基于PLC和触摸屏的智能沥青洒布车控制系统设计.pdf

养 护 机 械 施 工 技 术 M a i n t e na n ce M a c h i ne r y Co ns t r uc t i o n Te c hn ol o gy RM CM 基于P L C 和触摸屏的智能沥青洒布车控制系统设计 De s i g n o f Cont r ol S y s t e m f o r I nt e l l i ge nt As pha l t Di s t r i but or Ba s e d on PLC a nd To uc h Sc r e e n 王勇 W A NG Yong 浙 江 联 顺 筑 齐 实 业 集 团 有 限 公 司 ， 浙 江 杭 州 3 1 0 0 1 2 Zh e j i a n g L i a n s h u n Con s t r u c t i o n a n d M a i n t e n a n c e Co L t d． ，Ha n g z h o u 31 001 2， Z h e j ia n g， Chi n a 【 摘要 】 由于沥 青 洒布 车 的 智 能化 程度 对 于 洒 布效 果 及 路面 性 能 具有 重 要 影 响 ， 在 分析 智 能 沥青 洒 布 车 的控 制 要 求 的 基 础 上 ． 设 计 了 基 于 PL C和 触 摸 屏 的 智 能 沥 青 洒 布 车 控 制 系 统 ， 并 分 别 介 绍 了 其 硬 件 组 成 及 软 件 设 计 。 应 用 表 明 ， 该 系统 可 实现对 洒 布 宽度 、 洒 布 量 的精确 控 制 。 【 Ab s t r a c t 】 Du e t o t h e s i g n if i c a n t i n f l u e n c e o f a s p h a l t d is t r i b u t o r ’ S i n t e l l i g e n t l e v e l o n t h e d is t r i b u t i n g e f f e c t a n d pavem ent per f or m anc e， a con t r ol sys t em f or int el l i gent asphal t di s t r i but or based on PLC and t ouch scr een w a s designed i n t er m s of t he analysi s on r equi r em ent s of cont r ol of asphaI t di st r ibut or ，and t h e ha r dw ar e corn p osit i on as w el l as s of t w a r e design w as i nt r oduc ed The appl i ca t i on show s t he s ys t em can accu r a t el y cont r ol t he di st r i bt J t i on w i dt h and am oL J n t ． 【 关键 词 】 智 能 沥青 洒 布车 ； 控 制 系统 ； P L C； 触摸 屏 【 Ke y wo r d s】i n t e l l i g e n t a s p h a lt d i s t r i b u t o r ； c o n t r o l s y s t e m； P L C； t o u c h s c r e e n 中 图 分 类 号 U4 1 5 。 5 2 文 献 标 志 码 B 文 章 编 号 1 0 0 0 0 3 3 X 2 0 1 1 0 2 - 0 0 5 7 02 0 引 言 由 于 早 期 路 面 施 工 质 量 要 求 不 高 ．再 加 上 当 时 的 技 术 限 制 ，使 得 当 时 的 沥 青 洒 布 车 只 能 配 置 简 单 的 电控 系 统 进 行 控 制 ，监 测 方 面 也 只 是 通 过 少 量 监 测 仪 表 对 发 动 机等 进 行检 测和 显 示 ． 随 着新 的施工 工 艺 的出 现 ， 对 沥青 洒 布 质 量 的 要 求 也 越 来 越 高 ， 比 如 对 洒 布 宽 度 、 洒 布 量 进 行 控 制 ， 以 及 要 求 洒 布 量 不 随 着 车 速 的 变 化 而 变 化 等 。 