7 t升降平台车电气硬件的设计

林志峰

(威海高分子血液净化集团，山东264210)

7t升降平台车电气硬件的设计

林志峰

(威海高分子血液净化集团，山东264210)

对7 t升降平台车提出了一种以德国IFM移动控制系统CR0200为核心的电气硬件设计方案，并对主要控制硬件进行了选型，指出了设计中应注意的问题。为该类型车辆的电气硬件设计提供了很好的参考借鉴。

升降平台车；电气硬件；移动控制器；比例电磁阀；设计

升降平台车是用来装卸转运机场航空集装箱的工具，它的控制系统与功能在机场站坪车辆中是最复杂的。升降平台车国外的生产商主要有FMC、TLD、翠普等，国内的生产商主要有威海广泰空港有限公司、中集天达空港设备有限公司。我国目前使用的升降平台车主要是从国外进口，由于国际市场的该类型车辆被几个国外的大品牌垄断，进口车辆的价格较高。平台车的技术含量高，因此非常有必要对平台车进行自主设计，生产出性能优化的车辆。本文主要描述了7 t升降平台车的电气硬件设计。

1 7 t升降平台车电气硬件设计的要求

升降平台车的电气硬件设计要满足以下性能需求：

(1)支持比例1路比例电磁阀控制；

(2)支持64路电磁阀控制；

(3)支持CAN总线J1939协议；

(4)支持CAN总线显示屏；

(5)支持常规车灯的开关控制；

(6)支持14路接近开关信号接受；

(7)支持60路开关量信号接受。

2 7 t升降平台车的电气硬件设计总体方案

2.1电气控制主要组成部分布置方案

升降平台车的电气控制主要是控制单元(IFM移动控制单元CR0200)通过CAN总线(J1939协议)，从道以茨发动机2012控制单元EMR2上采集发动机的运行参数，从操作台控制面板与底盘控制面板采集开关命令指令，从各个接近开关采集限位信号。然后对采集到的信号进行相应的运算处理，给出控制信号，对柴油机进行控制。另外还对各个电磁阀的动作进行控制来完成操作台的升降以及台面的运动。同时，将各个参数通过CAN总线传送给显示屏CR1051，显示当前的柴油机状态、通讯状态、传感器状态、报警状态信号，再将报警信号与运行状态信号通过IFM移动控制单元CR0200显示在底盘控制面板上与操作台操作面板上，来指示升降平台车的状态。升降平台车控制箱的分布见图1。

图1 升降平台车控制箱分布图Figure 1 Profile of control box for lifting platform car

升降平台车控制模块的布置可以分为两种方案：(1)两个控制器均放在底盘控制柜中。(2)一个控制器放置于底盘控制柜中，另一个控制器放置在操作台控制柜中。第一种方案的优点是可以对所有的信号集中控制，对于整体的程序设计规划、调试与维护比较方便。缺点是增加了综合布线的工作量。第二种方案将信号分开控制，整体的程序设计规划受限，调试维护时无法与显示屏同步察看相应的信号，造成调试维护不便。优点是两个控制柜之间通过CAN总线通讯控制，可减轻综合布线的工作量。本文选用了第一种布置方案。

2.2升降平台车电气控制的功能模块

升降平台车的工作原理是通过柴油机提供原始动力源，控制器通过控制液压系统提供整车的执行动力，通过液压驱动实现升降平台车的行走与升降、传输等功能。升降平台车的功能可以分为以下几个模块：(1)控制单元。控制单元由两块IFM的CR0200移动控制器组成。CR0200是德国易福门电子生产的专用工程机械与液压可编程逻辑控制器，它支持两路CAN总线连接，支持多达40点的输入、40点的大电流输出，支持8路模拟量信号输入采集，支持8路PWM信号输出[1]。控制单元是整个系统的指挥中枢，它担负了整个升降平台车的通讯、信号采集、驱动输出、逻辑运算的功能。(2)柴油机控制单元。柴油机控制单元EMR2是道以茨柴油机自带的控制单元，它的功能是通过CAN总线J1939协议把柴油机的运行参数发送给控制单元，同时接受控制单元提供的驱动信号，对驱动信号进行相应的运算处理后从而控制高压共轨电喷系统的工作[2]。(3)开关按钮模块。开关按钮模块是指操作者从外部发送的所有运行指令的集合，它负责对系统发送控制指令，直接连接到控制单元的输入点。(4)接近开关模块。接近开关通过安装在不同的机械位置上来实现对前后升降平台运行的安全保护，直接连接到控制单元的输入点。(5)车灯、指示灯模块。车灯的控制遵照普通的车辆规范，指示灯的控制根据系统运行的需要来设置，均由控制单元直接输出。(6)电磁阀模块。电磁阀是升降平台车的执行机构，平台车的行走、平台的升降均由各路电磁阀的动作组合来完成，由控制单元直接控制。(7)显示模块。该模块的器件采用了IFM电子的CR1051彩色显示屏，该显示屏支持高温宽(-40～80℃)、防护等级为IP65、LINUX的操作系统[3]。显示模块将控制单元通过CAN总线传送来的报警信号、系统运行信号、以及总线运行信号显示在显示屏上，以进行升降平台车的调试与维护。

