瀝青路面養(yǎng)護車控制系統(tǒng)設計及研究

陳 毅，梅彥利，張全逾，曼茂立

(承德石油高等?？茖W校汽車工程系，河北 承德 067000)

隨著中國高速公路里程數(shù)位居世界第一位，中國的公路交通事業(yè)在近些年得到了迅速發(fā)展。根據(jù)權威資料表明，公路建成5～10年后，就需要對路面進行養(yǎng)護［1］。瀝青路面養(yǎng)護車是各等級公路和市政道路養(yǎng)護中必不可少的大型設備。本文在深入分析路面養(yǎng)護車的結(jié)構特點和工作原理的基礎上，設計了以PLC為控制器的控制系統(tǒng)，極大地提高了養(yǎng)護車的自動化程度和路面養(yǎng)護質(zhì)量［2］。

1 養(yǎng)護車概述

采用二類底盤的滾筒式養(yǎng)護車，它的核心工作部分是瀝青熱再生滾筒系統(tǒng)，滾筒系統(tǒng)主要由取力器、減速機、馬達，滾筒前后支座，加熱滾筒及葉片等組成(見圖1)。加熱滾筒在發(fā)動機取力器的帶動下，依靠液壓馬達實現(xiàn)滾筒的雙向變速旋轉(zhuǎn)，滾筒旋轉(zhuǎn)速度在0～14 rpm?；赑LC的控制系統(tǒng)主要通過控制滾筒的加熱系統(tǒng)和燃燒系統(tǒng)以及加熱板的工作狀態(tài)，來提高養(yǎng)護車的施工質(zhì)量的［3］。

2 控制系統(tǒng)硬件設計及選型

養(yǎng)護車控制系統(tǒng)主要由四部分組成，分別為:PLC控制器、滾筒加熱系統(tǒng)、加熱板加熱系統(tǒng)和人機操作界面。其中PLC控制器(包括模擬量擴展模塊)主要功能是進行邏輯控制運算，滾筒溫度控制系統(tǒng)主要功能是實現(xiàn)滾筒中瀝青混合料的測溫和加熱的自動控制。加熱墻溫度控制系統(tǒng)的主要功能是對壞損路面加熱、測溫的程序化、精確化地自動控制。溫度控制系統(tǒng)使?jié)L筒內(nèi)瀝青混合料和病害瀝青路面達到最佳施工溫度，以提高施工的質(zhì)量和速度。人機操作界面則用來進行人機友好交互操作，實現(xiàn)工作裝置的啟動和停止，控制系統(tǒng)參數(shù)的設定、監(jiān)控和報警，以及系統(tǒng)的復位等操作。主控制器PLC的電路原理圖如圖2所示。采用的控制器是西門子S7-200系列，CPU模塊是224XP。數(shù)字量I/O點數(shù)是24，其中輸入14點，輸出10點;模擬量I/O點數(shù)是3，包括2路模擬量輸入和1路輸出［4］。控制系統(tǒng)采用的紅外溫度傳感器是三線制模擬信號傳感器，PLC控制器通過模擬量通道實時采集紅外傳感器輸出的溫度信號。滾筒加熱系統(tǒng)和加熱板加熱系統(tǒng)均采用間歇式的加熱方式，利用多枚紅外溫度傳感器來實時監(jiān)測瀝青混合料的溫度。

3 控制系統(tǒng)軟件設計

根據(jù)養(yǎng)護車控制系統(tǒng)硬件設計和其工作原理，控制系統(tǒng)軟件采用西門子S7-200 PLC相應的程序設計軟件STEP7-Micro/WIN 32。控制程序包括主程序，各個模塊子程序，中斷程序等。子程序包括初始化子程序，滾筒加熱子程序，加熱板加熱子程序等［5］。主程序主要是進行邏輯運算和調(diào)用各個子程序。中斷程序采用2個ms級的定時中斷，主要用來采集傳感器的信號并不斷刷新信號。滾筒加熱系統(tǒng)根據(jù)控制程序和控制器輸入來控制滾筒的運轉(zhuǎn)和加熱溫度及時間。圖3是滾筒加熱子程序的流程圖。本控制軟件采用模塊化的設計方法，將各個控制功能設計為獨立的子程序，這樣不僅利于程序段的修改也保證了程序的封裝性。

4 結(jié)論

瀝青路面養(yǎng)護車是公路機械化養(yǎng)護的重要大型設備，其控制系統(tǒng)的性能是決定施工質(zhì)量的關鍵因素之一。本文在深入分析瀝青路面養(yǎng)護車的結(jié)構特點和工作原理的基礎上，設計出以PLC為控制器的數(shù)字控制系統(tǒng)。在充分考慮了PLC在工程機械上的應用特點，設計出PLC控制器的硬件電路，并結(jié)合控制要求設計出軟件的控制流程圖。在后期的整機測試中，證實了該數(shù)字控制系統(tǒng)明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的模擬控制系統(tǒng)，而且極大地提高了路面施工的質(zhì)量。

［1］呂寧.瀝青路面微波養(yǎng)護車實驗與結(jié)構研究［D］.西安:長安大學，2007.

［2］余金松.新型瀝青路面高效養(yǎng)護車［J］.建筑機械，2004(09):88－89.

［3］陳金龍.一種新型的瀝青路面養(yǎng)護車設［J］.專用汽車，2009(03):56－57.

［4］曾勵.機電一體化系統(tǒng)設計［M］.北京:高等教育出版社，2004.

［5］宋伯生.PLC編程理論.算法及技巧［M］.北京:機械工業(yè)出版社.2005.