一種基于can總線的全液壓動力頭鉆機控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于CAN總線的全液壓動力頭鉆機控制系統(tǒng)，包括傳感器輸入模塊、控制執(zhí)行模塊、采集端和執(zhí)行端CAN總線接口模塊及系統(tǒng)控制器，本系統(tǒng)通過設置的系列傳感器輸入模塊采集鉆機運行狀態(tài)的信息，并將采集的信息通過采集端CAN總線接口發(fā)送至系統(tǒng)控制器，系統(tǒng)控制器分析處理后輸出控制指令到執(zhí)行端CAN總線接口模塊，經執(zhí)行端微處理器處理后傳給相應的控制執(zhí)行模塊，通過執(zhí)行器件實現對鉆機系統(tǒng)工作參數的調節(jié)控制。本控制系統(tǒng)應用CAN總線技術，使系統(tǒng)結構模塊化、集成化、微型化，方便于檢測、執(zhí)行和控制元件的布置及系統(tǒng)布線，且CAN總線易于擴展，應用本系統(tǒng)使鉆機的工作參數最優(yōu)化，提高了生產效率，降低了鉆探成本。
【專利說明】一種基于CAN總線的全液壓動力頭鉆機控制系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鉆機控制系統(tǒng)，具體地說是一種基于CAN總線的全液壓動力頭鉆機控制系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]隨著國家對地質資源勘探力度不斷加大，鉆探作為地質找礦的主要手段，其工作量越來越大。鉆探設備的使用和革新也不斷加快，鉆機由普通立軸式鉆機向全液壓動力頭鉆機發(fā)展。全液壓動力頭鉆機因其具有結構緊湊、工作扭矩大、液控操作方便、起下鉆速度快、工藝適應性強、工作效率高和勞動強度低等優(yōu)點，已廣泛應用于地質勘探、鐵路和交通工程施工、煤礦井探采等領域。目前的全液壓動力頭鉆機采用手動式液壓閥對工作參數調節(jié)控制，利用機械式儀表顯示工作參數，各控制機構和顯示儀表相互獨立，分散布置，操作臺安裝有大量的液壓元件，這些元件通過大量的液壓管件和接頭實現連接，當部分元件發(fā)生故障就會引起整個設備的運行不正常，甚至引發(fā)事故，但是有很多全液壓動力頭鉆機，只是在系統(tǒng)中加入了部分傳感器和電子控制元件，采用的是傳統(tǒng)的集中式控制結構，導致布線復雜、調試很不方便、系統(tǒng)的兼容性和擴展性差等諸多問題，因此需要一種采用模塊化、集成化、微型化的結構，便于檢測、執(zhí)行和控制元件的布置及系統(tǒng)布線的全液壓動力頭鉆機控制系統(tǒng)，實現對鉆機工作參數的最優(yōu)化控制，提高鉆機生產效率，降低鉆探成本。
【發(fā)明內容】
[0003]本發(fā)明的目的在于解決現有技術存在的問題，而提供一種采用模塊化、集成化、微型化的結構，且便于檢測、執(zhí)行和控制元件的布置及系統(tǒng)布線的基于CAN總線的全液壓動力頭鉆機控制系統(tǒng)，實現對鉆機工作參數的最優(yōu)化控制，提高鉆機生產效率，降低鉆探成本。
[0004]為了實現上述目的，本發(fā)明采取的技術方案是:提供一種基于CAN總線的全液壓動力頭鉆機控制系統(tǒng)，包括采集端節(jié)點模塊、執(zhí)行端節(jié)點模塊和系統(tǒng)控制器，所述的模塊之間、模塊與系統(tǒng)控制器之間的控制指令和數據傳輸均采用CAN總線協議；
[0005]所述的采集端節(jié)點模塊設有傳感器輸入模塊和采集端CAN總線接口模塊，所述的傳感器輸入模塊包括傳感器和輸入接口，傳感器與輸入接口連接；所述的采集端CAN總線接口模塊設有微處理器和CAN總線收發(fā)電路，傳感器通過輸入接口與采集端CAN總線接口模塊的微處理器連接，微處理器通過輸入接口獲取傳感器采集的信息，經微處理器分析處理后通過CAN總線收發(fā)電路發(fā)送至CAN總線，由系統(tǒng)控制器接收；
