基于Codesys的筑路機械的測控系統(tǒng)設(shè)計

侯念榮

（山西省交通科學研究院，太原 030006）

Codesys是一種PLC軟件編程工具，功能強大，支持多種PLC編程語言，在同一項目中，用戶可選擇不同語言對子程序及功能模塊進行編輯，其在自動化工業(yè)控制軟件系統(tǒng)中具有良好的應(yīng)用價值[1]。就地熱再生（HIR）工藝對路面進行修復(fù)時，主要依靠筑路機械來實現(xiàn)，能夠?qū)⑴f瀝青路面一次性翻新成型，不會造成環(huán)境污染，因而受到社會高度關(guān)注。

1 基于Codesys的筑路機械的測控系統(tǒng)的組成

1.1 筑路機械的操作流程

在就地熱再生機組中，當廢料銑刨完成后，由筑路機械將其收集起來，添加新料后，于攪拌鍋內(nèi)充分攪拌，經(jīng)由出料門將新料攤鋪之路面，控制好新料攤鋪高度，這是筑路機械操作的基本原理。

就筑路機械具體操作流程來看，首先要結(jié)合操作需求調(diào)整好筑路機械的具體位置，確保整機與出料口中心與正地面料條中心處于相對狀態(tài)。然后，通過翻斗車將新瀝青混合料置于筑路機械的受料斗內(nèi)，為保證這一操作規(guī)范無誤，應(yīng)保持整機頭部頂住翻斗車，以便于裝料。放下加熱器兩側(cè)的加熱板，下放后應(yīng)與道路表面相接近，啟動加熱系統(tǒng)。明確受料斗出料標定量，并嚴格依照表定量進行出料操作，于舊路料條上均勻撒布新料。

之后筑路機械勻速前進，將筑路機械的粉料裝置下放，令料條有序攤鋪，規(guī)范開展分料螺旋操作。在分料螺旋操作之后可進行集料螺旋操作，也就是說，地面上新料與舊料相融合后，適度下放集料螺旋，令混合料集聚，將集料傾斜輸送刮板下放，令其與地面保持平行狀態(tài)，刮板隨著筑路機械的前行將地面刮凈，至此完成整個收料操作。在攪拌鍋內(nèi)對新舊料進行二次攪拌，促使其充分融合，之后打開筑路機械的出料門，勻速輸出混合料，令混合料均勻落至地面，控制好攤鋪高度，以便加強質(zhì)量控制。

1.2 筑路機械工作組成部分

就筑路機械工作組成部分來看，其主要包含四個方面。

1.2.1 加熱組成

加熱組成的運行模式為循環(huán)熱封，通過加熱爐、鼓風機、循環(huán)風機等的協(xié)調(diào)配合，完成整個加熱操作。加熱組成處于筑路機械整車前端位置，其主要負責對地面進行加熱至標準工作溫度，為后續(xù)各項工作的順利開展打下良好基礎(chǔ)。

1.2.2 工作組成

工作組成是筑路機械的重要組成部分，其承擔著筑路機械動作的主要職責，其中包括循環(huán)風機、鼓風機系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)與攪拌系統(tǒng)等，為筑路機械各項操作的實現(xiàn)提供可靠支持，其中變量柱塞泵、頂梁柱塞馬達和液壓缸主要負責執(zhí)行筑路機械的相關(guān)操作，以保證筑路機械的規(guī)范運行，其中執(zhí)行機構(gòu)工作壓力不可低于15MPa，不可超出25MPa，否則會影響筑路機械性能的正常發(fā)揮。

1.2.3 行走組成

行走組成主要通過實時監(jiān)控筑路機械整車來維護筑路機械的穩(wěn)定運行，以筑路機械整車運行速度為監(jiān)控對象，通過速度傳感器來實現(xiàn)監(jiān)控，轉(zhuǎn)速的輸出是依靠閉環(huán)來實現(xiàn)的。與此同時，行走組成對筑路機械的前輪與后輪提出具體要求，必須為實心輪胎，一般以非驅(qū)動橋充氣形態(tài)式實心輪胎作為前輪，而以雙聯(lián)驅(qū)動橋?qū)嵭妮喬プ鳛楹筝啠源_保筑路機械對路況具有良好適應(yīng)性，從而提高筑路機械運行的穩(wěn)定性。

