一种铲运机控制系统的制作方法

本发明涉及铲运机控制领域，尤其涉及一种铲运机控制系统。

背景技术：

现有技术中地下电动铲运机多采用电缆供能，且使用电缆采用卷筒缠绕式拖曳电缆，这就对地下电动铲运机长期造成了巨大的限制，由于拖曳电缆严重限制了铲车的作业范围及机动性，无法满足地下的多种复杂地形，并且电缆供能的电动铲运机不能处理长距离运输，故电缆供能的电动铲运机实际使用中使用寿命短且工作效率低。因此，实际生产中使用的地下电动铲运机多使用移动供能式电动铲运机，但是广泛使用移动供能式电动铲运机后，发现电动铲运机的控制系统所使用的原始架构方式无法有效控制电动铲运机电池组的充电与用电、牵引动力及工作动力，无法满足正常工作需要，使移动供能式电动铲运机的工作效率及工作质量大大降低。

因此，本领域亟需一种能够更好操作电动铲运机的控制系统。

有鉴于此，提出本发明。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能够更好操作电动铲运机的控制系统，以解决现有电动铲运机的实际操作效果不佳的技术问题。

具体的，本发明提供了一种铲运机控制系统，所述铲运机控制系统包括运动控制系统、电池管理系统(bms)、主控制器、电压调整器及电池组，

所述运动控制系统包括牵引电机组、液压泵电机组，所述牵引电机组包括：

牵引电机，所述牵引电机用于提供铲运机运动所需牵引力；

牵引电机控制器，所述牵引电机控制器与牵引电机电性相连，所述牵引电机控制器与主控制器电性相连，所述牵引电机控制器用于控制牵引电机的开启和关闭，便于操作员对铲运机进行控制；

所述液压泵电机组包括：

液压泵电机，所述液压泵电机用于为液压泵提供液压泵推动所必须的驱动力；

液压泵电机控制器，所述液压泵电机控制器与液压泵电机电性相连，所述液压泵电机控制器与主控制器电性相连，所述液压泵电机控制器用于控制液压泵的推动，为铲运机提供更精细化的操作条件；

所述电池管理系统(bms)包括电池检测器，所述电池检测器设置在电池组内，并与电池组电性相连，所述电池检测器用于检测电池组内电压及电流值，且所述电池检测器也用于实时采集电池组中的各个电池的端电压和温度、充放电电流及电池组总电压，防止电池组出现过充电或过放电以及过高温或过低温的现象；

所述电压调整器为dc/dc转换器，所述dc/dc转换器用于对电流进行升压或降压处理，满足铲运机内多种电器对工作电压的使用要求；

所述主控制器包括显示模块、主处理模块及主操作器，所述主操作器与主处理模块及显示模块电性相连，所述主处理模块与牵引电机控制器、液压泵电机控制器及电池管理系统(bms)电性相连；

所述电池组可充电，且用于为铲运机提供必要电流。

采用上述方案，铲运机控制系统的结构简单且操作清晰，可显著的提高铲运机各个部分的控制精确程度，有效提升铲运机的控制效率，防止由于控制系统复杂造成的控制混乱及操作要求高的问题，同时所述电池管理系统(bms)可准确估测电池组内的荷电状态(soc，即电池剩余电量)，保证电池剩余电量保持在合理范围内，防止电池组因为放点过度或充电过度而造成损伤，另一方面所述电池管理系统(bms)用于保证电池组内的电量均衡，即组成电池组的各个电池充电，使电池组中各个电池组都达到电量均衡一致的状态。

优选的，所述电池管理系统(bms)还包括电池诊断模块，所述电池诊断模块与电池检测器电性相连，所述电池诊断模块包括：

诊断控制器，所述诊断控制器与电池检测器、空调开关及电池开关电性相连，所述诊断控制器检测到电池组内各项数据出现异常时将异常信号发送给诊断控制器，所述诊断控制器根据信号种类控制电池空调及电池开关，所述异常信号为电池组温度过高或过低时，所述诊断控制器打开电池空调对电池组降温或供暖，所述异常信号为电池组充电过量或放电过量时，所述诊断控制器控制电池开关断开，保护电池组的充放电安全；