电 控 技 术 的发展 ， 特别 是人 机 交互 技 术 的发 展 ． 使 得洒 布 车 控 制 系统 朝着 智 能 化 的 方 向发展 本 文 以P L C 作 为 主控 制 器 ， 实 现 对 沥 青 洒 布 车 的 控 制 ， 同 时 以 触 摸 屏 作 为 人 机 交 互 界 面 ， 实 现 整 车 的 状 态 监 测 功 能 1 智 能 沥 青 洒 布 车 的 控 制 要 求 f 2 沥青 喷 嘴 的控 制 。施 工过 程 中对 洒布 宽 度 、 洒布 量 有 要求 ， 因此 对每 个 喷 嘴要 能独 立 控制 。 ㈤ 3 行 驶 车 速 的 控 制 。 一 定 的 车 速 对 应 一 定 的 洒 布 量 ， 因 此 设 定 完 洒 布 量 后 ， 应 实 行 相 应 的 行 驶 速 度 控 制 。 4 良 好 的 人 机 交 互 界 面 。良 好 的 界 面 方 便 对 车 辆 的 各种 关键 参数 进行 实时 显示 ，并 能在 出现特 殊状 况时 进 行 相 应 的 显 示 和 提 醒 ． ．此 外 ， 通 过 人 机 交 互 系 统 ， 还 可 以 对 施 工 参 数 进 行 设 置 ， 并 对 洒 布 车 进 行 相 应 的 控 制 5 气 动 系统 的控 制 。将 压 缩 空气 引入 操作 系统 ． 不 仅 作 为动 力通 过 电磁 阀去控 制 沥 青 阀 门和 喷 嘴 ．还 可用 于 沥 青 管 路 的 吹 扫 。 在 喷 洒 结 束 后 ， 可 将 管 道 内 剩 余 沥 青 压 回 储 罐 ， 并 将 全 部 喷 嘴 吹 扫 干 净 ． 方便 下 次 使 用 2 智 能 沥 青 洒 布 车 控 制 系 统 硬 件 设 计 1 沥 青 罐 中 的 沥 青 温 度 可 控 ． 可 根 据 要 求 进 行 温 度 2． 1 控 制 功 能 分 析 及 控 制 系 统 组 成 控 制 ， 使 沥 青 罐 中 的 沥 青 温 度 保 持 在 合 适 的范 围 内 。 为 了 改 善 人 工 操 作 洒 布 车 时 操 作 繁 琐 、不 能 实 现 洒 5 7 RM CM 薏 慧 ⋯ ⋯ 布 量 的精 确控 制 等状 况 ， 以 下 功 能 。 本 文 设 计 的 控 制 系 统 主 要 完 成 表l P L c 的Ⅳ 0点分配 f 1 1工作 状 态 监 测 功 能 2 1 。 为驾 驶 员 提 供 必 要 的工 作 数 据 ． 便 于 驾 驶 员 正 确 操 作 和 及 时 发 现 故 障 。 2 1自动 喷 洒 功 能 。 根 据 洒 布 宽 度 和 厚 度 自动 推 荐 档 位 ．并 在 喷洒 过程 中根据 行 驶速 度 的 变化 实 时调 节 沥青 供 应 量 ． 从 而 保 证 洒 布 量 的 偏 差 在 沥 青 路 面 施 工 要 求 允 许 的 范 围 内 。 3 1导 热 油 自 动 加 热 和 保 温 功 能 。为 了 使 沥 青 处 于 最 佳 的流 动状 态 ，必 须将 检 测 的沥 青温 度 和 沥青 材 料洒 布 时 要求 的温度 作 比较 。 根据 结 果决 定 是 否加 热和 保 温 。 根 据 以上 分 析 ， 确 定控 制 系统 的组成 如 图 l 所 示 。 围 1 智 能 沥 霄 酒 布 车 控 制 系 统 的 组 戚 2． 2 PLC选 型 及 硬 件 电 路 设 计 P L C应 该 根 据 控 制 功 能 、 控 制 要 求 、 输 入 输 出 量 及 工 作 环 境 进行 选择 经过 分 析 ， 智 能沥 青 洒布 车 的控 制 系 统 选 择 西 门 子 S 7 2 0 0 作 为 主 控 制 器 。 这 一 系 列 产 品 可 以 满足 各种 自动 化 控 制需 要 ， 由于 具 有紧 凑 的设计 、 良好 的 扩 展 性1 、 低 廉 的价格 以及 强 大的 指令 ， 使得 s 7 2 0 0 可 以基 本满 足 小规模 控 制 要 求。 本 控 制 系 统 主 CP U需 7 个 开 关 量 输 入 点 、 2个 测 速 点 高 速 计 数 器 、 1 个 高 速 脉 冲 输 入 作 为PL C内 部 时 钟 ， 为 将 来 速 度 计 算 提 供 时 间 标 准 、 1 个 P WM输 出 、 1 个F I O输 出 和8 个 开 关量 输 出 扩展 模块 要 2 4 个 开 关量 输 出和3 个 温 度 模拟 量输 入 点 。