以承受循環(huán)性結(jié)構(gòu)疲勞以及會不利地影響工業(yè)機械的工作壽命的應(yīng)力。結(jié)構(gòu)負載也通 過限制可以施加的提升的水平來限制工業(yè)機械的執(zhí)行性能。為了減少工業(yè)機械的結(jié)構(gòu)負載 和/或增加性能，工業(yè)機械的控制器針對挖掘循環(huán)中的不同點，動態(tài)地將鏟動收縮力限制 到必要的值。挖掘操作期間以這樣的方式控制工業(yè)機械的操作允許工業(yè)機械的結(jié)構(gòu)負載減 少或者有效負載增加，而不會增加工業(yè)機械所承受的總結(jié)構(gòu)負載。
[0025] 盡管本文所記載的本發(fā)明可以應(yīng)用于各種工業(yè)機械、由各種工業(yè)機械實施或者結(jié) 合各種工業(yè)機械（例如，繩鏟、索斗鏟、交流（AC)電機、直流（DC)電機、液壓機械等）一起 使用，但是針對電動鏟或者諸如圖1中所示的動力鏟10的動力鏟描述了本文所描述的實施 例。動力鏟10包括履帶15,用于推動鏟10向前和向后，并用于轉(zhuǎn)動繩鏟10(即，通過改變 左右履帶相對于彼此的速度和/或方向）。履帶15支撐包括駕駛室30的底座25。底座25 能夠繞著擺動軸線35搖擺或擺動，例如，以從挖掘位置移動到傾卸位置。履帶15的移動不 一定是擺動運動。繩1產(chǎn)10進一步包括可樞轉(zhuǎn)1產(chǎn)斗柄部45和|產(chǎn)斗50。f產(chǎn)斗50包括用來傾 卸鏟斗50中所裝物的門55。
[0026] 繩鏟10包括耦合在底座25和吊桿65之間的、用來支撐吊桿65的吊索60。繩鏟 也包括鋼絲索或者附接到底座25之中的絞車和提升鼓輪（未示出）的提升索70以用于卷 起提升索79來升降鏟斗50,以及在另一個絞車（未示出）和鏟斗門55之間連接的鏟動索 75。繩鏟10也包括鞍狀塊80、滑輪85以及門架結(jié)構(gòu)90。在一些實施例中，繩鏟10為Joy GlobalSurfaceMining所產(chǎn)的P&H?4100 系列?產(chǎn)。
[0027] 圖2圖示了與圖1中鏟10相關(guān)聯(lián)的控制器200。控制器200電連接和/或可通信 地連接到鏟10的各個模塊以及組件。例如，所圖示的控制器200連接到一個或多個的指示 器205，、用戶接口模塊210、一個或多個提升啟動裝置（例如，馬達、液壓缸等）以及提升驅(qū) 動215、一個或多個鏟動啟動裝置（例如，馬達、液壓缸等）和擺動驅(qū)動220、一個或多個擺 動啟動裝置（例如，馬達、液壓缸等）和擺動驅(qū)動225、數(shù)據(jù)存儲或者數(shù)據(jù)庫230、電源模塊 235以及一個或多個傳感器240?？刂破?00包括硬件和軟件的組合，它們能操作為尤其控 制動力鏟10的操作，控制吊桿65、鏟斗柄部45、鏟斗50等的位置，激活一個或多個指示器 205 (例如，液晶顯示器["IXD"]，監(jiān)視鏟10的操作等。一個或多個傳感器240包括尤其負 載腳應(yīng)變計、一個或多個傾斜儀、門架銷、一個或多個馬達場模塊、一個或多個解析器等。在 一些實施例中，可以使用除了鏟動馬達驅(qū)動之外的鏟動驅(qū)動（例如，用于獨腳柄、棍子、液 壓缸等的鏟動驅(qū)動）。
[0028] 在一些實施例中，控制器200包括向控制器200和/或鏟10之中的組件和模塊提 供電力、操作性控制和保護的多個電動或者電子組件。例如，控制器200尤其包括處理單元 250 (例如，微處理器、微控制器或者另一適宜的可編程裝置）、存儲器255、輸入單元260和 輸出單元265。處理單元150尤其包括控制單元270、算術(shù)邏輯單元（"ALU"）275,以及多 個寄存器280(圖2中所示為一組寄存器），并且使用已知的計算機架構(gòu)來實現(xiàn)，諸如修正的 哈佛架構(gòu)、馮諾伊曼架構(gòu)等。處理單元250、存儲器255、輸入單元260和輸出單元265、以 及連接到控制器200的各種模塊通過一個或多個控制和/或數(shù)據(jù)總線（例如，公用總線） 來連接。出于說明的目的，控制和/或數(shù)據(jù)總線在圖2中大體地示出。鑒于在此描述的發(fā) 明，為了在各種模塊和組件當中形成相互連接和通信而使用的一個或多個控制和/或數(shù)據(jù) 總線對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將是已知的。在一些實施例中，控制器200在半導(dǎo)體（例如， 現(xiàn)場可編程門陣列["FPGA"]半導(dǎo)體）芯片上部分地或者完全地實施，諸如通過寄存器傳 送級（"RTL"）設(shè)計程序來開發(fā)的芯片。