电池空调，所述电池空调与诊断控制器电性相连，所述电池空调用于保持电池温度恒定，防止电池过热或过冷；

电池开关，所述电池开关与诊断控制器电性相连，所述电池开关便于电池组与需其供电的系统或对其充电的系统断开，防止电池组充放电过量引发生产事故及生产损失。

采用上述方案，可实时监测铲运机的电池组，防止由于电池组温度过高或过低及过充电或过放电造成的电池组损害，而引起电池组使用寿命减少的技术问题，减少生产浪费及提高生产效率。

更优选的，所述电池诊断模块与主处理模块电性相连，所述电池诊断模块将电池组各项数据实时反馈给主控制器，由主控制器经显示模块输出，便于操作人员实时了解铲运机的工作状态及自身状况，同时所述主处理模块也电池管理系统(bms)所传输的电池数据进行二次检测，提高系统的精确性。

采用上述方案，所述显示模块随时显示铲运机电池组内的剩余电量，充电时，所述显示模块也实时显示电池组的充电情况，所述结构保证本发明的操作简便，使驾驶员对清楚的知道铲运机工作或充电时的状态，便于提高铲运机的工作质量及系统精确性。

进一步的，所述牵引电机控制器、液压泵电机控制器、电池管理系统(bms)及主控制器之间的连接关系通过can总线实现，所述can总线包括第一can总线及第二can总线，所述牵引电机控制器、液压泵电机控制器、电池诊断模块与主处理模块之间通过第一can总线相连接，所述电池检测器、电池空调、电池开关与诊断控制器之间通过第二can总线相连接。

优选的，充电时所述电池组与电池充电桩相连接，且所述电池充电桩与电池组相配合，所述电池充电桩设置在铲运机外部。

更优选的，所述电池管理系统(bms)还包括充电桩模块，所述充电桩模块设置在电池充电桩内，所述充电柱模块与电池诊断模块电性相连，所述充电柱模块与电池诊断模块协同作用对电池组进行动态监测。

进一步的，所述can总线还包括第三can总线，所述充电柱模块与电池诊断模块之间的连接关系通过第三can总线实现。

采用上述方案，可以对铲运机充电过程进行精确性的监测，即在电池组充电过程中，实时采集电池组内各个电池组的端电压和温度、充电电流及电池组总电压，防止电池发生过充电现象，同时能够实时给出电池组状况，筛选出异常电池，保持整个电池组运行的可靠性和高效性。

优选的，所述主处理模块包括液压泵控制器及牵引控制器，所述牵引控制器与牵引电机控制器之间电性相连，所述牵引控制器控制牵引电机控制器的开启及关闭，所述液压泵控制器与液压泵电机控制器之间电性相连，所述液压泵控制器控制液压泵电机控制器的开启及关闭，所述结构使铲运机的两套动力设备相互独立，防止两套动力设备公用一个控制器造成相互干扰的技术问题。

更优选的，所述液压泵控制器还包括转向控制组、运车铲斗的运动，优选的，所述铲运机的转向、刹车及铲运机铲斗的运动所需的驱动力均由液压泵电机提供，所述结构优化了铲运机的控制系统，有效提升了铲运机的运行制动控制组及工作控制组，所述转向控制组控制铲运机的转向，所述制动控制组控制铲运机的刹车，所述工作控制组控制铲稳定性。

