基于LabVIEW的壓路機(jī)壓實(shí)度管理系統(tǒng)開發(fā)

曹源文，喬 峰

(重慶交通大學(xué) 機(jī)電與車輛工程學(xué)院，重慶 400074)

據(jù)資料可知，道路施工要求振動壓路機(jī)施工中輾壓5遍以上，且每一次壓實(shí)都會采集到大量數(shù)據(jù)[1]。為此，需要對壓路機(jī)在不同工況下采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效管理，并在壓實(shí)過程中能夠快速調(diào)用壓實(shí)度與加速度的相關(guān)關(guān)系式進(jìn)行分析計(jì)算。筆者借助虛擬儀器軟件LabVIEW和Access數(shù)據(jù)庫對壓路機(jī)在不同施工條件下的振動加速度與壓實(shí)度的關(guān)系式以及用戶信息進(jìn)行了整合和管理，通過Access數(shù)據(jù)庫儲存大量的施工數(shù)據(jù)，并利用LabVIEW軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的檢索、添加、修改和刪除[2]。

1 數(shù)據(jù)庫建立

建立數(shù)據(jù)庫是整個系統(tǒng)開發(fā)的前提和基礎(chǔ)，因?yàn)閿?shù)據(jù)庫和系統(tǒng)的維護(hù)管理以及功能實(shí)現(xiàn)都密切關(guān)聯(lián)。按照實(shí)際需求在系統(tǒng)中創(chuàng)建兩個數(shù)據(jù)表，首先介紹Access創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫的過程[3]。由于Access所建數(shù)據(jù)庫的擴(kuò)展名為.mdb，因而使用Access創(chuàng)建的數(shù)據(jù)庫稱為MDB數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫信息如表1。

表1 數(shù)據(jù)庫信息Table 1 Database information

2 系統(tǒng)開發(fā)

通過編程軟件LabVIEW開發(fā)的管理系統(tǒng)主要功能有以下幾點(diǎn)：①為方便對用戶信息進(jìn)行識別和管理，設(shè)置身份認(rèn)證窗口來進(jìn)行用戶登陸；②按照工程實(shí)際和用戶需求，對數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)設(shè)置數(shù)據(jù)添加、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)修改、數(shù)據(jù)刪除等功能[4-6]。

基于以上分析，建立壓實(shí)度數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，如圖1。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig. 1 Structure of the system

以下為各個窗口的設(shè)計(jì)界面。

1)登錄窗口

為了有效保護(hù)數(shù)據(jù)庫存儲數(shù)據(jù)的安全性，用戶需要在系統(tǒng)主界面之前進(jìn)行身份驗(yàn)證，即在登錄窗口輸入用戶名和密碼以進(jìn)行身份核驗(yàn)。當(dāng)數(shù)據(jù)庫內(nèi)包含該用戶的身份信息時，系統(tǒng)便提示登陸成功，可以進(jìn)行后續(xù)操作。

2)主窗口

整個系統(tǒng)中起導(dǎo)航作用的是系統(tǒng)的主窗口，創(chuàng)口的上部是當(dāng)前的數(shù)據(jù)庫路徑選擇，中間部分是各個工況下的壓實(shí)度與加速度關(guān)系式，而功能選項(xiàng)位于窗口的右側(cè)，根據(jù)需求可以進(jìn)行數(shù)據(jù)刷新、添加。刪除和搜索等操作。整個主界面間接明了，可讀性強(qiáng)，主窗口界面如圖2。

圖2 主窗口Fig. 2 The main window

3)數(shù)據(jù)添加窗口

當(dāng)前的數(shù)據(jù)庫建立的還不夠完善，為此，設(shè)置數(shù)據(jù)添加窗口，將更多機(jī)型的壓路機(jī)和筑路材料組合的相關(guān)關(guān)系式輸入到數(shù)據(jù)庫中，從而完善不同工況下壓實(shí)度與振動加速度的關(guān)系式。在主界面中點(diǎn)擊添加按鈕，將壓路機(jī)機(jī)型和各參數(shù)以及路基的土類和含水量、以及相關(guān)關(guān)系式等信息錄入數(shù)據(jù)庫，單擊保存即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的添加。數(shù)據(jù)添加窗口如圖3。

圖3 數(shù)據(jù)添加窗口Fig. 3 Data-adding window

4)數(shù)據(jù)查詢窗口

隨著數(shù)據(jù)庫的逐漸完善，數(shù)據(jù)量會越來越大，因此當(dāng)用戶在這龐大的數(shù)據(jù)中尋找某一條件的數(shù)據(jù)時，就需要設(shè)置數(shù)據(jù)搜索功能，單擊主窗口的搜索按鈕，在搜索界面輸入查詢的對象和類型，即可檢索出符合條件的數(shù)據(jù)項(xiàng)，數(shù)據(jù)查詢窗口如圖4。