升降平台车的控制功能模块布置见图2。

图2 升降平台车控制功能模块图Figure 1 Function modules diagram of electric controller for lifting platform car

3 升降平台车主要控制硬件的选型

3.1控制单元的选型

控制单元是升降平台车的管理核心，因此控制单元的选型至关重要。在工程车辆的设计发展过程中其核心逻辑控制经历了三个阶段：(1)继电器逻辑控制阶段。在这个阶段，升降平台车的动作逻辑均通过继电器的逻辑组合来实现，其报警功能仅限于操作面板上的指示灯控制，并且对柴油机无监视与控制功能。(2)通用PLC逻辑控制阶段。升降平台车通过通用PLC来实现对升降平台车动作逻辑的运算输出，通用PLC能够进行一定的智能报警指示，但无法对柴油机进行监视与控制。(3)专用移动车辆控制器控制阶段。升降平台车通过专用移动控制器来实现对升降车的控制。专用的移动控制器最早是德国BOSCH公司推出的专门针对工程车辆的控制器，其主要功能特点是支持CAN总线(J1939，CAN2.0)、支持对柴油机运行的监视与控制、支持多路模拟量输入与PWM输出、支持大电流直接输出、高工作温宽(-40～80℃)、IP65的防护等级、高抗震性。现在主要的生产厂商有BOSCH、DANFOSS、EPEC、INTECONTROL、IFM等。本文的设计中采用了德国易富门的CR0200专用车辆移动控制器作为核心控制单元。这款控制器是目前易富门控制系统中功能最强大的控制器，它支持80路输入、64路复用输出、16路模拟量复用输入、48路PWM复用输出[4]，支持4路CAN总线(其中两路支持J1939协议)、2路RS232串通讯。其控制芯片为英飞凌的16位DSP处理器C167CS，主频为20MHz，程序内存为768K的FLASH，它的处理能力完全能满足升降平台车的控制需要。由于升降平台车需要的控制点多达140多个，因此采用了两块CR0200模块，两个模块之间通过CAN总线进行通讯，其中一块作为核心处理器，另一块作为扩展模块。

3.2显示屏的选型

显示屏用来显示升降平台车柴油机运行的各种参数，升降平台车运行的各种危险报警指示以及通讯状况参数。由于工作的环境比较恶劣，因此必须采用全防水、耐高低温、高抗震性的显示屏。国际上的主要生产厂家有WACHENDORFF、DANFOSS、BOSCH、IFM，本文的匹配设计中采用了IFM的CR1051彩色显示屏。CR1051是5.7″的彩色显示器，包括6个可自由编程的带背景光按钮、一个带按钮功能的编码器、1路CAN2.0通讯口、2路RS232串口、防护等级为IP67、32M的程序存储器、32M的数据存储器[5]、内置LINUX操作系统。

3.3开关输入按钮的选型

升降平台车的操作主要是通过操作面板上的按钮来实现，按钮的操作极其频繁，而且升降平台车的工作环境是常年处于高温或者高寒，因此对按钮开关的选择极其严格。在这里均采用HONEWELL公司的军用级TL系列的钮子开关，均为全封式IP65以上的防护等级，可以保证在恶劣情况下的正常使用。

3.4接近开关的选型

由于升降平台车工作时对可靠性要求很高，而接近开关直接关系到升降平台车正常工作的安全性，因此其工作性能的好坏对系统非常重要。在这里采用了IFM最先进的一款电容式接近开关NI5002，这款接近开关与普通的接近开关的区别是其内部增加了一个旁路电阻[6]并与CR0200移动控制器的特殊输入点相连接，在NI5002发生故障(短路或断路)时，CR0200移动控制器会自动检测到故障并进行报警处理。