优选的，所述电池组与液压泵电机控制器之间还设置有滤波器，所述滤波器为无源滤波器，所述无源滤波器可对电流进行分流，提供被动式谐波电流旁路通道。

进一步的，所述液压泵电机控制器及牵引电机控制器还具有检测功能，所述液压泵电机控制器及牵引电机控制器可分别实时监测液压泵电机及牵引电机的转速、温度及电流，所述监测数据分别经由液压泵控制器及牵引控制器反馈给主处理模块，由显示模块输出，优选的，所述液压泵电机控制器及牵引电机控制器可分别根据液压泵控制器及牵引控制器传输的控制信号，控制液压泵电机及牵引电机的转速，从而分别控制铲运机的工作作用力及驱动力。

采用上述方案，铲运机控制系统精确到驱动力直接控制层，并且采用层层控制，层层检测的架构方式，有限提高操作人员对铲运机控制的精细程度，同时使操作人员对铲运机各个部分的工作情况进一步的了解，便于提高铲运机的工作效率与工作质量，且方便铲运机故障时精确定位故障位置，简化排除故障的难度。

优选的，所述主处理模块还包括散热器控制器，所述散热器控制器与电机散热器电性相连，所述散热器控制器根据主处理模块传输的信号控制电机散热器的开启和关闭，用于对液压泵电机及牵引电机进行散热，防止液压泵电机及牵引电机过热造成设备损坏及生产浪费，更优选的，所述电机散热器包括水冷却部及风扇冷却部，所述风扇冷却部驱动力由液压泵提供，所述结构便于对液压泵电机及牵引电机全方位散热，且所述风扇冷却部使用的能量由液压泵提供，提高了液压泵的能量利用率，减少生产成本。

优选的，所述主处理模块还包括辅助控制器，所述辅助控制器与照明器及喇叭电性相连，所述照明器及喇叭设置在铲运机上，且所述照明器用于为铲运机在地下作业时提供所必须的光源，所述喇叭用于为铲运机提供声源，所述照明器及喇叭均由辅助控制器控制，所述结构对铲运机控制系统进行明确分工，有效提高铲运机控制系统的执行力。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1.采用上述方案，在铲运机控制系统中增加了两个can总线分别用于控制铲运机充电及电池组诊断，有效提高了铲运机的通信数据量，使铲运机主控制器与其他控制器的通讯更加快速便捷，提高了铲运机的控制性能。

2.采用上述方案，可实时监测铲运机的电池组，防止由于电池组温度过高或过低及过充电或过放电造成的电池组损害，而引起电池组使用寿命减少的技术问题，减少生产浪费及提高生产效率。

3.采用上述方案，可以对铲运机充电过程进行精确性的监测，即在电池组充电过程中，实时采集电池组内各个电池组的端电压和温度、充电电流及电池组总电压，防止电池发生过充电现象，同时能够实时给出电池组状况，筛选出异常电池，保持整个电池组运行的可靠性和高效性。

4.采用上述方案，铲运机控制系统精确到驱动力直接控制层，并且采用层层控制，层层检测的架构方式，有限提高操作人员对铲运机控制的精细程度，同时使操作人员对铲运机各个部分的工作情况进一步的了解，便于提高铲运机的工作效率与工作质量，且方便铲运机故障时精确定位故障位置，简化排除故障的难度。

附图说明：

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种铲车控制系统示意图；

图2为本发明第一can总线示意图；

图3为本发明第二can总线示意图；

具体实施方式：

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。

如图1所示，本发明提供了一种铲运机控制系统，所述铲运机控制系统包括运动控制系统、电池管理系统(bms)、主控制器、电压调整器及电池组，所述运动控制系统包括牵引电机组、液压泵电机组，所述牵引电机组包括：牵引电机，所述牵引电机用于提供铲运机运动所需牵引力；牵引电机控制器，所述牵引电机控制器与牵引电机电性相连，所述牵引电机控制器与主控制器电性相连，所述牵引电机控制器用于控制牵引电机的开启和关闭，便于操作员对铲运机进行控制；所述液压泵电机组包括：液压泵电机，所述液压泵电机用于为液压泵提供液压泵推动所必须的驱动力；液压泵电机控制器，所述液压泵电机控制器与液压泵电机电性相连，所述液压泵电机控制器与主控制器电性相连，所述液压泵电机控制器用于控制液压泵的推动，为铲运机提供更精细化的操作条件。

