工程机械比例阀电流采集方案——IPEhub2与IPEmotion APP
自从国家实施一带一路和新基建计划以来，工程机械的需求量呈现出快速增长的趋势。而关于工程机械，其比例阀的控制问题不容忽视。比例阀是一种新型的液压控制装置——在普通压力阀、流量阀和方向阀上，用比例电磁铁替代原有的控制部分，并按输入的电气信号连续、按比例地对油流的压力、流量或方向进行远距离控制。
一
面临的问题
普通分流计是根据直流电流通过电阻时在电阻两端产生压差的原理制成，且其只能简单的测直流电。而工程机械比例阀的电流是PWM电流信号，需要通过特殊的方法进行滤波，可见普通的测量电流的方法就明显不再适用了。因此，如何测比例阀的电流就非常值得我们深思。
二
工程机械比例阀电流的测量方法
| 简介
电液比例阀是近年来出现的控制元件，它是将输入的电信号连续、按比例地控制液压系统中的流量、压力和方向的控制阀，是介于普通阀和伺服阀之间的一种液压控制元件。电液比例阀与普通液压阀相比较，有如下特点：
• 能够比较容易地实现远距离或程序控制；
• 能连续、按比例地控制剪板机液压系统的压力和流量，并对执行元件实现位置、速度和力的控制，还能减少压力变换时的液压冲去；
• 可减少系统中液压元件的数量并简化油路；
• 比例阀一般都具有压力补偿性能，所以它的输出压力和流量可不受负载变化的影响。
在一般工程技术只需对力、位移、速度等参量进行控制时，因为对动态性能要求不高，所以电液比例阀能够满足要求，因此其已被广泛应用。
电液比例控制的核心是控制电流。模拟式控制功率输出级到比例阀线圈的电流是连续的，功率器件功耗大，且需加装散热装置。而PWM控制功率输出级为开关型结构，功耗小；PWM信号中包含了同频率的脉动量，而无需另加颤振信号，且抗干扰和抗污染能力强，滞后时间短，重复精度高。此外，由于采用了数控，其与计算机的连接非常方便，可实现程序控制。
| 方法
风丘科技的方案是利用比例阀分流计测量阀电流，并输出电压信号。模块内部带有PWM滤波，可将PWM电流信号的波形转换成稳定的电压信号输出到模拟量模块，同时模拟量模块的剩下通道可采集其他传感器信号，然后连接IPEhub2，以利用IPEhub2来采集工程机械车辆总线信号，再输出到PC端，最后可通过IPEmotion APP来远程实时查看数据。
在工况恶劣，空间狭小的试验场景或工程机械领域，试验人员在试验环境中不但对自身安全没有保障，还会对试验过程造成影响，如高温高压测试、工程机械液压系统测试等，而将IPEhub2与IPEmotion APP相结合，不仅可保障试验人员的安全，也可排除对实验结果有影响的因素，无疑是为此类试验制定的优质解决方案。
（设备连接示意图）
三
硬件支持
| 比例阀分流计
该模块用来测量电流，并输出电压信号。模块内部带有PWM滤波，可将PWM电流信号的波形转换成稳定的电压信号输出，且其与IPE模块兼容性高。
性能：
• 工作温度：-20~70℃；
• 电气隔离：未隔离；
• 供电电压：15V；
• 采样电阻：100mΩ；
• 采集电流范围：0~2A；
• 采样精度：≤0.5%；
• 输出信号：0~1V。
| 模拟量采集模块
性能：
• 支持模拟量测量；
• 8通道模拟量信号输入；
• 采样率可达5kHz，通道供电：0~15VDC/±15VDC；
• 测量范围：±10mV~±100V（电压），0~±20mA（电流）；
• 测量精度：±0.025%（电压）±0.05%（电流）；
• 硬件滤波：600Hz；
• 防护等级：IP67；
• 相对湿度：5~95%；
• 配置接口：CAN /CAN FD；
• 工作电压：6~59VDC；
• 工作温度：-40~125℃。
| IPEhub2和IPEmotion APP
性能：
• 接口：2 CAN HS；
• 协议/报文，添加CCP/XCP on CAN；J1939；OBD；UDS/ODX/PDX；
• 数据储存SD卡至多支持32GB；
• Ethernet接口：100Mbit；
• 远程功能：Wi-Fi；
• 数据储存文件格式：ZIPRT、MDF4.1；
• 供电：9~36VDC；
• 完全电气隔离；
• 防护等级：IP54；
• 工作温度：-40~85℃。
四
软件支持
接通电源，通过无线或者Wi-Fi来检测到IPEhub2。在检测到模拟量模块之后，通道一连接的即为比例阀分流计，再设置比例关系0~2A对应0~1V，传感器范围0~1V，且还需给比例阀分流计进行供电。
如此一来，即可同步测量和采集比例阀电流，以及其他传感器信号。
（IPEmotion配置界面）
▶ 远程试验数据管理：利用IPEhub2与IPEmotion APP实现随时随地的数据访问与记录