沥青路面养护车控制系统设计及研究

陈 毅，梅彦利，张全逾，曼茂立

(承德石油高等专科学校汽车工程系，河北 承德 067000)

随着中国高速公路里程数位居世界第一位，中国的公路交通事业在近些年得到了迅速发展。根据权威资料表明，公路建成5～10年后，就需要对路面进行养护［1］。沥青路面养护车是各等级公路和市政道路养护中必不可少的大型设备。本文在深入分析路面养护车的结构特点和工作原理的基础上，设计了以PLC为控制器的控制系统，极大地提高了养护车的自动化程度和路面养护质量［2］。

1 养护车概述

采用二类底盘的滚筒式养护车，它的核心工作部分是沥青热再生滚筒系统，滚筒系统主要由取力器、减速机、马达，滚筒前后支座，加热滚筒及叶片等组成(见图1)。加热滚筒在发动机取力器的带动下，依靠液压马达实现滚筒的双向变速旋转，滚筒旋转速度在0～14 rpm。基于PLC的控制系统主要通过控制滚筒的加热系统和燃烧系统以及加热板的工作状态，来提高养护车的施工质量的［3］。

2 控制系统硬件设计及选型

养护车控制系统主要由四部分组成，分别为:PLC控制器、滚筒加热系统、加热板加热系统和人机操作界面。其中PLC控制器(包括模拟量扩展模块)主要功能是进行逻辑控制运算，滚筒温度控制系统主要功能是实现滚筒中沥青混合料的测温和加热的自动控制。加热墙温度控制系统的主要功能是对坏损路面加热、测温的程序化、精确化地自动控制。温度控制系统使滚筒内沥青混合料和病害沥青路面达到最佳施工温度，以提高施工的质量和速度。人机操作界面则用来进行人机友好交互操作，实现工作装置的启动和停止，控制系统参数的设定、监控和报警，以及系统的复位等操作。主控制器PLC的电路原理图如图2所示。采用的控制器是西门子S7-200系列，CPU模块是224XP。数字量I/O点数是24，其中输入14点，输出10点;模拟量I/O点数是3，包括2路模拟量输入和1路输出［4］。控制系统采用的红外温度传感器是三线制模拟信号传感器，PLC控制器通过模拟量通道实时采集红外传感器输出的温度信号。滚筒加热系统和加热板加热系统均采用间歇式的加热方式，利用多枚红外温度传感器来实时监测沥青混合料的温度。

3 控制系统软件设计

根据养护车控制系统硬件设计和其工作原理，控制系统软件采用西门子S7-200 PLC相应的程序设计软件STEP7-Micro/WIN 32。控制程序包括主程序，各个模块子程序，中断程序等。子程序包括初始化子程序，滚筒加热子程序，加热板加热子程序等［5］。主程序主要是进行逻辑运算和调用各个子程序。中断程序采用2个ms级的定时中断，主要用来采集传感器的信号并不断刷新信号。滚筒加热系统根据控制程序和控制器输入来控制滚筒的运转和加热温度及时间。图3是滚筒加热子程序的流程图。本控制软件采用模块化的设计方法，将各个控制功能设计为独立的子程序，这样不仅利于程序段的修改也保证了程序的封装性。

4 结论

沥青路面养护车是公路机械化养护的重要大型设备，其控制系统的性能是决定施工质量的关键因素之一。本文在深入分析沥青路面养护车的结构特点和工作原理的基础上，设计出以PLC为控制器的数字控制系统。在充分考虑了PLC在工程机械上的应用特点，设计出PLC控制器的硬件电路，并结合控制要求设计出软件的控制流程图。在后期的整机测试中，证实了该数字控制系统明显优于传统的模拟控制系统，而且极大地提高了路面施工的质量。

［1］吕宁.沥青路面微波养护车实验与结构研究［D］.西安:长安大学，2007.

［2］余金松.新型沥青路面高效养护车［J］.建筑机械，2004(09):88－89.

［3］陈金龙.一种新型的沥青路面养护车设［J］.专用汽车，2009(03):56－57.

［4］曾励.机电一体化系统设计［M］.北京:高等教育出版社，2004.

［5］宋伯生.PLC编程理论.算法及技巧［M］.北京:机械工业出版社.2005.