所述电池管理系统(bms)包括电池检测器，所述电池检测器设置在电池组内，并与电池组电性相连，所述电池检测器用于检测电池组内电压及电流值，且所述电池检测器也用于实时采集电池组中的各个电池的端电压和温度、充放电电流及电池组总电压，防止电池组出现过充电或过放电以及过高温或过低温的现象；所述电压调整器为dc/dc转换器，所述dc/dc转换器用于对电流进行升压或降压处理，满足铲运机内多种电器对工作电压的使用要求。

所述主控制器包括显示模块、主处理模块及主操作器，所述主操作器与主处理模块及显示模块电性相连，所述主处理模块与牵引电机控制器、液压泵电机控制器及电池管理系统(bms)电性相连，所述电池组可充电，且用于为铲运机提供必要电流。

采用上述方案，铲运机控制系统的结构简单且操作清晰，可显著的提高铲运机各个部分的控制精确程度，有效提升铲运机的控制效率，防止由于控制系统复杂造成的控制混乱及操作要求高的问题，同时所述电池管理系统(bms)可准确估测电池组内的荷电状态(soc，即电池剩余电量)，保证电池剩余电量保持在合理范围内，防止电池组因为放点过度或充电过度而造成损伤，另一方面所述电池管理系统(bms)用于保证电池组内的电量均衡，即组成电池组的各个电池充电，使电池组中各个电池组都达到电量均衡一致的状态。

所述电池管理系统(bms)还包括电池诊断模块，所述电池诊断模块与电池检测器电性相连，所述电池诊断模块包括：诊断控制器，所述诊断控制器与电池检测器、空调开关及电池开关电性相连，所述诊断控制器检测到电池组内各项数据出现异常时将异常信号发送给诊断控制器，所述诊断控制器根据信号种类控制电池空调及电池开关，所述异常信号为电池组温度过高或过低时，所述诊断控制器打开电池空调对电池组降温或供暖，所述异常信号为电池组充电过量或放电过量时，所述诊断控制器控制电池开关断开，保护电池组的充放电安全；电池空调，所述电池空调与诊断控制器电性相连，所述电池空调用于保持电池温度恒定，防止电池过热或过冷；电池开关，所述电池开关与诊断控制器电性相连，所述电池开关便于电池组与需其供电的系统或对其充电的系统断开，防止电池组充放电过量引发生产事故及生产损失。

采用上述方案，可实时监测铲运机的电池组，防止由于电池组温度过高或过低及过充电或过放电造成的电池组损害，而引起电池组使用寿命减少的技术问题，减少生产浪费及提高生产效率。

所述电池诊断模块与主处理模块电性相连，所述电池诊断模块将电池组各项数据实时反馈给主控制器，由主控制器经显示模块输出，便于操作人员实时了解铲运机的工作状态及自身状况，同时所述主处理模块也电池管理系统(bms)所传输的电池数据进行二次检测，提高系统的精确性。采用上述方案，所述显示模块随时显示铲运机电池组内的剩余电量，充电时，所述显示模块也实时显示电池组的充电情况，所述结构保证本发明的操作简便，使驾驶员对清楚的知道铲运机工作或充电时的状态，便于提高铲运机的工作质量及系统精确性。