[0006]所述的執(zhí)行端節(jié)點模塊設有控制執(zhí)行模塊和執(zhí)行端CAN總線接口模塊，所述的控制執(zhí)行模塊包括執(zhí)行器件和輸出接口，執(zhí)行器件與輸出接口連接，執(zhí)行器件通過輸出接口與執(zhí)行端CAN總線接口模塊的微處理器連接，執(zhí)行端微處理器通過CAN總線收發(fā)電路獲取系統(tǒng)控制器發(fā)送的控制指令，經執(zhí)行端微處理器分析處理后通過輸出接口向執(zhí)行器件發(fā)出控制指令，由執(zhí)行器件完成鉆機工作參數的調節(jié)控制；
[0007]所述的系統(tǒng)控制器通過CAN總線收發(fā)信息，將各傳感器輸入模塊采集的鉆機各工作參數進行數據分析處理和輸出控制指令，完成對鉆機工作參數的設置；還完成鉆機運行數據的存儲和管理及圖形化的運行監(jiān)測。
[0008]所述的傳感器輸入模塊設有液壓壓力傳感器模塊、液壓溫度傳感器模塊、動力頭位移傳感器模塊、動力頭行程接近開關模塊、動力頭轉速傳感器模塊和主卷揚機大鉤載荷傳感器模塊，所述的傳感器輸入模塊用于全面收集全液壓動力頭鉆機的運行工作參數，并通過采集端CAN總線接口模塊發(fā)送至系統(tǒng)控制器。
[0009]所述的控制執(zhí)行模塊設有電液比例閥模塊、液壓擰管控制閥模塊、動力頭馬達控制閥模塊、動力頭進給油缸控制閥模塊和主卷揚機液壓控制閥模塊，所述的控制執(zhí)行模塊用于獲取系統(tǒng)控制器發(fā)送的控制指令，并通過相應設置的執(zhí)行器件實現對鉆機系統(tǒng)工作參數的調節(jié)控制。
[0010]本發(fā)明基于CAN總線的全液壓動力頭鉆機控制系統(tǒng)的工作過程是:通過在全液壓動力頭鉆機中布設一系列傳感器輸入模塊，通過傳感器輸入模塊中的傳感器米集全液壓動力頭鉆機運行過程的工作參數，傳感器采集的信息通過輸入模塊傳給采集端CAN總線接口的微處理器，微處理器處理接收的信息并通過CAN總線收發(fā)電路發(fā)送至系統(tǒng)控制器；系統(tǒng)控制器獲取信息并進行分析處理，然后發(fā)出控制指令通過執(zhí)行端CAN總線接口發(fā)送給相應的控制執(zhí)行模塊，控制執(zhí)行模塊輸出控制指令到執(zhí)行器件，由執(zhí)行器件完成鉆機工作參數的調節(jié)控制。
[0011]本發(fā)明基于CAN總線的全液壓動力頭鉆機控制系統(tǒng)具有的有益效果是:
[0012]⑴、本發(fā)明的控制系統(tǒng)通過同時采集鉆機系統(tǒng)的壓力、溫度、位移、轉速、載荷等物理量實現對鉆機運行狀態(tài)的實時監(jiān)測，相應的通過電液比例閥、液壓擰管控制閥、動力頭馬達控制閥、動力頭進給油缸控制閥和主卷揚機液壓控制閥等執(zhí)行器件實現對鉆機系統(tǒng)工作參數的調節(jié)控制。
[0013]⑵、本發(fā)明的控制系統(tǒng)由于采用CAN總線技術，使控制系統(tǒng)具有模塊化、集成化、微型化的結構，便于檢測、執(zhí)行和控制元件的布置及系統(tǒng)布線。
[0014]⑶、本發(fā)明的控制系統(tǒng)具有很強的可擴展性，這是由于CAN總線易于擴展，可將新增加檢測或控制節(jié)點直接掛在總線上，且布線簡化，擴充容易，改型靈活。
[0015]⑷、本發(fā)明各節(jié)點之間的數據通信實時性強、通信速率高、容易實現且性價比高。