圖4 數(shù)據(jù)查詢窗口Fig. 4 Data-searching window

5)數(shù)據(jù)修改窗口

在數(shù)據(jù)庫的使用過程中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)某些數(shù)據(jù)需要更正或修改時，需要設(shè)置數(shù)據(jù)修改窗口。通過修改條件中的行和列選出需要修改的參數(shù)位置，然后輸入更正后的參數(shù)，便可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的修改。數(shù)據(jù)修改窗口如圖5。

圖5 數(shù)據(jù)修改窗口Fig. 5 Data-modifying window

6)數(shù)據(jù)刪除窗口

當(dāng)壓路機(jī)施工的某些工況隨著技術(shù)的改進(jìn)而改變時，原始的壓實(shí)度-加速度相關(guān)關(guān)系式便失去意義，這時需要將其移除數(shù)據(jù)庫。因此設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)刪除窗口。通過數(shù)據(jù)查詢找出失去意義的數(shù)據(jù)，選中此數(shù)據(jù)行，然后單擊刪除將其移除。數(shù)據(jù)刪除窗口如圖6。

圖6 數(shù)據(jù)刪除窗口Fig. 6 Data-deleting window

7)數(shù)據(jù)設(shè)置窗口

在數(shù)據(jù)庫中可以存放有多個數(shù)據(jù)表，單擊設(shè)置按鈕，輸入數(shù)據(jù)表名稱可以選擇當(dāng)前需要查看的數(shù)據(jù)表。數(shù)據(jù)庫文件存放在指定數(shù)據(jù)庫路徑中，數(shù)據(jù)設(shè)置窗口如圖7。

圖7 數(shù)據(jù)設(shè)置窗口Fig. 7 Data-setting window

3 應(yīng)用實(shí)例

在數(shù)據(jù)庫建立之后，為探究其能否運(yùn)用于實(shí)際施工中，結(jié)合安徽省交通廳科技計(jì)劃項(xiàng)目——“安徽省路面遠(yuǎn)程智能監(jiān)管系統(tǒng)研究”，在施工現(xiàn)場對其進(jìn)行工程試驗(yàn)[7]。

試驗(yàn)中選擇的壓路機(jī)型號為龍工的LG522A，其主要參數(shù)為：振幅1.9 mm，頻率28 Hz。在土基、底基層和基層上分別進(jìn)行試驗(yàn)，即讓LG522A振動壓路機(jī)分別在各個路基層上依次輾壓6遍，在碾壓中運(yùn)用壓實(shí)度連續(xù)檢測的實(shí)時分析系統(tǒng)對其進(jìn)行同步檢測，試驗(yàn)結(jié)束后將檢測結(jié)果與傳統(tǒng)壓實(shí)度檢測方法的結(jié)果進(jìn)行對比和驗(yàn)證[8]。具體試驗(yàn)步驟如下。

1)將加速度傳感器DH186通過磁盤吸附，安裝在壓路機(jī)振動輪的軸心位置并垂直于地面。

2)將其連接線接入DH5902數(shù)據(jù)采集分析儀中，并將數(shù)據(jù)采集分析儀固定在駕駛室座椅的下部。

3)將筆記本電腦固定于壓路機(jī)儀表盤附近以便施工人員直接觀察，并將數(shù)據(jù)采集分析儀通過網(wǎng)線與其相連。

4)在現(xiàn)場設(shè)備連接之后，對其進(jìn)行參數(shù)設(shè)置：傳感器連接通道根據(jù)接線位置選擇通道一即可；信號采集量程為200 mV；信號輸入方式為ICP；采樣頻率路基通常選擇500 Hz，壓路機(jī)的參數(shù)和路基參數(shù)也分別錄入系統(tǒng)界面即可。

上述步驟確保無誤后，即可開始現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集。首先，傳感器將采集原始加速度信號，并將其通過數(shù)據(jù)采集分析儀傳入檢測系統(tǒng)中，由于原始信號包換許多噪聲和雜質(zhì)成份，因此需要對其進(jìn)行成份分析、濾波去噪，然后再將處理后的加速度信號通過相關(guān)關(guān)系式擬合出相應(yīng)的壓實(shí)度信息。在道路施工中壓實(shí)度達(dá)到96%即可認(rèn)為其壓實(shí)合格，因此，設(shè)置提示燈，當(dāng)壓實(shí)度小于其設(shè)定值96%則認(rèn)為沒有達(dá)到施工標(biāo)準(zhǔn)，提示燈顯示為紅色，而當(dāng)壓實(shí)度檢測值超過預(yù)設(shè)值后，提示燈將由紅色變?yōu)榫G色。以下將分別從試驗(yàn)中的3個結(jié)構(gòu)層的壓實(shí)結(jié)果進(jìn)行分析。