充电时所述电池组与电池充电桩相连接，且所述电池充电桩与电池组相配合，所述电池充电桩设置在铲运机外部。所述电池管理系统(bms)还包括充电桩模块，所述充电桩模块设置在电池充电桩内，所述充电柱模块与电池诊断模块电性相连，所述充电柱模块与电池诊断模块协同作用对电池组进行动态监测。所述can总线还包括第三can总线，所述充电柱模块与电池诊断模块之间的连接关系通过第三can总线实现。采用上述方案，可以对铲运机充电过程进行精确性的监测，即在电池组充电过程中，实时采集电池组内各个电池组的端电压和温度、充电电流及电池组总电压，防止电池发生过充电现象，同时能够实时给出电池组状况，筛选出异常电池，保持整个电池组运行的可靠性和高效性。

所述主处理模块包括液压泵控制器及牵引控制器，所述牵引控制器与牵引电机控制器之间电性相连，所述牵引控制器控制牵引电机控制器的开启及关闭，所述液压泵控制器与液压泵电机控制器之间电性相连，所述液压泵控制器控制液压泵电机控制器的开启及关闭，所述结构使铲运机的两套动力设备相互独立，防止两套动力设备公用一个控制器造成相互干扰的技术问题。所述液压泵控制器还包括转向控制组、制动控制组及工作控制组，所述转向控制组控制铲运机的转向，所述制动控制组控制铲运机的刹车，所述工作控制组控制铲运机铲斗的运动，优选的，所述铲运机的转向、刹车及铲运机铲斗的运动所需的驱动力均由液压泵电机提供，所述结构优化了铲运机的控制系统，有效提升了铲运机的运行稳定性。所述液压泵电机控制器及牵引电机控制器还具有检测功能，所述液压泵电机控制器及牵引电机控制器可分别实时监测液压泵电机及牵引电机的转速、温度及电流，所述监测数据分别经由液压泵控制器及牵引控制器反馈给主处理模块，由显示模块输出，优选的，所述液压泵电机控制器及牵引电机控制器可分别根据液压泵控制器及牵引控制器传输的控制信号，控制液压泵电机及牵引电机的转速，从而分别控制铲运机的工作作用力及驱动力。

采用上述方案，铲运机控制系统精确到驱动力直接控制层，并且采用层层控制，层层检测的架构方式，有限提高操作人员对铲运机控制的精细程度，同时使操作人员对铲运机各个部分的工作情况进一步的了解，便于提高铲运机的工作效率与工作质量，且方便铲运机故障时精确定位故障位置，简化排除故障的难度。

所述主处理模块还包括散热器控制器，所述散热器控制器与电机散热器电性相连，所述散热器控制器根据主处理模块传输的信号控制电机散热器的开启和关闭，用于对液压泵电机及牵引电机进行散热，防止液压泵电机及牵引电机过热造成设备损坏及生产浪费，更优选的，所述电机散热器包括水冷却部及风扇冷却部，所述风扇冷却部驱动力由液压泵提供，所述结构便于对液压泵电机及牵引电机全方位散热，且所述风扇冷却部使用的能量由液压泵提供，提高了液压泵的能量利用率，减少生产成本。

所述主处理模块还包括辅助控制器，所述辅助控制器与照明器及喇叭电性相连，所述照明器及喇叭设置在铲运机上，且所述照明器用于为铲运机在地下作业时提供所必须的光源，所述喇叭用于为铲运机提供声源，所述照明器及喇叭均由辅助控制器控制，所述结构对铲运机控制系统进行明确分工，有效提高铲运机控制系统的执行力。

如图2及图3所示，所述牵引电机控制器、液压泵电机控制器、电池管理系统(bms)及主控制器之间的连接关系通过can总线实现，所述can总线包括第一can总线及第二can总线，所述牵引电机控制器、液压泵电机控制器、电池诊断模块与主处理模块之间通过第一can总线相连接，所述电池检测器、电池空调、电池开关与诊断控制器之间通过第二can总线相连接。

