基于大中型建筑机械模块集成嵌入式系统分析

闫万里　赵志强

【摘要】随着我国经济转型的逐步深入，建筑行业得到了快速的发展。同时由于计算机技术、信息技术和网络技术的融合与发展，嵌入式技术得到了广泛的应用。嵌入式技术在建筑机械中的应用可以提高建筑工程施工的智能化和信息化特性，确保建筑工程高效高质量的实现。因此，典型大中型建筑机械嵌入式系统的设计和实现成为了研究的重点。本文针对通用的机械控制设备进行研究，以确保建筑机械嵌入式系统的通用性和普适性。本文从国内大中型建筑机械技术现状及发展趋势入手，对现如今国内大中型建筑机械技术存在的问题进行了分析，并对大中型建筑机械模块集成嵌入式系统总体技术方案进行了探究。具有较高的指导意义。

【关键词】：建筑机械；嵌入式系统；集成式

一、大中型建筑机械的定义

一般根据发动机功率的大小，我们可以将建筑机械分为小型机械、中型机械、大型机械，以及特大型机械等，但是对于不同用途的建筑机械，分类标准又有所不同。例如：装载机和推土机的分类标准均为发动机功率的大小，对于大中型装载机装载机，发动机功率需要大于74KW，对于大中型推土机，发动机功率需要大于50KW，而挖掘机划分标准则是根据铲斗的容量，大中型挖掘机的铲斗容量需要大于4m3。由此可以发现，大中型建筑机械的共同特点是发动机功率大、单次完成的工作量大等，并且被广泛应用在一些任务繁重的工程中，是土建建筑过程中不可获取的施工机械。

二、国内大中型建筑机械技术现状及发展趋势

从改革开放以来，在国家改革开放政策的正确领导下，我国的大中型建筑机械通过将国外先进技术与自身实际情况结合，并积极进行自我创新，现已经取得了突飞猛进地发展，并且在各项建设中起到了至关重要的作用。值得一提的是机一电一液一体化技术的广泛推广，令我国建筑机械行业进入了一个新的发展阶段。在各种技术、工艺和方法的不断创新与应用下，我国的建筑机械技术的总体水平已经达到了一个新的高度。现阶段，我国大中型建筑机械的技术水平现状通过以下几个方面表现出来：

1.提高操作的精确性和舒适性

在“十五"期间，通过合理利用先导比例控制系统，我国工程机械上车操纵系统已经成功完成了由机械操纵系统向先导控制系统的转变。先导控制系统的主操纵阀为负荷敏感式比例多路换向阀，抗冲击阀和防气阀均存在于各联换向阀中，进口比例式减压阀应用于先导阀中，主操纵阀的阀芯位移与先导阀输出压力成正比关系，因此整个系统的微动性和作业精度较好。并且在负荷敏感阀的作用下，执行元件的运动速度不受负载的影响，操作者的操作难度和工作量得到减少。另外一个优势就是实现机一电一液逻辑安全控制系统并不复杂。先导系统中的各种安全保护阀可以确保整个系统的可靠性和安全性。

2.提高产品的智能化

现阶段，电比例控制器和PLC集成式可编程计算机系统被广泛应用在国内大中型建筑机械系统中，同时采用常规电气，实现逻辑控制功能与电比例控制功能。传统继电器和比例放大器已被集成式可编程计算机系统取代，集成式可编程计算机系统可对比例信号进行数字调整，计算机来完成复杂的逻辑控制功能，自动控制工程机械，操作起来更加简单方便，在很大程度上提高了系统的可靠性和工作效率。

三、国内大中型建筑机械技术存在的问题

现阶段，在國内外市场的巨大需求和激烈的行业内竞争的带动下，我国大中型建筑机械正不断地进行自我创新与完善，技术含量得到了显著性提高，但是仍然存在不足的方面。

第一，缺少核心技术。最近几年，国内企业虽然将国外先进产品成功移植到自己产品中或者对其先进技术进行了“克隆”，但是其中的核心技术、关键零部件缺乏自主研发。特别是大型机械成套设备国自主生产水平较低，主要还是从国外直接引进，或者与国外企业一起合作生产；并且，国外先进企业信息化和智能化水平较高，以电子、信息技术创新为开发的先导，对计算机故障诊断与监控、精确定位与作业、发动机燃料控制和人机工程学等方面进行了大量的研究与开发，提高了产品的科技含量，而我国企业科技化水平较低，很难与国外企业相比。

第二，工艺手段落后。我国的专用制造工艺大部分采用的是通用工艺，技术较为宽泛和基础，特别是焊接工艺。焊接工艺的落后是结构件断裂在大中型挖掘机出现的主要原因，缺乏有效的技术手段。由于技术工艺的通用化，导致结构件的冷加工装备和检验手段无法根据产品的类型不同而做出改变，从而导致产品质量较低。

第三，故障分析能力不足。国内企业对液压系统、结构件和电控系统等方面的故障分析能力存在明显不足，主要表现在缺少专业技术人员以及合理有效的诊断手段，对于国内科研院所现有人员、手段、资源没有进行充分合理的利用，没有清晰的分析方向，还处在理论分析阶段，实际操作性不强，效果不明显。

四、大中型建筑机械模块集成嵌入式系统总体技术方案

1、执行动作与状态参量分析

一般情况下，建筑工程机械是通过机械传动机构由发动机带动液压泵，液压泵为液压系统提供可以带动液压执行元件驱动工作的压力油。在进行大中型建筑机械通用型嵌入式监控系统设计的时候，首先需要对监控任务进行明确，由于在大中型建筑机械工作中典型极性具有较强的一般性，对其进行研究和分析能够很好的代表大中型建筑机械。在对大中型建筑机械模块嵌入式系统的设计过程中，需要对监控系统的数据监测点和执行控制点进行确定。

2.大中型建筑机械通用型嵌入式监控点

典型大中型建筑机械的工况参数一般有以下几种信号来体现，信号包括模拟量、数字量、开关量和图像信息等。而模拟量又包括温度、压力、速度和位移等参数，速度可分为线速度、角速度等，而位移也包括角位移和线位移两种。数字量又可以体现为生产数量和设备故障次数等；开关量主要是指对压力、温度、速度的极限值进行判断；图象信息是指图象的位置、大小、颜色等信息。综上所述，在对典型大中型建筑机械嵌入式监控系统进行设计时，需要对上述信号进行充分的分析和监测。

五、结语

典型大中型建筑机械嵌入式系统的设计是根据NI公司开发的可编程自动化控制器PAC为基础，同时采用LabView作为软件平台进行开发。对于典型大中型建筑机械嵌入式系统，采用各种输入输出的模块来对大中型建筑机械工作状态进行采集和分析，并对采集来的数据进行处理，进而对建筑机械进行控制。此外，通过LabView软件进行开发可以提高系统的可移植性，便于系统的实现。通过将嵌入式技术应用在建筑机械中，可以大大的提高大中型建筑机械的工作效率，实现建筑工程的自动化和智能化的施工，确保建筑工程高质量高效率的实现。

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