
(一) 燃油供给系统基本结构
燃油供给系统由油箱、电动汽油泵、燃油滤清器、燃油分配器、压力调节器、燃油管等组成, 见图4和表2。燃油供给系统元件在发动机上的位置见图5, 燃油供给系统基本元件在汽车上的位置见图6。
1.燃油箱总成见表3。
2.燃油泵内置在油箱中, 燃油在燃油泵的压力作用下排出, 燃油泵配备有脉动衰减器以防排出过程中的燃油波动, 燃油泵排出的燃油通过燃油管路燃油滤清器和燃油通道进入各个喷油嘴。燃油通道中的燃油压力调节器用于将燃油压力调节到恒定数值。
燃油泵按照结构分为涡轮泵、滚柱泵和齿轮泵。
(1) 涡轮泵见表4。
2、防止气阻。
(3) 齿轮泵见表6。
1-相位传感器2-喷油器3-活性碳罐4-空气流量5-活性碳罐电磁阀6-发动机电控单元ECU7-氧传感器8-水温传感器9-发动机转速传感器插接件10-1号爆震传感器插接件11-氧传感器插接件12-2号爆震传感器插接件13-节气门14-2号爆震传感器15-转速传感器16-进气温度传感器17-点火线圈18-1号爆震传感器
