运用单片机技术改造鱼雷罐起复救援设备

薛锋

摘要：运用单片机技术通过对QF-600TWK型鱼雷罐车起复救援设备的电气控制系统重新设计改造，克服其原控制系统的一系列缺陷，恢复其基本功能并增加自诊断、自检测、系统自动卸载和管路自动卸压等智能化功能，提高设备的安全性能，满足生产需要。

关键词：单片机、控制系统、模块化、智能化、安全性

Abstract: by means of single chip microcomputer through to QF-600 TWK type torpedo tanker up rescue equipment in the electrical control system designed to transform, overcome its original control system of a series of defects, restore its basic function and increase since the diagnosis, since the testing, the system automatically unloaded and pipeline to be automatic discharging pressure and intelligent function, improve the safety performance of the equipment to meet production needs.

Keywords: SCM, control system, modular, intelligence, and security

中图分类号: TM921.5文献标识码：A 文章编号：

F-600TWK型鱼雷罐车起复救援设备是我部鱼雷罐车等重型设备的抢险与日常检修工作中的关键设备，其主要由两大部分组成：液压系统与电气控制系统。

其基本工作过程为按下功能按钮后，控制电路启动对相应液压阀的执行电机正转或反转带动阀芯转动切换油路，当转动到位后，相应传感器输出信号，控制电路切断电机电源，阀芯保持不动等待下一控制信号，液压系统在液压阀控制下进行相应动作实现作业功能。

在运用中，该设备表现出来的问题主要是控制台（即液压站）的可靠性问题（控制台电气控制系统采用继电器与位置传感器组成，电气原理图如图1）：控制台在使用中工作不稳定，经常发生控制动作混乱现象而无法工作。在检修中将继电器拨插或更换继电器等检修后恢复正常，有时也有因线头松动引起。但工作一段时间后或因作业需要将液压站稍作挪动甚至稍大的震动常常又不能正常工作，需重新检修，反复多次，问题一直得不到真正解决，严重影响了鱼雷罐设备的检修工作；保修期期间生产厂家派技术服务人员几次来处理，往往是当时恢复正常，但运用几天后同样问题又出现，厂家技术服务人员也不能真正解决问题，一直是修修用用。其中一台控制台经多次修理后已经无法修复。由于上述问题使该设备的正常使用不能保障，重型设备检修工作进度受此制约进度不能控制，检修工对起复设备能否正常开动毫无把握，对生产产生了一定的影响。

图1 原控制电气原理图

为保证检修工作的正常开展以及本着节约资金的原则（新购一套需38万元），我们决定对控制台进行了改造。

经我们对故障综合分析后发现，故障发生都与振动有关。通过电气控制系统分析，认为其电器硬件设计及选用不合理，使用继电器作为逻辑元件用在移动设备或有振动影响的设备上会由于振动造成接触不良，引起逻辑混乱从而产生误动作。

考虑到工作的可靠性与维护方便以及尽可能利用原系统部件，结合该设备控制电路、电器构成、故障现象、现场使用要求，初步制定以下改造思路：

1、拆除原电气控制系统，仅保留按钮、传感器部分。重新设计全固态化的控制系统，以避免工作中的振动对系统的影响。

2、模块化、智能化以及防呆傻设计，方便系统的维护，简化操作。通过提升设备的综合性能来避免人为因素带来安全隐患，提高运行安全性。

根据以上思路，分别设计了三个方案进行选择：

1、采用分立元件分别针对五个控制阀设计控制模块与输出模块。五个控制模块与输出模块可以互换。

2、采用数字电路设计控制模块，输出模块与方案1相同。

3、采用单片机为核心设计控制部分，采用分时式控制，输出模块与方案1相同。

三个方案都能满足设计要求的抗振性与可靠性，实现基本功能。方案1采用普通基础元件制作，具有取材方便的优点，但缺点是线路复杂，对维修人员技术要求高。方案2由于采用数字电路，线路相对简单些，维修也方便。方案3线路简单明了，元件种类少，能方便扩展功能。前两个方案为全硬件的解决方案，只能实际原机的基础操作功能，无法增加附加功能，而方案3的可以通过编写软件来实现智能化控制，实现自动控制，减少人为错误，提高工作效率，以及今后根据需要增加新的功能。综合考虑三个方案的特点，决定选择方案3来进行改造，虽然对技术要求比较高，但能实现智能化控制并为今后的功能扩展升级留下了空间。

改造后的系统由驱动模块、电源模块、光电隔离模块及单片机模块组成。结构框图如图2所示。

图2 改造后的系统结构框图

经改造，该控制台全部恢复原来使用功能，并增加了一些自动功能：

1、自动卸荷功能：在液压系统空栽时进行自动卸荷，减少液压系统的高负荷工作时间。优点有：1）降低系统机械磨损，提高使用寿命。2）减少液压油温升，避免氧化，延长使用寿命。3）减少不必要的能源浪费。4）简化操作，减少误操作的可能性。4）提高系统安全系数。原机需人工切换，由于人为因素，液压系统空载时也经常满负荷工作。

2、开机自检功能：开机自动检测液压阀工作状态，通过检测正常方可启动液压泵进行下一步工作，能及时发现系统问题，避免设备故障扩大化。原机无此功能，需在开机后进行人工检查，且无法检查充分，发现故障不及时，操作复杂，对操作工技术要求高。

3、故障报警系统：在自检或平时工作中发生故障时先切断动力源（即关闭液压泵电源），避免故障扩大，确保安全后采用声音编码方式对故障点进行报警。检修人员可根据编码迅速、准确地找到故障点，方便维修，大幅缩短故障排除时间。主要检测有各个液压阀的故障：1）传感器故障；2）按钮故障；3）线路接触不良；4）阀电机运转异常。原机发生故障时无报警、无安全保护，是否有故障全凭操作人员根据经验判断，故障点查找困难，排除故障对检修人员技术要求高，维修难度大，周期长。

4、自动卸压：工作结束后能对液压管路进行自动卸压，避免液压管拆卸时可能带压而发生压力油喷射等危险隐患。原机需手工操作进行管路卸压，操作复杂，且容易发生遗忘，受人物因素影响较大，存在重大安全隐患。

5、全固态模块化电路：新设计为全固态电路，不怕振动；采用模块化设计，各缸驱动模块可以互换，方便维修。各接口采用可靠性非常高的航空插头进行连接，在方便拆卸维护的同时保持了工作的可靠性，设计时遵循防呆傻原则，各插口的接入方法不正确时无法插入，避免了人为故障。在强电与弱电之间采用了双重耐压2500V的光耦隔离，核心部分用全封闭的铝合金屏蔽盒保护，安装在避振座上，杜绝干扰信号侵入引起误动作。

改造完成后经实际运用，完全实现了预期功能。并通过刻意在凹凸不平的地面上反复推行产生激烈振动以检验其抗振性能，也都经住了考验，证明了改造是非常成功的。

参考文献：1、《机电维修实用技术》……内蒙古人民出版社董原 编著

2、《液压控制系统及设计》……化学工业出版社张利平 著

3、《单片机应用技术与实例》……电子工业出版社睢丙东、魏泽鼎 编著