遙控駕駛壓路機遙控系統設計

晏 岱

(福建工程學院， 福州 350118)

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遙控駕駛壓路機遙控系統設計

晏 岱

(福建工程學院， 福州 350118)

傳統振動壓路機存在操作人員工作環境惡劣、作業品質不高等問題。對此，以XG6021D串聯式振動壓路機為研究對象，對其進行由機械式操作到遙控駕駛的改造，旨在提高其作業性能。從壓路機的遙控改造的功能需求入手，設計遙控系統并確定其控制方式、采集顯示的數據及控制內容；利用Delphi開發平臺，設計遠程遙控界面及通訊功能，采用無線數傳作為通信媒介，實現對壓路機基本操作的遠程控制及工作參數的采集，最后通過上機調試實現了各控制功能。

振動壓路機；遙控駕駛；控制系統

振動壓路機作為工程機械的重要組成部分，在市政建設、交通水利中均扮演著不可或缺的角色[1-2]。隨著新技術革命與高新技術的發展，機械產品向自動化、智能化、無人化與機器人化的方向發展[3-4]。壓實機械作為傳統的工程機械，應用廣泛且往往處于較為惡劣的作業環境，因此應盡可能實現智能化與無人化的作業模式[4-5]。

振動壓路機經過幾十年的發展，其智能化技術已經越來越成熟[6]。振動壓路機的遙控駕駛方面，國內外通過不同的控制系統實現對壓路機的操作控制，大多數為直接研究無人駕駛或遙控駕駛壓路機的設計，對傳統振動壓路機的遙控式改造尚未見報道。然而，無人駕駛壓路機成本較高，運用局限性較高，而且全部傳統壓路機向無人駕駛壓路機轉變也會對資源造成極大的浪費。本文在現有的XG6021D串聯式振動壓路機基礎上實施遙控式改造，實現遙控駕駛。

1 遙控系統的需求分析

基于XG6021D串聯式振動壓路機的駕駛室進行遙控系統的設計，并根據壓路機遙控系統的功能要求和操作界面要求，對遙控系統進行需求分析。

1.1 遙控系統的功能要求

針對壓路機的基本操作進行遙控系統設計，使其可以實現用戶遠程控制壓路機的基本動作，完成壓實作業。遙控系統要求遠程遙控的距離可以達到200 m，操作系統要有一定的穩定性，可控制壓路機的前進與后退動作，調節壓路機發動機的轉速，控制壓路機的轉向以及手動和遙控的切換功能。同時，需要開發遠程遙控的界面，采集壓路機的運行狀態，方便操作人員進行操作調整。

根據上述要求，確定需要從壓路機采集的信號主要包括轉向角度、油門上限位、油門下限位、行走上限位、停止位、行走下限位等。遠程遙控的信號包括壓路機前進/后退動作、壓路機左轉/右轉動作、壓路機發動機轉速調整動作、手動/遙控切換動作。

1.2 遙控系統的界面要求

操作系統的界面使操作人員可以直觀地了解壓路機的運行狀態，便于控制操作動作。系統界面要求可以顯示壓路機的轉向角度，控制壓路機前后動作的極限位置的信號、控制發動機轉速的極限以及壓路機停止位置的信號。同時，可以清晰、直觀地顯示需讀取的信號，且界面運行穩定，界面可以由PC端作為顯示平臺。

根據上述要求，確定在遙控界面需要顯示的信息包括：指示燈1-油門推桿下限位、指示燈2-油門推桿上限位、指示燈3-行走推桿下限位、指示燈4-行走推桿中位、指示燈5-行走推桿上限位、轉向角度表、手動/遙控切換信號。

1.3 遙控系統運行流程分析

本設計是針對壓路機基本操作控制的遙控設計，包括壓路機的前進與后退動作、運動速度控制和轉向控制。對壓路機動作的控制均是通過PC端發送指令至PLC，再通過電機驅動各執行機構，實現用戶需求。由行走推桿與雙向變量泵之間的軟軸改變泵的斜盤角度來控制壓路機的前后運動；由油門推桿與油門之間的軟軸驅動油門增減來實現發動機轉速的控制；由轉向閥來調節轉向油缸的位置實現對壓路機方向的控制。具體的控制流程如圖1所示。