[0029] 存儲器255包括例如程序存儲區(qū)域和數(shù)據(jù)存儲區(qū)域。程序存儲區(qū)域和數(shù)據(jù)存 儲區(qū)域可以包括不同類型存儲器的組合，諸如只讀存儲器（"ROM"）、隨機存取存儲器 ("RAM"）（例如，動態(tài)RAM[ "DRAM"]、同步DRAM[ "SDRAM"]等），電可擦可編程只讀存儲 器（"EEPR0M"）、閃存、硬盤、SD卡或者其他適宜的磁性、光學(xué)、物理或者電子存儲器裝置。 處理單元250連接到存儲器255,并執(zhí)行能夠存儲在存儲器155的RAM(例如，執(zhí)行期間）、 存儲器255的ROM(例如，在大體上永久性的基礎(chǔ)上）、或者諸如另一存儲器或者光盤的另外 的非暫時性計算機可讀介質(zhì)之中的軟件指令。包括在鏟10的實現(xiàn)之中的軟件可以存儲在 控制器200的存儲器255之中。軟件包括例如固件、一個或多個應(yīng)用、程序數(shù)據(jù)、過濾器、規(guī) 貝1J、一個或多個程序模塊、和其他可執(zhí)行指令。控制器200被配置為從存儲器檢索、并執(zhí)行 尤其與本文中所記載的控制程序和方法相關(guān)的指令。在其他結(jié)構(gòu)中，控制器200包括額外 的、更少的或者不同的組件。
[0030] 電源模塊235向控制器200或者鏟10的其他組件或者模塊提供額定交流或者直 流電壓。電源模塊235由例如電源供電，該電源具有在100V和240VAC之間的額定線電壓， 以及約50-60HZ的頻率。電源模塊235也被配置為提供較低電壓來操作控制器200或者鏟 10之中的電路和組件。在其他結(jié)構(gòu)中，控制器200或者鏟10之中的其他組件和模塊由一個 或多個電池或者電池組、或者另一種獨立于電網(wǎng)的電源（例如，發(fā)電機、太陽能板等）供電。
[0031] 用戶接口模塊210被用于控制或者監(jiān)視動力鏟10。例如，用戶接口模塊210被能 操作地耦接到控制器200以控制鏟斗50的位置、吊桿65的位置、鏟斗柄部45的位置等。用 戶接口模塊210包括需要實現(xiàn)所需控制水平以及對動力鏟10進行監(jiān)視所需要的數(shù)據(jù)和模 擬輸入或輸出裝置的組合。例如，用戶接口模塊210包括顯示器（例如，主顯示器、輔顯示 器等）以及輸入裝置，諸如觸屏顯示器、多個旋鈕、撥號盤、開關(guān)、按鈕等。顯示器是例如液 晶顯示器（"IXD"）、發(fā)光二極管（"LED"）顯示器、有機LED( "OLED"）顯示器、電致發(fā)光 顯示器（"ELD"）、表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射顯示器（"SED"）、場致發(fā)射顯示器（"FED"）、薄膜晶 體管（"TFT")IXD等。用戶接口模塊210也可以配置為實時或者基本上實時地顯示與動力 鏟10相關(guān)聯(lián)的條件或數(shù)據(jù)。例如，用戶接口模塊210被配置為顯示動力鏟10所測得的電 性能、動力鏟10的狀態(tài)、鏟斗50的位置、鏟斗柄部45的位置等。在一些實現(xiàn)中，用戶接口 模塊210結(jié)合一個或多個指示器205 (例如LED、揚聲器等）來控制，以提供動力鏟10的狀 態(tài)或者條件的視覺或者聽覺提示。
[0032] 圖3圖示了動力鏟10的更為詳細的控制系統(tǒng)400。例如，動力鏟10包括主控制器 405、網(wǎng)絡(luò)交換機410、控制柜415、輔助控制柜420、操作者室425、第一提升驅(qū)動模塊430、 第二提升驅(qū)動模塊435、鏟動驅(qū)動模塊440、擺動驅(qū)動模塊445、提升場模塊450、鏟動場模 塊455、和擺動場模塊460?？刂葡到y(tǒng)400的各種組件通過并經(jīng)由例如，利用諸如過程現(xiàn)場 總線（"PROFIBUS"）、以太網(wǎng)、控制網(wǎng)、基金會現(xiàn)場總線、互聯(lián)總線、控制器局域網(wǎng)（"CAN"） 總線等等的工業(yè)自動化的一個或多個網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的光纖通信系統(tǒng)連接及通信?？刂葡到y(tǒng)400 可以包括以上相對于圖2描述的組件和模塊。例如，一個或多個提升啟動裝置和/或驅(qū)動 215對應(yīng)于第一和第二提升驅(qū)動模塊430和435, 一個或多個鏟動啟動裝置和/或驅(qū)動220 對應(yīng)于鏟動驅(qū)動模塊440,以及一個或多個擺動啟動裝置和/或驅(qū)動225對應(yīng)于擺動驅(qū)動模 塊445。用戶接口 210和指示器205可以被包括在操作者室425等之中。應(yīng)變計、傾斜儀、 門架銷、解析器等可以向主控制器405、控制器柜415、輔助柜420等提供電信號。
[0033] 第一提升驅(qū)動模塊430、第二提升驅(qū)動模塊435、鏟動驅(qū)動模塊440和擺動驅(qū)動模 塊445被配置為從例如主控制器405接收控制信號，以控制鏟10的提升、鏟動和擺動操作。 控制信號與鏟10的提升、鏟動、和擺動啟動裝置215、220和225的驅(qū)動信號相關(guān)聯(lián)。隨著 驅(qū)動信號應(yīng)用到啟動裝置215、220和225,啟動裝置的輸出（例如，電子和機械輸出）被監(jiān) 視并反饋回主控制器405 (例如，經(jīng)由場模塊450-460)。