如图1、图2及图3所示，铲运机工作时，各种操作信号通过主操作器输入，主处理模块将输入的操作信号转化为电信号并分类，分别将牵引电机控制信号、液压泵电机控制信号、铲运机转向信号、铲运机制动信号、铲斗工作信号、照明信号、喇叭信号及电机散热信号传输给牵引控制器、液压泵控制器、转向控制组、制动控制组、工作控制组、辅助控制器及散热器控制器，经由上述各处理器接收信号后并将信号分别传输给牵引电机控制器、液压泵电机控制器、照明器与喇叭及电机散热器，所述照明器与喇叭及电机散热器接收到传输的信号后进行对应操作，将照明器与喇叭及电机散热器开启或关闭，所述牵引电机控制器接收到信号后，对信号进行识别控制牵引电机开启、关闭或者对牵引电机的转速进行调节，所述液压泵电机控制器接收液压泵电机控制信号、铲运机转向信号、铲运机制动信号及铲斗工作信号，并根据信号控制液压泵电机开启、关闭或者对液压泵电机的转速进行调节，或者控制铲运机转向，或者控制铲运机制动，或者控制铲运机的铲斗进行工作，通过上述流程的层层控制操作人员对铲运机的操纵更加精确，提高铲运机的工作质量。

所述铲运机工作时，所述牵引电机控制器及液压泵电机控制器实时监控牵引电机及液压泵电机的工作状态，如电机内的温度、电流、转速，并将收集的数据上传给牵引控制器及液压泵控制器，经过牵引控制器及液压泵控制器传输给主处理模块，并由主处理模块处理转化为输出信号传输给显示模块，显示模块将所传输的信号输出，以便于操作人员实时对牵引电机及液压泵电机监控，提高铲运机的工作安全性。

所述铲运机充电时，所述电池检测器检测并接收电池组状态数据(电压、电流及温度)，并将状态数据传输给电池诊断模块，电池诊断模块将状态数据处理后转化为操作命令传输给诊断控制器，同时所述电池诊断模块将接收到的状态数据传输给主处理模块，经由主处理模块传输给显示模块，并由显示模块输出，所述诊断控制器接收操作命令并控制电池空调的开启或关闭，及控制电池开关的开启或关闭，防止电池组在充电过程中过热或者过充电，延长电池组的使用寿命，也便于操作人员实时了解电池组的充电状态。进一步的，在铲运机工作时，所述电池检测器也检测并接收池检测器检测并接收电池组状态数据(电压、电流及温度)，并将状态数据传输给电池诊断模块，电池诊断模块将状态数据处理后转化为操作命令传输给诊断控制器，诊断控制器接收操作命令并控制电池空调的开启或关闭，及控制电池开关的开启或关闭，防止电池组在工作过程中过热或者过放电，延长电池组的使用寿命，在电池诊断模块接收到的状态数据时，所述电池诊断模块同时将状态数据传输给主处理模块，经由主处理模块传输给显示模块，并由显示模块输出，便于操作人员实时了解电池组的工作状态。

综上所述，本发明采用上述方案，在铲运机控制系统中增加了两个can总线分别用于控制铲运机充电及电池组诊断，有效提高了铲运机的通信数据量，使铲运机主控制器与其他控制器的通讯更加快速便捷，提高了铲运机的控制性能；可实时监测铲运机的电池组，防止由于电池组温度过高或过低及过充电或过放电造成的电池组损害，而引起电池组使用寿命减少的技术问题，减少生产浪费及提高生产效率；可以对铲运机充电过程进行精确性的监测，即在电池组充电过程中，实时采集电池组内各个电池组的端电压和温度、充电电流及电池组总电压，防止电池发生过充电现象，同时能够实时给出电池组状况，筛选出异常电池，保持整个电池组运行的可靠性和高效性；铲运机控制系统精确到驱动力直接控制层，并且采用层层控制，层层检测的架构方式，有限提高操作人员对铲运机控制的精细程度，同时使操作人员对铲运机各个部分的工作情况进一步的了解，便于提高铲运机的工作效率与工作质量，且方便铲运机故障时精确定位故障位置，简化排除故障的难度。

应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。