圖1 遙控系統運行流程

2 遙控系統設計

遙控系統的設計包括總體設計、硬件設備的選型、線路的設計和布局。通過建立PC端與PLC端的數據通訊，開發遠程遙控界面和編程控制程序。

2.1 遙控系統總體設計

為實現遙控駕駛壓路機的遠程遙控功能，需要選擇作為信息通信的傳輸設備用于搭建遠程遙控端與壓路機的PLC端的信息交互。除此之外，還需構建遠程遙控平臺作為控制中心，控制壓路機動作，而控制平臺需要建立遙控界面用于采集壓路機工作信號以便操作人員及時了解壓路機的運行狀態。本設計選擇PC端作為控制端，選用可視化程序開發工具作為程序開發環境，然后基于該開發環境編寫相關通信與控制程序，實現控制平臺與壓路機之間的數據通信，同時控制平臺可以通過鍵盤按鍵遠程遙控壓路機的基本動作。遙控系統設計總體思路如圖2所示。

圖2 遙控系統設計總體思路

2.2 遙控系統的硬件設備選型

為實現PC端與PLC端的無線數據通訊，需要添加可以雙向傳輸數據的媒介。根據數據通訊的需求，無線傳輸媒介所需達到的工作性能如下：① 可通訊的距離在200 m以上；② 具有一定的抗干擾能力和數據傳輸能力；③ 支持RS-485接口；④ 支持9600 Bit/s 的接口速率。

綜合考慮其性能要求，采用深圳市凌承芯電子公司生產的C50XB 無線數傳模塊，包括1個無線串口模塊(連接PC端)，1個無線串口接頭(連接PLC端)，2個TX01型SMA天線(分別連接無線串口模塊與無線串口接頭)。

無線數傳模塊基本參數包括：頻率，413～453 MHz可選；工作電壓，4.5～6.5 V；接口類型，RS-485接頭；傳輸距離，視距為3 000 m；傳輸速率，1.2～115.2 kbit/s。

2.3 遙控系統硬件設備的布局

無線串口接頭的RS-485接口通過6PIN排線與PLC端連接。無線串口的TXD、RXD端分別與PLC端的A、B相連接，VCC、GND端與5 V電源的正負極連接，天線接口連接TX01型天線。無線串口接頭安裝在控制柜中，TX01型天線通過底部的吸盤固定在壓路機駕駛室上方，使收發信號盡可能不受干擾。無線串口模塊通過USB轉接頭與PC端連接，天線接口與TX01型天線連接。具體連接如圖3所示。

圖3 無線串口接頭線路

3 遙控系統的功能實現

根據上述遙控系統的總體設計思路，對遙控系統進行模塊化設計，選用程序開發工具，確定通信方案。再分別對遙控系統的數據通信模塊、遠程界面模塊、動作控制信號發送模塊以及顯示模塊進行設計，實現功能要求。

3.1 程序開發工具的選用

針對遙控駕駛壓路機的遙控系統設計，為了實現遙控功能，需選擇一款程序開發軟件來實現通信與動作控制。Delphi作為面向對象的可視化程序開發工具，提供了大量的VCL組件，在使用過程中，程序員可以下載所需組件，然后直接調用，根據自己的要求作適當的調整，從而減少程序員對組件的編輯，大大提高了程序員的開發效率。本文選用Delphi 7作為程序開發環境來開發遙控駕駛壓路機的遙控系統。

3.2 基于Delphi的通信方案

3.2.1 基于PLC的串口通訊方案

基于PLC的串口通訊方案分為PC端采集PLC端的數據以及PC端發送控制數據。

1) PC端采集PLC端發送信號通過設置固定的傳送幀格式，讀取PLC端所設定的讀取存儲器的位置來實現。通過PLC的RS指令實現串行通信，采集以D99為起始位置的6個寄存器(12個字節)內存儲的內容，即D99、D100、D101、D102、D103和D104中的數據，如表1所示。

表1 采集數據幀格式

2) PC端發送數據信號到PLC端是通過設置固定的發送數據幀格式，將所需數據發送到D51、D52、D53和D54中實現，如表2所示。

3.2.2 Delphi通訊控件的選擇

串口通信采用TurboPower公司為Delphi可視化程序開發軟件提供的通信程序開發工具Apdcomport串口組件，應用程序使用Apdcomport串口組件控制串口，所有端口的訪問均可以調用TApdcomport中事件觸發的方法，通過編寫響應串行事件的代碼進行端口與端口之間的通信[7]。

表2 發送數據幀格式

3.3 遙控系統的數據通信模塊

3.3.1 ApdComPort 控件的基本屬性

在實現遙控系統的數據通信之前需根據實際要求設置ApdComPort 控件的基本屬性。在窗口的初始化事件中，選擇端口號，設置串口通信參數并打開串口。

3.3.2 數據采集

利用GetChar方法讀取所接收字符中的第一個字符，然后轉化為整型，再由inttohex使整型轉化為16進制，最后將值輸出到顯示區域。當數據接收完畢，插入1個空格用于區分兩串不同的數據。具體的現場采集信號如表3。