[0016](5)、本發(fā)明可以采用多種智能技術實時控制鉆機的運行，實現鉆機工作參數的最優(yōu)化，提高生產效率，降低鉆探成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明基于CAN總線的全液壓動力頭鉆機控制系統(tǒng)的整體結構框圖。
[0018]圖2為本發(fā)明基于CAN總線的全液壓動力頭鉆機控制系統(tǒng)的采集端節(jié)點框圖。
[0019]圖3為本發(fā)明基于CAN總線的全液壓動力頭鉆機控制系統(tǒng)的執(zhí)行端節(jié)點框圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖和具體的實施例對本發(fā)明作進一步說明，但本發(fā)明的實施不限于此。
[0021]實施例1:本發(fā)明提供一種基于CAN總線的全液壓動力頭鉆機控制系統(tǒng)，其結構如圖1中所示，包括采集端節(jié)點模塊、執(zhí)行端節(jié)點模塊和系統(tǒng)控制器，所述的模塊之間、模塊與系統(tǒng)控制器之間的控制指令和數據傳輸均采用CAN總線協議。本發(fā)明的控制系統(tǒng)中設有6個采集端節(jié)點模塊，有6個采集端CAN總線接口模塊和傳感器輸入模塊，所述的6個傳感器輸入模塊分別為液壓壓力傳感器模塊、液壓溫度傳感器模塊、動力頭位移傳感器模塊、動力頭行程接近開關模塊、動力頭轉速傳感器模塊和主卷揚機大鉤載荷傳感器模塊，所述的6個傳感器輸入模塊用于全面收集全液壓動力頭鉆機的運行工作參數，并分別通過各自對應的采集端CAN總線接口模塊發(fā)送至系統(tǒng)控制器。本發(fā)明的控制系統(tǒng)中設有5個執(zhí)行端節(jié)點模塊，有5個執(zhí)行端CAN總線接口模塊和控制執(zhí)行模塊，5個控制執(zhí)行模塊包括電液比例閥模塊、液壓擰管控制閥模塊、動力頭馬達控制閥模塊、動力頭進給油缸控制閥模塊和主卷揚機液壓控制閥模塊，通過5個控制執(zhí)行模塊中對應的5個執(zhí)行器件接收和執(zhí)行系統(tǒng)控制器通過執(zhí)行端CAN總線接口模塊傳輸的鉆機系統(tǒng)工作參數的調節(jié)控制指令，完成鉆機工作參數的調節(jié)控制。
[0022]如圖2所示，所述的采集端節(jié)點模塊設有傳感器輸入模塊和采集端CAN總線接口模塊，所述的傳感器輸入模塊包括傳感器和輸入接口，傳感器與輸入接口連接；所述的采集端CAN總線接口模塊設有微處理器和CAN總線收發(fā)電路，傳感器通過輸入接口與采集端CAN總線接口模塊的微處理器連接，微處理器通過輸入接口獲取傳感器采集的信息，經微處理器分析處理后通過CAN總線收發(fā)電路發(fā)送至CAN總線，由系統(tǒng)控制器接收。
[0023]如圖3所示，所述的執(zhí)行端節(jié)點模塊設有控制執(zhí)行模塊和執(zhí)行端CAN總線接口模塊，所述的控制執(zhí)行模塊包括執(zhí)行器件和輸出接口，執(zhí)行器件與輸出接口連接，執(zhí)行器件通過輸出接口與執(zhí)行端CAN總線接口模塊的微處理器連接，執(zhí)行端微處理器通過CAN總線收發(fā)電路獲取系統(tǒng)控制器發(fā)送的控制指令，經執(zhí)行端微處理器分析處理后通過輸出接口向執(zhí)行器件發(fā)出控制指令，由執(zhí)行器件完成鉆機工作參數的調節(jié)控制。
[0024]所述的系統(tǒng)控制器通過CAN總線收發(fā)信息，將各傳感器輸入模塊采集的鉆機各工作參數進行數據分析處理和輸出控制指令，完成對鉆機工作參數的設置；還完成鉆機運行數據的存儲和管理及圖形化的運行監(jiān)測。