此外 ， I ／ O点数 还 应有 1 0 ％～ 2 0 ％的预 留 。 以 免 因 为 个 J l ／ O点 损 坏 而 影 响 整 个 系 统 的 正 常 工 作 最 后 确 定 P L C为 S 7 2 0 0系 1] CPU2 2 4型 、数 字 量 I ／ O扩 展 模 块 E M2 2 2、 温 度测 量 扩 展模块 E M2 3 1 。 经 过 分析 ． 确 定 P L C 的 I ／ O点 分 配 如 表 1 所 示 。 2 ． 3触 摸 屏 选 择 选 择 西 门 子 TP l 7 0 Mi c r o 作 为 人 机 界 面 ． 可 连 接 西 门 子 S 7 2 0 0 P L C， 使 用 W i n CC Fl e x i b l e Mi c r o进 行 组 态 ． 此 外 ， 该 人 机 界 面 还 支 持 多 种 语 言 。 除 控 制 按 钮 以 外 ． 通 过 触 摸屏 的I ／ O 域 设置 ， 还 可 实现 开 关量 的输入 ／ 输 出控 制 。 3 控 制 系 统 软 件 设 计 控 制 系统 的 软 件 设 计 是 P L C应 用 中 较 为 关 键 的 问 题 之 一 ， 它是 整 个 电控 系 统 的核 心 1 4 P L C的软 件 分 为 系 统软 件 和 用 户程 序两 大部 分 。系统 软 件 由P L C lJ 造 商 在 芯 片 出 厂 之 前 固 化 在 内 部 ， 用 于 控 制 P L C运 作 ； 用 户 程 序 由P L C的使 用 者 编 制 并 输 入 ． 用 于 控 制 外 部 对 象 的 运 行 。控 制 系 统 的软 件 设计 就 是在 硬件 的基 础 上 ， 根 据 耍 实 现 的 控 制 要 求 ，使 用特 定 的 编 程 软 件 编 制 合 理 的 用 户 程 序 。 西 门 子 7 - 2 0 0系 列 PL C采 用 S F EP 7 一 MI CR0， w l N编 程 软 件 ．可 使用 个 人计 算 机在 WI N 9 5 ／ N T 3 ． 1 5 以上 操作 系统 中对P L C 进行 编程 l s l 。 该 编程软 件 允许 使 用梯形 图 L AD 和 语 句 表 S T L 1 编 程 器 编 制 用户 程 序 ， 因此 本 系统 可 以考 虑 使 用该 软 件 的梯 形 图编 程 器进 行 程序 设计 。触 摸屏 的界 面 利 用 Wi n CC F l e x i b l e 组 态 软 件 进 行 开 发 。 整 个控 制 系统 软 件在 执 行控 制 功 能时 主要 实 现 两方 面 的作 用 一 是 实现 对洒 布 系统 的 自动控 制 ， 即根 据洒 布 过程 中 车速 的 变化 来调 节 沥 青 的供 应量 ．从而 实 现洒 布 量 的控 制 ； 二 是 对 各 种 管 路 的 阀 门 自动 开 启 和 洒 布 车 状 态 进 行监 测 。洒 布 过程 中最 关键 的行 驶 挡位 推荐 和 自动 洒 布 子 程 序 的 流 程 分 别 如 图 2、 3 所 示 触 摸屏 软 件 部 分 的 设 计 包 括 组 态 工 具 设 计 以及 显 示 界 面 设 计 。 组 态 工 具 设 计 包 含 文 本 域 、 I ／ O域 、 图 形 域 、 按钮 等 ， 显 示 界 面 包 括 登录 界 面 、 洒 布模 式 界面 、 洒布 参 数 设置 界 面 、 洒 布控 制 界面 、 洒 布 状 态 显 示界 面 、 报 警 界 面 等 。 下 转 第6 2页 RM CM 惹 M a c 施h in e工r y 技 C术 o n 。 i。 h 使 用 的 大 敌 ，一 次 安 全 事 故 的 发 生 不 仅 会 造 成 设 备 的 损 坏 、 人 员 的伤 亡 ， 还 会 耽 误 施 工 生 产 ， 造 成 巨 大 的 损 失 因 此 ， 机 械 使 用 和 管 理 单 位 应 经 常 组 织 设 备 管 理 人 员 、 操 作 人 员 认 真 学 习 贯 彻 执 行 各 项 安 全 生 产 管 理 制 度 ， 并 对 机 械 设 备进 行定 期 的和 不定 期 的安 全检 查 ，及时 消 除各 种 安 全 隐 患 。 3 ． 