1.2.4 輔助組成

在筑路機械工作過程中，輔助組成是指對整車中輔助工具進行操作，如前后照明燈、警示燈、操作臺照明等，這些細節(jié)看似不起眼，實際上也關(guān)系著筑路機械運行及操作的穩(wěn)定性與規(guī)范性。

2 基于Codesys的筑路機械的測控系統(tǒng)硬件設(shè)計

基于Codesys的筑路機械的測控系統(tǒng)設(shè)計主要由傳感器、控制器、PWM輸入輸出等組成，就測控系統(tǒng)內(nèi)部來看，系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)工作主要是依靠控制器與觸摸屏來實現(xiàn)的，基于Codesys的筑路機械測控系統(tǒng)框架如圖1所示。其中不同控制器的職責不同，第一控制器的職責在于就發(fā)動機運行狀態(tài)及參數(shù)進行管理，并做好行走控制和轉(zhuǎn)向控制，除此之外還包括行駛速度、蓄電池電壓等必要參數(shù)的檢測工作。而第二控制器則主要負責加熱器、粉料螺旋及攪拌機控制等方面的液壓動作。

圖1 測控系統(tǒng)框架

2.1 嵌入式PLC配置

基于Codesys的筑路機械的測控系統(tǒng)設(shè)計中，為提高硬件設(shè)計的合理性和可行性，需要做好嵌入式PLC配置工作[2]。在這一過程中，選用TTC200控制器，其功能強大，適用性良好，防護等級為IP65，工作溫度適宜，具有良好的抗振動與抗沖擊能力，符合筑路機械工作安全標準。TTC200控制器的CPU為MPC555K3 40MHz，控制器端子中包含模擬量輸入、開關(guān)量/頻率輸入、PWM輸出、開關(guān)量輸出、模擬量輸出和主板溫度監(jiān)控等。為滿足通信要求，嵌入式PLC配置中集成了TTP總線和CAN總線，分別為兩路，以保證嵌入式PLC配置的可行性。

2.2 觸摸屏配置設(shè)計

基于Codesys的筑路機械測控系統(tǒng)設(shè)計中，在觸摸屏配置設(shè)計方面，以ST104V5T彩色圖形高性能顯示模塊作為觸摸屏，實際防護等級可達IP65，具有良好的振動沖擊和電磁輻射效果，工作溫度適宜，即便是在復(fù)雜環(huán)境中也具有良好適應(yīng)性。該觸摸屏以MPC823E 66MHz為CPU，具備32k數(shù)據(jù)存儲空間，觸摸屏端子包括C2、C3、C 4端口。

3 基于Codesys的筑路機械的測控系統(tǒng)軟件設(shè)計

就基于Codesys的筑路機械測控系統(tǒng)設(shè)計來看，其軟件設(shè)計主要包括PLC程序設(shè)計與觸摸屏程序設(shè)計，基于CAN-Bus通信協(xié)議來實現(xiàn)穩(wěn)定通信，整個測控系統(tǒng)設(shè)計是通過ST語言來控制筑路機械。

3 1TTC200軟件設(shè)計

測控系統(tǒng)設(shè)計中，兩個控制器的功能不同，分別負責筑路機械工作系統(tǒng)和機械運行狀態(tài)與輔助系統(tǒng)的監(jiān)控工作。負責筑路機械工作系統(tǒng)的控制其主要由五個部分組成，包括前加熱器油與后加熱器的油缸升降、后加熱器自動、粉料螺旋油缸升降、集料傾斜輸送油缸升降及受料斗開啟。在這一方面，液壓動作的檢測需要多個DI端口來實現(xiàn)，受料斗輸送新料及電動機的輸送需要依靠AI端口來實現(xiàn)，受料斗電動機轉(zhuǎn)速的檢測需要通過DI端口來實現(xiàn)，這一DI端口應(yīng)具備定時功能，以保證工作系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。通過計算可知，在TTC200軟件設(shè)計中，控制器涉及14個DI端口和1個AI端口，而油缸控制涉及18個DO端口，受料斗電動機轉(zhuǎn)速需通過一個PWM端口來實現(xiàn)，并且PWM端口呈可輸出狀態(tài)。