3.5其他部分电气元件的选型

在控制系统中用到的继电器采用汽车专用的继电器；连接底盘控制箱与操作控制台之间的电缆需要采用高柔性电缆并且考虑到工作环境中油比较多，还需要用软管对电缆进行包裹保护；车灯以及各类指示灯必须采用表面防护等级为IP65以上的；各个控制柜与外部器件之间的电气接口必须用密封件连接，连接端子也必须使用防护等级超过IP65的连接件，这样才能够保护电气系统安全可靠地运行。

4 设计中需要注意的问题

4.1控制单元电源的安全性设计

升降平台车所有的行走与升降传输动作均由液压系统提供动力，并通过电磁阀的开关逻辑组合来完成。但是，电磁阀是感性器件，多个电磁阀同时开启关闭的过程中会产生很大的冲击电压，如果设计不当而且对系统保护不足就很容易损坏移动控制器与器件。早期在大量应用液压作为执行结构的工程车辆中采用了移动控制器后，由于安全保护措施不当造成了很多不必要的损失。因此在硬件设计中要特别注意这个问题。解决措施主要有两种：第一，给移动控制器的电源端接入保险。移动控制器的电源多达6路，每一路都必须单独接入相应的保险，而不是采用一个总保险并接后使用。保险的接入必须按照图3的连接方式，且保险丝的大小不得改变。第二，在系统总电源的接入端并接一个浪涌保护器。本文中采用的浪涌保护器为IFM的EC2016，它可以保护浪涌电压为-200V～200V之间的电压变化。浪涌保护器的安装方式见图4。

4.2电气设计中应急泵的控制问题

升降平台车的应急泵系统是在升降机的电控系统发生故障时提供短时间的动力来直接驱动升降平台车离开飞机，保证飞机能够安全离港。应急系统在设计上不受控制单元的控制，在设计中要避免把应急系统设计在PLC的控制系统中，而应该是应急系统直接从蓄电池接受动力来驱动升降平台车。同时由于蓄电池本身能提供的动力有限，因此应急泵的工作时间不能超过2min，应急泵的时间控制用时间继电器来完成。应急泵控制电路的设计如图5所示。

4.3升降平台车行驶的速度控制

升降平台车的行走系统是液压驱动系统，即由比例电磁阀提供调速动力。在升降平台车的运行过程中，柴油机只在固定的两个速度下运行：怠速和正常速度。升降台的行驶速度设定为三种：慢速行驶，主要是在靠近目标飞机时做微小距离的调整；中速行驶，带集装箱行驶；快速行驶。速度控制踏板提供给控制器(CR0200)0V～24V输入电压，速度递增过程中比例电磁阀的控制电流输出量范围逐渐增大。在慢速行驶时，柴油机怠速运行，同时比例电磁阀输出的电流流量范围

图3 保险的接入方式Figure 3 Connection mode of safety

图4 浪涌保护器的安装方式Figure 1 Installing mode of surge voltage protector

图5 应急泵控制电路设计Figure 5 Design for control circuit of emergency pump

减小；在中速与快速行驶时，柴油机常速运行，比例电磁阀输出的电流流量范围增大。

5 结论

升降平台车是机场站坪车辆中控制系统与功能最复杂的车辆，涉及到的电气、机械、液压方面的设计非常复杂。电气控制系统是设备的管理核心，它的硬件方案的正确设计直接影响着机械、液压性能的正常发挥与系统运行可靠性。本文以德国IFM的CR0200控制器为控制核心，提出了切实可行的电气硬件设计方案，同时也对外部控制硬件的选型给出了明确的说明，还强调了在升降平台车的电气设计中需要注意的设备控制问题。对该类型车辆电气硬件的设计具有很高的参考利用价值。

[1] Extended Controller CR0200.

[2] System Description Electronic Engine Gevernor EMR2.

[3] Control Systems CR1051.

[4] System Manual R360Extended Controller CR0200.

[5] Mounting and installation instructions process-and dialogue module PDM360.

[6] IFM NI5002operating instructions.

编辑 杜 敏

Electric Hardware Design of 7 t Lifting Platform Car

LinZhifeng

Taking German IFM mobile control system CR0200 as the key device, one kind of electric hardware design project for 7 t lifting platform car has been put forward, meanwhile, modes selection have been conducted regarding to main control hardwares and the attentive issues have been pointed out as well, which provided valuable reference for electric hardware design of this type vehicle.

lifting platform car; electric hardware; mobile controller; scale electric magnetic valve; design

V351.35

A

2012—07—16