3.1 土基層

壓路機(jī)最先碾壓的路基為土基層，該層使用的材料通常為亞砂土。在該層輾壓6遍后，根據(jù)采集到的振動加速度信號，壓實(shí)度連續(xù)檢測的實(shí)時分析系統(tǒng)顯示6遍輾壓后的壓實(shí)度值；圖8分別為第2遍、第4遍和第6遍的壓實(shí)結(jié)果中截取的某一狀態(tài)的壓實(shí)狀況。從中可以看出在第2遍和第4遍壓實(shí)中，路基壓實(shí)度尚未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，因此指示燈為紅色，當(dāng)壓實(shí)第6遍時，壓實(shí)度值顯示為0.982 853，超過了預(yù)設(shè)值，從而指示燈變綠，提醒施工人員壓實(shí)合格。

圖8 土基層壓實(shí)結(jié)果Fig. 8 Compaction results of soil base

在每一遍碾壓結(jié)束后，利用傳統(tǒng)壓實(shí)度檢測方法——灌砂法測量壓實(shí)路段的壓實(shí)度值，并將其與本系統(tǒng)的測量值進(jìn)行對比分析，二者的誤差分析結(jié)果如表2。從表2中可以看出相對誤差較小，試驗(yàn)結(jié)果可靠。

表2 兩種測量方法測得的壓實(shí)度值誤差分析Table 2 Error analysis of compaction degree values measuredby two methods

3.2 底基層

壓路機(jī)碾壓的第2層材料通常為低劑量的水泥穩(wěn)定碎石，使用相同的方法進(jìn)行輾壓，碾壓6遍過后記錄其加速度和壓實(shí)度值，同樣再次用灌砂法測量每一遍壓實(shí)后的壓實(shí)度，二者的誤差分析結(jié)果如表3。

表3 兩種測量方法測得的壓實(shí)度值誤差分析Table 3 Error analysis of compaction degree values measuredby two methods

3.3 基 層

壓路機(jī)碾壓的第3層材料通常為水泥穩(wěn)定碎石，方法同上，灌砂法與系統(tǒng)檢測的誤差分析結(jié)果如表4。

表4 兩種測量方法測得的壓實(shí)度值誤差分析Table 4 Error analysis of compaction degree values measuredby two methods

由圖8及表2～表4綜合分析可知，振動壓路機(jī)在不同的路基材料上輾壓后，系統(tǒng)檢測測得的壓實(shí)度值與灌砂法測得的壓實(shí)度值進(jìn)行對比分析，二者的相對誤差最大僅為2.4%，最小可達(dá)到0.56%，說明誤差范圍可控，系統(tǒng)測量精度相對較高，驗(yàn)證了壓實(shí)度連續(xù)檢測的實(shí)時分析系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性。

4 結(jié) 論

1)在對路基壓實(shí)度與振動加速度相關(guān)關(guān)系分析的基礎(chǔ)上，利用施工現(xiàn)場的測量數(shù)據(jù)，將壓路機(jī)的振幅、頻率和路基的土類、含水量等4種工況下求取了大量壓實(shí)度-振動加速度的相關(guān)關(guān)系式，并借助Access數(shù)據(jù)庫，將其整合在一起，實(shí)現(xiàn)了壓實(shí)度信息的有效管理。

2)借助虛擬儀器編程軟件LabVIEW，開發(fā)了壓實(shí)度的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，并在系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了用戶登錄窗口、主窗口及其附屬的數(shù)據(jù)添加窗口、查詢窗口、修改窗口、刪除窗口、和設(shè)置窗口等，既增加了安全性，又便于用戶操作，提高了使用效率。

3)結(jié)合安徽省重點(diǎn)科技項(xiàng)目，分別在路基的3個結(jié)構(gòu)層上進(jìn)行壓路機(jī)碾壓試驗(yàn)，測得了施工過程中的加速度與壓實(shí)度的相關(guān)數(shù)據(jù)，然后與傳統(tǒng)壓實(shí)度檢測方法——灌砂法測得的壓實(shí)度值進(jìn)行誤差分析，驗(yàn)證了壓實(shí)度連續(xù)檢測的實(shí)時分析系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，能夠?qū)⑵鋺?yīng)用于實(shí)際施工作業(yè)中。

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