3.2 TTCVision觸摸屏軟件設(shè)計

Codesys為觸摸屏基本編程環(huán)境，就觸摸屏的功能來看，其主要負責接收筑路機械的狀態(tài)數(shù)據(jù)，并于觸摸屏界面上實時顯示出來，這些狀態(tài)數(shù)據(jù)是由CAN總線上控制器所傳送的。數(shù)據(jù)幀中包含相關(guān)命令，將數(shù)據(jù)幀發(fā)送至CAN總線，即可完成命令發(fā)送。由此可知，觸摸屏功能的設(shè)定主要包含兩個方面，一是循環(huán)運行主函數(shù)，以滿足數(shù)據(jù)接收與發(fā)送需求；二是將可視化界面數(shù)據(jù)循環(huán)刷新，以實時顯示筑路機械狀態(tài)數(shù)據(jù)。就觸摸屏主函數(shù)工作流程來看，當系統(tǒng)開啟后，由時間標定模塊出發(fā)，以更新系統(tǒng)最新時間，運行至發(fā)動機監(jiān)控模塊，將發(fā)動機相關(guān)狀態(tài)準確顯示出來，到液壓動作控制模塊，主要執(zhí)行系統(tǒng)相關(guān)動作，比如控制前部加熱器等，再到故障診斷模塊，對控制器運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測，最后到可視化模塊刷新，重新刷新數(shù)據(jù)，之后返回至時間標定模塊，至此完成整個循環(huán)[3]。

4 基于Codesys的筑路機械測控系統(tǒng)的通信系統(tǒng)設(shè)計

基于Codesys的筑路機械測控系統(tǒng)設(shè)計中，CAN總線屬于串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，通過CAN總線來交換控制器與觸摸屏之間相關(guān)數(shù)據(jù)，具有一定可行性。在液壓控制過程中，第二控制器負責液壓控制，通過對CAN總線初始化進行觀察可以發(fā)現(xiàn)，第二個控制器中包含兩個數(shù)據(jù)幀，分別負責數(shù)據(jù)接收和數(shù)據(jù)發(fā)送，均為待設(shè)定狀態(tài)，格式比較標準。結(jié)合液壓動作令相同數(shù)量的布爾值通過觸摸屏后，及時錄入液壓動作控制界面按鈕的檢測結(jié)果，組合為字節(jié)后經(jīng)由CAN總線傳輸?shù)娇刂破?，至此完成整個液壓控制。筑路機械運行穩(wěn)定性是通過將控制器狀態(tài)數(shù)據(jù)作為依據(jù)由觸摸屏實現(xiàn)判斷的，就其整個過程來看，當CAN總線接收數(shù)據(jù)幀后，觸摸屏判斷其完整性，并將緩沖區(qū)暫存的數(shù)據(jù)幀依次讀取至相關(guān)數(shù)值中，完成總線數(shù)據(jù)接收工作，之后對相關(guān)數(shù)據(jù)加以科學驗證，即可完成本輪狀態(tài)判斷工作，明確所設(shè)計通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性與延時情況，確認其符合筑路機械測控系統(tǒng)設(shè)計標準。

4 結(jié)語

在就地熱再生機組中，明確筑路機械功能后，需要做好基于Codesys的筑路機械的測控系統(tǒng)設(shè)計工作，包括硬件設(shè)計、軟件設(shè)計和通信系統(tǒng)設(shè)計，確保測控系統(tǒng)功能與操作滿足整體設(shè)計要求，提高測控系統(tǒng)設(shè)計的有效性和可行性，促進筑路機械功能的最大化發(fā)揮，以便利用節(jié)能環(huán)保理念對舊瀝青路面進行科學處理。