瀝青路面養護車控制系統設計及研究

陳 毅，梅彥利，張全逾，曼茂立

(承德石油高等專科學校汽車工程系，河北 承德 067000)

隨著中國高速公路里程數位居世界第一位，中國的公路交通事業在近些年得到了迅速發展。根據權威資料表明，公路建成5～10年后，就需要對路面進行養護［1］。瀝青路面養護車是各等級公路和市政道路養護中必不可少的大型設備。本文在深入分析路面養護車的結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，極大地提高了養護車的自動化程度和路面養護質量［2］。

1 養護車概述

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

2 控制系統硬件設計及選型

養護車控制系統主要由四部分組成，分別為:PLC控制器、滾筒加熱系統、加熱板加熱系統和人機操作界面。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，滾筒溫度控制系統主要功能是實現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。溫度控制系統使滾筒內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，實現工作裝置的啟動和停止，控制系統參數的設定、監控和報警，以及系統的復位等操作。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。數字量I/O點數是24，其中輸入14點，輸出10點;模擬量I/O點數是3，包括2路模擬量輸入和1路輸出［4］。控制系統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。滾筒加熱系統和加熱板加熱系統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測瀝青混合料的溫度。

3 控制系統軟件設計

根據養護車控制系統硬件設計和其工作原理，控制系統軟件采用西門子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。滾筒加熱系統根據控制程序和控制器輸入來控制滾筒的運轉和加熱溫度及時間。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 結論

瀝青路面養護車是公路機械化養護的重要大型設備，其控制系統的性能是決定施工質量的關鍵因素之一。本文在深入分析瀝青路面養護車的結構特點和工作原理的基礎上，設計出以PLC為控制器的數字控制系統。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，證實了該數字控制系統明顯優于傳統的模擬控制系統，而且極大地提高了路面施工的質量。

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

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

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

［4］曾勵.機電一體化系統設計［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:機械工業出版社.2005.