表3 現場采集信號

3.3.3 數據發送

PC端發送數據至PLC端通過傳輸固定的幀格式，同PC端采集數據類似，也要設置幀頭、幀尾。利用ApdComPort 控件的PutBlock方法將數據發送PLC端，再通過PLC端的RS指令將接收的數值按照一定的順序存儲在指定位置的寄存器中。由于PLC端接收的數據格式無法識別字符串，所以通過定義函數GetSendStr，將所要發送的數據由字符串轉化為整型，然后輸出。

3.4 遙控系統的遠程界面模塊

根據設計要求，PC端的遠程遙控界面需顯示壓路機轉向的角度表、控制壓路機發動機轉速的步進推桿1的上下限位開關信號，以及控制壓路機前進和后退的步進推桿2的上下限位開關信號和中位信號。總體效果如圖4所示。

圖4 遙控界面效果圖

3.5 遙控系統的動作控制信號發送模塊

根據本設計要求，確定遙控系統所要控制的信號，具體控制信號見表4。

3.6 遙控系統的顯示模塊

根據研究要求，需在PC端顯示的內容包括步進推桿1的上下限位開關信號、步進推桿2的上下限位開關信號和中位開關信號，以及轉向的角度信號，具體界面顯示如圖4所示。

由上述現場采集信號的數據幀格式為固定，所采集的信號為十六進制格式，信號的顯示不能直接由十六進制數值寫入，故需對采集的數值進行處理。

表4 遙控系統控制信號

1) 限位信號通過采集幀中對應位置的數值，定義一個可以將十六進制數轉化為二進制數的函數HexToBin，將數值轉換后再一一讀出，觸發指示燈，如圖5所示。

圖5 限位信號指示燈

2) 轉向角度信號也通過取得數據幀中對應位置的數值，將數值讀取再整合，最后把處理后的數值以轉向角度表的形式顯示在界面上，具體角度表如圖6所示。

圖6 轉向角度表

5 結束語

本文基于Delphi開發平臺，對XG6021D串聯式振動壓路機進行遙控改造，完成PC端遠程遙控界面，實現PC端與PLC端的數據通信。通過對壓路機基本動作的遠程遙控，包括壓路機的前進與后退動作、轉向、發動機轉速調節以及手動操作與遙控操作的自由切換，完成遙控系統的設計，實現對壓路機的遠程遙控，為傳統壓路機的遙控駕駛式改造的產業化應用提供理論依據。

[1] 申春茂.振動壓路機發展現狀及趨勢[J].黑龍江交通科技,2010,33(8):191-191.

[2] 陳賀然.振動壓路機的運用技術分析[J].大科技，2015(21):145.

[3] 賀良,何志勇,李自光.國外振動壓路機發展新趨勢[J].建設機械技術與管理，2010，23(11):95-97.

[4] 劉亞非.智能化振動壓路機振動系統動力學模型研究[D].洛陽：河南科技大學，2010.

[5] 王世旺，彭作，肖春.振動壓路機無人駕駛可靠性實驗臺[J].工程機械與維修，2014(4):166-167.

[6] 張智明.智能化振動壓路機及技術現狀[J].工程機械,2005(3):5-8,87.

[7] 張世明.Delphi程序設計基礎[M].北京：電子工業出版社,2010.

(責任編輯 楊黎麗)

Design of Remote Control System for Remote Driving Roller

YAN Dai

(Fujian University of Technology, Fuzhou 350118, China)

Traditional vibratory roller has the problems of poor working environment and low working quality. In this paper, XG6021D tandem vibratory roller, as the research object, was transformed from mechanical operation to remote control, which aims to improve its performance. Starting from functional requirements of remote control of road roller, this study designed the remote control system, and identified the control mode, the method of data collection and the control contents. Based on the Delphi development platform, it also designed the remote control interface and communication, and realized the remote control of basic operation of road roller and collection of the working parameters by means of wireless data transmission as a communication medium. Finally, it realized the control function through debugging.

vibratory roller; remote control; control system

2016-11-18

福建省自然科學基金資助項目(2015J01181,2016J01203)；福建省經信委2015年省級企業技術改造專項

晏岱(1964—),男,福建寧化人,高級工程師,主要從事液壓傳動、自動控制技術研究，E-mail:619131935@qq.com。

晏岱.遙控駕駛壓路機遙控系統設計[J].重慶理工大學學報(自然科學)，2017(4):106-110.

format：YAN Dai.Design of Remote Control System for Remote Driving Roller[J].Journal of Chongqing University of Technology(Natural Science)，2017(4):106-110.

10.3969/j.issn.1674-8425(z).2017.04.017

TP273

A

1674-8425(2017)04-0106-05