曹 丹，張 宇，蔡書峰

(徐州徐工隨車起重機有限公司，江蘇 徐州 221000)

1 引言

隨著國家工業(yè)的發(fā)展和城市建設的推進，對供電可靠性的要求越來越高，推行不停電檢修和施工勢在必行。帶電作業(yè)項目涵蓋了配電線路的檢修、維護、更新、改造等，作業(yè)范圍從點到面，現(xiàn)已實現(xiàn)整條架空線路的檢修和更換。絕緣臂高空作業(yè)車成為電力系統(tǒng)主要的帶電作業(yè)工具，如圖1。

圖1 徐工GKJH21A絕緣臂高空作業(yè)車

為了實現(xiàn)工作斗與下部控制連接，滿足有效絕緣長度和絕緣等級國標要求，目前我國市場上使用的絕緣臂高空作業(yè)車大多采用全液壓控制。全液壓控制系統(tǒng)采用絕緣膠管、絕緣油來傳輸液壓操作信號，但是由于車輛動作多，需要很多根液壓管路才能實現(xiàn)工作斗操作和下部操作的連接，每多一條管路就會多一條電流泄露通道，在管路老化和污染的情況下，整車泄露很容易超標，造成對作業(yè)人員的電擊傷害。另外，全液壓控制需要在工作平臺設置笨重的手動操作液壓開關(guān)閥，來實現(xiàn)對高空作業(yè)車工作臂的變幅或伸縮的操作功能，由于手動操作液壓開關(guān)閥體積較大、質(zhì)量重，容易造成絕緣斗的偏載，行車時造成絕緣斗的損壞。因此，一種新型的基于光纖通訊傳輸?shù)目刂萍夹g(shù)越來越受到制造廠家的青睞。

2 電控系統(tǒng)總體架構(gòu)

基于光纖通訊的絕緣臂高空作業(yè)車電控系統(tǒng)采用模塊化設計，分為下車控制模塊、轉(zhuǎn)臺控制模塊以及工作斗控制模塊，各模塊均設置獨立的控制器，用以實現(xiàn)不同位置不同功能的系統(tǒng)控制。下車和轉(zhuǎn)臺模塊之間通過CAN 總線進行數(shù)據(jù)通信，轉(zhuǎn)臺和工作斗模塊間通過光纖進行數(shù)據(jù)通訊。光纖通訊控制系統(tǒng)的控制框架如圖2。在轉(zhuǎn)臺處設置一個光電轉(zhuǎn)換器，將絕緣車下部控制器發(fā)出的CAN 信號轉(zhuǎn)為光纖信號傳至工作斗處，設置在工作斗的光電轉(zhuǎn)換器再將光纖信號轉(zhuǎn)換成CAN 信號，傳輸?shù)焦ぷ鞫房刂破?，從而實現(xiàn)上下車通訊的功能。

圖2 整車控制系統(tǒng)框架圖

3 模塊化設計分析

3.1 下車控制模塊

下車控制模塊主要用于采集4 個垂直支腿壓實狀態(tài)以及4 個水平支腿的伸出幅度狀態(tài)信號，實現(xiàn)支腿狀態(tài)實時顯示、一鍵展支腿、一鍵收支腿等功能，同時將支腿狀態(tài)實時發(fā)送給轉(zhuǎn)臺控制器，轉(zhuǎn)臺控制器也將根據(jù)水平支腿的伸出幅度和垂直支腿的壓實狀態(tài)，實時調(diào)整臂架的允許工作幅度，限制臂架向危險方向動作。系統(tǒng)還可以根據(jù)設置在底盤大梁上的雙軸傾角傳感器所反饋的整車傾斜角度值，來實時控制4 個垂直支腿的伸出幅度，實現(xiàn)支腿的自動調(diào)平功能。每個垂直支腿均設置支腿著地檢測開關(guān)，任何一個支腿被檢測到著地時，如果還有其他支腿沒被檢測到，那么該支腿將停止伸出動作，等待其他支腿的檢測信號。當系統(tǒng)檢測到4 個支腿均著地后，開始啟動系統(tǒng)調(diào)平功能。這樣就可以實現(xiàn)在地基局部不平整時的調(diào)平。底盤自動調(diào)平到車輛前后或左右在0.5°以內(nèi)就不再調(diào)節(jié)，認為車輛水平。車輛已經(jīng)調(diào)平后再次按下調(diào)平按鍵，進行二次調(diào)平。