4 对 设 备 实 行 租 赁 化 经 营 管 理 结 合 现 代 高 速 公 路 大 修 养 护 的 特 1生 ， 即 每 年 只 在 平 均 气 温 较 高 的 几 个 月 份 进 行 维 修 ， 如 安 徽 省 高 速 公 路 仅 在 每 年 4～ 9 月 间 进 行 大 修 养 护 ， 而 地 方 沥 青 道 路 的 养 护 时 间 则 比 高 速 公 路 的 养 护 时 间 长 得 多 因 此 ． 可 在 空 闲 时 间 对 工 程 机 械 实 行 集 中 管 理 、 统 一 对 外 租 赁 的 经 营 管 理 模 式 ， 由设 备 保 属 单 位 负 责 机 械 操 作 管 理 。 这 样 既 锻 炼 了机 械 管理 人 员 、 操作 人 员 ， 又 能 减 少机 械 的 闲 置 时 间 ， 提 高 单 位 的 综 合 经 济 效 益 ， 也 可 以 给 设 备 操 作 人 员 一 个 相 互 交 流 学 习 的 机 会 。 因 此 ， 养 护 机 械 租 赁 式 管 理 也是 一 条符 合 当前 市 场经 济 规律 的新思 路 。 4 结 语 高 速 公 路 养 护 机 械 的 配 置 与 管 理 是 一 项 复 杂 的 工 程 ， 其 最 终 目 的 就 是 要 保 证 高 速 公 路 的 高 效 运 营 ， 减 少养 护 资 金 的 投 入 ， 并 不 断 创 造 更 大 的 经 济 效 益 和 社 会 效 益 ， 实 现 高 速 公 路 畅 通 、 安 全 、 美 观 、 舒 适 的 通 行 环 境 。 参 考 文 献 [ 1 ]陈荫三 ， 肖润谋 ， 秦华容 2 0 7 -g - 中国高速公路 网运输分析 [ J ] ． 交 通运输_T - 程学报 ， 2 0 0 9 ， 9 2 8 3 8 8 ． [ 2 ]张铁． 工程建设机械管理[ M]东营 石油大学出版社， 2 0 0 0 [ 3 ]吴 国进 公路养护机械设备 与管理[ M] ． 北京 人 民交通 出版社 ， 2 0 0 3 [ 4 ]杨 琦， 王 洁 高速公路 价值 管理研 究L J ]中国公路 学报 ， 2 0 0 8 ， 2 1 5 1 0 31 0 8 ． [ 5 ]杨 琦 ， 杨云峰 高速公路 资产 管理 体制改革研 究[ J ] ． 中国公路 学报 ， 2 0 0 9 ， 2 2 2 1 0 5 1 1 0 ． 收 稿 日 期 2 01 0 -0 3 -2 5 [ 责 任 编 辑 王 玉 玲 ] 上 接 第 5 8页 图 2挡 位 推 荐 子 程 序 流 程 行 驶 速 度 检 测 值 一 墨 变 控 至 量 制 波 泵 器 输 比 例 洒布量 、洒布宽度输入 一 出 阀 4 结 语 6 2 图3 自动 洒 布 子 程序 控 制流 程 沥 青 洒 布 车 是 ～ 种 重 要 的 路 面 养 护 机 械 ， 其 智 能 化 程 度 的 提 高 对 于 路 面 性 能 有 非 常 重 要 的 影 响 。 本 文 利 用 P L C 0 触 摸 屏 实 现 其 自 动 智 能 控 制 ， 可 根 据 洒 布 要 求 对 喷 洒 宽 度 、 喷 洒 量 进 行 控 制 ， 并 能 实 现 喷 洒 量 的 闭 环 控 制 。 叁耋窒 ； 『 1 ]杜峰， 魏朗， 赵建有． 车辆主动转向的变结构控制器设计[ J ] ． 交通运输J - 程学报 ， 2 0 0 9 ， 9 1 3 5 3 9 ． 『 2 ]殷 国栋 ． 陈 南 ． 四 轮 转 向 车 辆 控 制 系统 操 纵 稳 定 性 道 路 试 验 『 1 _ l 中国公路 学报 ， 2 0 0 9 ， 2 2 6 1 1 6 -1 2 0 f 3 ]王 新． 张 曼． 基 于软件P L c的铣刨机电气控制 系统设计[ J ]筑 路 机 械 与施 工机 械 化 ， 2 0 0 9， 2 6 9 5 0 5 4， 5 8 ． 『 4 ]马立明 ， 李申山． 土压 平衡式盾g J P L C电气控制 系统分析[ J ] ． 筑路 机械 与施 工机 械 化 ， 2 0 0 9 ， 2 6 9 6 5 6 7 ． 『 5 ]许 鹏 ， 曹秉刚 ， 徐 刚 电机 串联 式电动-g驱动 系统变结构控 制f 7 ]中国公路 学报 ， 2 0 0 9 ， 2 2 6 1 2 1 一 】 2 5 收 稿 日期 2 01 0 -0 4 - 0 2 [ 责 任 编 辑 谭 忠 华 ]