基于PLC技术的微波养护车加热控制系统

彭 芳

PENG Fang

（湖南工程职业技术学院 信息工程系，长沙 410151）

基于PLC技术的微波养护车加热控制系统

Heating control system of microwave maintenance cars based on PLC technology

彭 芳

PENG Fang

（湖南工程职业技术学院 信息工程系，长沙 410151）

道路路面养护是道路建设维护的一个重要环节，微波养护车能提高对道路养护的质量和效率。通过PLC技术在热再生修路加热控制过程中的应用，说明PLC技术构成微波养护车电气控制系统，阐述微波养护车加热流程以及系统的主要功能、控制系统总体方案，从系统硬件和软件两方面分析控制系统的可靠性和安全性设计。

微波加热；PLC 控制技术；道路养护

0 引言

道路建设与我国国民经济的发展密不可分，道路路面养护工作是充分利用道路设施的基本保障。热再生技术作为当今修补沥青路面的发展趋势,经历了从传统火烤到微波加热的发展过程。微波养护车设备应用热再生技术,避免了传统人工挖补路面的污染重、效率低、修补质量差等缺点,可以对沥青料循环利用,在路面病害发生时期，对其进行养护，以防止道路病害进一步发展，并恢复路面使用功能。

可编程逻辑控制器(PLC) 是一种数字式运算操作的电子系统，从继电器控制逻辑发展而来，目前已广泛应用于石油、化工、电力、冶金及交通运输等各行业。PLC 与电动机和机械机构相结合，可在恶劣环境或人体无法接触的场合下代替人工自动实现多种功能。微波养护车控制系统就是采用PLC来实现控制的，在道路路面养护工程中，它不仅提高了工作效率，降低了操作者的劳动强度，而且极大地提高了道路养护的质量。

1 加热控制系统工艺简介

微波养护车的加热是基于磁控管产生微波加热的原理，磁控管工作时其阴极需要脉动直流高电压和交流灯丝电压，阳极接地。两种电源分别由高压变压器和灯丝变压器提供。微波养护车的主要加热部件是加热墙，加热墙内部安装了若干只磁控管，按照沥青路面的加热要求分成不同个加热区，加热区既可单独控制加热，又可组合控制加热，以便满足沥青路面不同病害面积的修复需要。

安装在加热墙内的磁控管工作时器件表面温度很高，须对其进行散热，加热墙采用分组水冷磁控管，利用水循环系统对磁控管进行冷却，每组磁控管上安装了温度控制开关，当磁控管温度大于90℃时发出信号，通过PLC来控制相应磁控管的高压变压器。高压变压器采用的是漏感变压器，其工作时温度很高，通过采用强制风冷，利用轴流风机对高压变压器进行散热。

微波养护车的操作流程主要分参数设置、启动加热和停止三个阶段。参数设置包括沥青种类、加热深度、环境温度、调整加热时间等。启动时，养护车进入启动状态，风门推杆将进风门打开，同时散热风扇、冷却水泵和风机、灯丝变压器启动，15秒后，磁控管开始分组分区启动，启动完毕进入加热状态。停止时，各部分的断电顺序与启动相反，可采取手动与自动停止等方式。

2 加热控制系统硬件设计

微波养护车加热系统功能分为控制、保护与报警功能三大类。控制功能主要有：分区加热起停控制；加热时间控制；磁控管水循环冷却控制；高压变压器风扇冷却控制等。

保护功能有：磁控管超温过载保护；加热墙未到位保护；水泵和冷却风扇保护；灯丝变压器保护；高压变压器保护；散热轴流风机保护等。

报警功能有：磁控管欠电流报警。

由于微波养护车加热控制系统是一个集机、电、液、光多项技术于一身的综合系统，系统的安全性和可靠性就成为首要问题，通过PLC 进行各种信号的采集来控制磁控管工作电源、各电机、电磁阀的启动、关闭以及指示灯的显示和报警。这里PLC主模块采用FX1N-60MR-001（三菱电机），36个输入点和24个输出点共计60个点，其输出方式为继电器方式。FX2N-4AD-PT温度传感器输入模块，采用日本三菱公司10.5英寸触摸屏（GT1175-VNBA-C）。