下車控制模塊還可以采集底盤狀態(tài)，遠程控制底盤發(fā)動機，實現(xiàn)對底盤的遠程點火、熄火控制、遠程油門調(diào)速、發(fā)動機二次點火保護等功能。

3.2 轉(zhuǎn)臺控制模塊

轉(zhuǎn)臺控制模塊是整車的主控制單元，各種控制邏輯及運算均在這里進行。該模塊根據(jù)下車控制模塊傳送來的支腿狀態(tài)，計算出臂體運動的安全幅度區(qū)間，同時采集用于測量臂體空間姿態(tài)的傳感器信號，如轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)編碼器、臂體變幅傾角傳感器、臂體伸縮長度傳感器等，計算出工作斗的實時三維坐標，當工作斗達到或超出安全工作范圍時，系統(tǒng)會自動切斷相應閥的輸出，限制危險方向動作，并給出報警提示。好的控制系統(tǒng)會在動作停止前自動減慢運動速度，避免動作驟然停止引起的機械沖擊，提高操作舒適度。

與常規(guī)高空作業(yè)車電控系統(tǒng)相比，該車設計的最大特點在于臂體部分通訊信號的光電轉(zhuǎn)換及傳輸。采用CAN/光纖轉(zhuǎn)換器和多模光纖進行實現(xiàn)。CAN 光纖轉(zhuǎn)換器是實現(xiàn)CAN 總線數(shù)據(jù)和光信號相互轉(zhuǎn)換的設備，轉(zhuǎn)臺控制器發(fā)出的CAN電信號經(jīng)過CAN/光纖轉(zhuǎn)換器后轉(zhuǎn)換成光信號，并通過光纖進行傳輸，而設置在工作斗部分的轉(zhuǎn)換器則將光纖傳輸過來的光信號再次轉(zhuǎn)換成電信號，發(fā)送給工作斗控制器，實現(xiàn)轉(zhuǎn)臺與工作斗之間的通訊。

根據(jù)絕緣臂高空作業(yè)車的特殊結(jié)構(gòu)特點及使用工況，CAN/光纖轉(zhuǎn)換器一般選用帶有光電隔離和中繼延長距離功能的轉(zhuǎn)換器，以避免雷擊、浪涌以及電磁干擾對數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊懀瑫r選用點對點式雙芯光纖接頭設計，實現(xiàn)數(shù)據(jù)獨立的接收和發(fā)送，提高通訊效率。由于絕緣臂高空作業(yè)車光纖傳輸距離較近，且數(shù)據(jù)量較少，我們一般選用較為經(jīng)濟的多模光纖，但光纖一般布置在臂體內(nèi)部或拖鏈里面，空間較為狹小，選型時需能滿足小折彎半徑的柔性光纖，如圖3。

圖3 CAN/光纖信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)

3.3 工作斗控制模塊

工作斗控制模塊主要用于收集操作人員的操作指令，控制工作斗回轉(zhuǎn)、升降及拐臂回轉(zhuǎn)等動作的輸出。該部分控制系統(tǒng)設計重點為操作界面設計及比例手柄選型。由于絕緣臂高空作業(yè)車操作人員工作時一般為帶電作業(yè)，需要佩戴絕緣手套和防護手套，手指關(guān)節(jié)操作不靈便，所以比例手柄需要選用手柄頭較大且較易按鍵的款式，操作面板也需考慮該特點。另外，作業(yè)時，操作人員需要將工作斗盡可能近地靠近帶電設備或者架空電線，所以控制系統(tǒng)對臂架動作控制的精確性和平穩(wěn)性要求非常高，動作停止時延遲時間要盡可能短，以免動作停止超時引起的設備碰撞事故。

4 結(jié)語

隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，帶電維修作業(yè)將是發(fā)展趨勢，本文所述基于光纖通信的絕緣臂高空作業(yè)車控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了工作斗連接臂架的管路從全液壓控制的十幾根簡化至3 根，減輕了臂架的重量，提高了整車穩(wěn)定性，同時實現(xiàn)了工作斗對整車的電比例手柄控制，使操作更簡便、更精確。