[0025]本發(fā)明的鉆機控制系統(tǒng)的工作過程是:通過在全液壓動力頭鉆機中布設一系列傳感器輸入模塊，通過傳感器輸入模塊中的傳感器采集鉆機運行過程的工作參數，傳感器采集的信息通過輸入模塊傳給采集端CAN總線接口的微處理器，微處理器處理接收的信息并通過CAN總線收發(fā)電路發(fā)送至系統(tǒng)控制器；系統(tǒng)控制器獲取信息并進行分析處理，然后發(fā)出控制指令通過執(zhí)行端CAN總線接口發(fā)送給相應的控制執(zhí)行模塊，控制執(zhí)行模塊輸出控制指令到執(zhí)行器件，由執(zhí)行器件完成鉆機工作參數的調節(jié)控制。由于本發(fā)明各節(jié)點之間的數據通信實時性強、通信速率高，因此可實時控制鉆機的運行情況，實現鉆機工作參數的最優(yōu)化控制，提尚鉆機生廣效率，降低鉆探成本。
【權利要求】
1.一種基于CAN總線的全液壓動力頭鉆機控制系統(tǒng)，包括采集端節(jié)點模塊、執(zhí)行端節(jié)點模塊和系統(tǒng)控制器，所述的模塊之間、模塊與系統(tǒng)控制器之間的控制指令和數據傳輸均采用CAN總線協議；其特征在于: 所述的采集端節(jié)點模塊設有傳感器輸入模塊和采集端CAN總線接口模塊，所述的傳感器輸入模塊包括傳感器和輸入接口，傳感器與輸入接口連接；所述的采集端CAN總線接口模塊設有微處理器和CAN總線收發(fā)電路，傳感器通過輸入接口與采集端CAN總線接口模塊的微處理器連接，微處理器通過輸入接口獲取傳感器采集的信息，經微處理器分析處理后通過CAN總線收發(fā)電路發(fā)送至CAN總線，由系統(tǒng)控制器接收； 所述的執(zhí)行端節(jié)點模塊設有控制執(zhí)行模塊和執(zhí)行端CAN總線接口模塊，所述的控制執(zhí)行模塊包括執(zhí)行器件和輸出接口，執(zhí)行器件與輸出接口連接，執(zhí)行器件通過輸出接口與執(zhí)行端CAN總線接口模塊的微處理器連接，執(zhí)行端微處理器通過CAN總線收發(fā)電路獲取系統(tǒng)控制器發(fā)送的控制指令，經執(zhí)行端微處理器分析處理后通過輸出接口向執(zhí)行器件發(fā)出控制指令，由執(zhí)行器件完成鉆機工作參數的調節(jié)控制； 所述的系統(tǒng)控制器通過CAN總線收發(fā)信息，將各傳感器輸入模塊采集的鉆機各工作參數進行數據分析處理和輸出控制指令，完成對鉆機工作參數的設置；還完成鉆機運行數據的存儲和管理及圖形化的運行監(jiān)測。
2.根據權利要求1所述的一種基于CAN總線的全液壓動力頭鉆機控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的傳感器輸入模塊設有液壓壓力傳感器模塊、液壓溫度傳感器模塊、動力頭位移傳感器模塊、動力頭行程接近開關模塊、動力頭轉速傳感器模塊和主卷揚機大鉤載荷傳感器模塊，所述的傳感器輸入模塊用于全面收集全液壓動力頭鉆機的運行工作參數，并通過采集端CAN總線接口模塊發(fā)送至系統(tǒng)控制器。
3.根據權利要求1所述的一種基于CAN總線的全液壓動力頭鉆機控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的控制執(zhí)行模塊設有電液比例閥模塊、液壓擰管控制閥模塊、動力頭馬達控制閥模塊、動力頭進給油缸控制閥模塊和主卷揚機液壓控制閥模塊，所述的控制執(zhí)行模塊用于獲取系統(tǒng)控制器發(fā)送的控制指令，并通過相應設置的執(zhí)行器件實現對鉆機系統(tǒng)工作參數的調節(jié)控制。
【文檔編號】E21B44/06GK104453845SQ201410767419
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月12日 優(yōu)先權日:2014年12月12日
【發(fā)明者】吳來杰, 郭大鵬 申請人:中國地質大學（武漢）