2.1 加热墙微波泄露报警模块

用于加热墙加热区上、下、左和右4个方向的微波泄露检测和报警的专用控制模块，可实时在线加热墙微波泄露情况的检测，防水(IP65)结构设计，保证在恶劣的环境里能可靠工作，当测量值：≥5Mw/cm2时，输出0－30kHz脉冲信号，停止磁控管工作，保证微波泄露不会伤害操作人员。

2.2 磁控管温度保护模块

由若干个磁控管串联成一组的单元中，通过水循环进行磁控管的冷却，并在每一组单元中安装温度控制开关，当水循环正常时，磁控管的工作温度在规定值以下，此时温度控制开关闭合；当水循环系统不正常时，磁控管的工作温度将升高，此时温度控制开关分断，此信号由PLC的相应输入点采集进行控制，经PLC输出信号接交流接触器线圈控制的各加热区独立或是共用的电源电路中。

2.3 加热墙限位保护模块

利用安装在加热墙上的支脚开关检测加热墙工作时的位置，工作若加热墙到位支脚开关被压合，此信号送入PLC相应输入点，作为加热的启动条件；若不到位则支脚开关是分断状态，不能进行磁控管加热。

2.4 欠电流检测报警模块

用于磁控管工作时欠电流检测和报警的专用控制模块。每块电路板采用8选1电子开关电路，每块电路板检测16只磁控管，当任何一只磁控管工作电流不正常时则发出报警信号，配合PLC系统的循环扫描可检测出哪一只磁控管工作不正常。

2.5 路面加热红外温度检测模块

在每个加热区采用德国OPTRIS生产的在线式红外线测温仪CT-02，可实现路面加热温度的非接触式测量，其范围为-40～600℃，输出：0/4～20Ma，0～10V，通过扩展模块FX2N-4ADPT温度传感器输入模块，通过电压输入方式实现模拟量的数字化处理。

3 程序开发系统

PLC程序的开发采用的是三菱公司GX Devoleper 7.08版编程软件，触摸屏程序开发采用的是三菱公司提供的GX designer2 version 2.19v，针对微波养护车加热工艺流程的特点，通过子程序主要用于温度、微波、液位等信号进行采集，并通过结构化编程的方法使程序结构层次清晰、部分程序通用化和标准化，可实现程序调试的简化。

3.1 主程序流程（如图1所示）

图1 主程序流程框图

图2 欠电流循环检测子程序

图3 微波泄露报警子程序

3.2 欠电流循环检测子程序（如图2所示）

3.3 微波泄露报警子程序（如图3所示）

3.4 触摸屏程序

触摸屏程序将三菱公司提供的GX designer2 version 2.19v软件安装在个人电脑上，要求电脑CPU在PⅡ以上，内存512MB，硬盘2.5GB，至少RS-232 COM口一个以上，操作系统Windows 2000/WindowsXP。

将要求操作按钮和显示内容及要设定的参数编辑到画面页面里，创建分页显示；编辑完成后，通过RS-232 COM口，将编辑好的内容下载到触摸屏（GT1175-VNBA-C）；再将触摸屏（GT1175-VNBA-C）通过通讯电缆连接到PLC。

4 结束语

微波养护车是一个结构复杂、功能要求严格的工程设备，其电气控制系统是整个设备的控制核心，采用PLC构成的微波养护车加热控制系统具有稳定可靠的工作特点，能在道路作业面上根据路面状况采取不同的养护措施,实现道路养护的自动化控制，且系统拥有完善的安全保护和报警系统，能保证工作过程中人、机、车的安全。

[1] 钟肇新,范建东.可编程控制器原理及应用(第三版).广州:华南理工大学出版社,2004.

[2] 吕善伟.微波工程基础[M].北京:北京航空航天大学出版社,1995.

[3] 廖常初.FX系列PLC编程及应用[M].北京:机械工业出版社,2005.

[4] 马如宏.微波加热技术在沥青路面现场维修中的应用[J] .盐城工学院学报(自然科学版),2002,(4).

[5] 三菱FX系列PLC编程手册[Z].三菱电机株式会社.

TH166

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1009-0134(2010)11(下)-0044-03

10.3969/j.issn.1009-0134.2010.11(下).17

2010-09-29

湖南省科技计划（应用基础研究专项计划）：微波功率稳定性控制技术研究（2009FJ3050）

彭芳（1966 -），女，湖南长沙人，副教授，本科，主要从事专业理论和实践教学、发展方向自动控制领域。