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福建省 福州市

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2023-12-18 02:49:01

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    在現(xiàn)代各類建筑基礎(chǔ)、路面和路基的壓實(shí)中,輪胎壓路機(jī)具有不可代替的優(yōu)越性,其充氣輪胎除有垂直壓實(shí)力外,還有水平壓實(shí)力,這些力的作用加上膠輪彈性所產(chǎn)生的一種“作用”結(jié)果就產(chǎn)生了極好的壓實(shí)效果。同時,輪胎間的相互重疊能產(chǎn)生平整、致密的表面。而的以機(jī)械式傳動為主的輪胎壓路機(jī)因其結(jié)構(gòu)笨重、機(jī)械換檔在機(jī)群式作業(yè)、換向工作中顯得力不從心,無法現(xiàn)代自動控制、遠(yuǎn)程監(jiān)控的要求,其操作的性、舒適性也因此受到局限。 

          三一重工2005年推出的*YL25C全液壓輪胎壓路機(jī)具有電控油門、電控?zé)o級調(diào)速和恒速控制、智能灑水控制等功能,可高路面施工工藝要求。其控制采用西門子公司的S7-200 PLC模塊及擴(kuò)展模塊作為控制核心,同時采用新一代文本顯示器OP73Micro對設(shè)備進(jìn)行實(shí)時顯示和監(jiān)控,并提供故障診斷功能。 

    1 控制結(jié)構(gòu)及控制原理 

          YL25C全液壓輪胎壓路機(jī)控制要對壓路機(jī)的動力、行走和灑水提供相應(yīng)的控制及保護(hù),恒轉(zhuǎn)速、恒速行走,按一定斜坡值要求起步和停車,確保的運(yùn)轉(zhuǎn),具備一定遠(yuǎn)程監(jiān)控的功能擴(kuò)展平臺??刂平Y(jié)構(gòu)框圖見圖1.

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                              圖0 產(chǎn)品實(shí)物圖片
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                           圖1 控制結(jié)構(gòu)框圖 

    1.1 動力 

          對啟動馬達(dá)、油門步進(jìn)電機(jī)及斷油電磁鐵進(jìn)行控制,實(shí)時監(jiān)控發(fā)動機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)速、機(jī)油壓力及冷卻水溫度。 

          啟動控制:在啟動條件時(行走泵斜盤歸零位),啟動點(diǎn)火開關(guān),由蓄電池為啟動馬達(dá)及斷油電磁鐵供電,當(dāng)檢測到發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到預(yù)置值時,斷開啟動馬達(dá)電源。 

          轉(zhuǎn)速控制:的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)是利用機(jī)械軟軸直接施力于節(jié)氣門來調(diào)速,其缺陷是發(fā)動機(jī)怠速不穩(wěn),燃油不完全,其次,調(diào)速的快慢也受限于操作員的。本控制,直接通過開關(guān)設(shè)定轉(zhuǎn)速值,同時由飛輪轉(zhuǎn)速傳感器測得脈沖作為反饋值,形成閉環(huán)控制回路,經(jīng)過某種運(yùn)算后,按一定的斜坡值輸出高速脈沖(PTO)驅(qū)動步進(jìn)電機(jī),進(jìn)而平穩(wěn)調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速,自動電機(jī)進(jìn)給量,達(dá)到電機(jī)的定位及在怠速狀態(tài)下的恒轉(zhuǎn)速控制要求,控制轉(zhuǎn)速偏差△n<±20 r/min。 

    1.2 行走 
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          在國內(nèi)同類產(chǎn)品全液壓驅(qū)動,速度快、行駛平穩(wěn),可達(dá)18Km/h,快速轉(zhuǎn)場的要求;雙操作手柄電控?zé)o級調(diào)速,實(shí)現(xiàn)機(jī)電液一體化控制,調(diào)速及換向便捷,制動迅速,大大操作舒適性和性。 

          恒速控制:首先由行駛手柄進(jìn)行行走速度值及方向設(shè)定,同時可以通過顯示器的顯示窗口讀取所設(shè)定的行駛速度值,PLC便行走恒速控制的指令,行走電控此時處于PID的閉環(huán)控制之中。行駛手柄中的電位器所輸入的設(shè)定值(模擬量)作為的初始給定值,經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送入PID調(diào)節(jié)器進(jìn)行運(yùn)算,通過PID的參數(shù)調(diào)節(jié)可以讓機(jī)器一個的動態(tài)響應(yīng)曲線,機(jī)器以后,由設(shè)置在行走馬達(dá)上的測速傳感器將實(shí)時轉(zhuǎn)速值(高速脈沖值)通過PLC的高速計數(shù)器送入PLC,該傳感器提供的反饋在進(jìn)入閉環(huán)運(yùn)算之前,*行算術(shù)平均值取樣處理,合成為一個的反饋提供給PID調(diào)節(jié)器,終由PID輸出一個PWM調(diào)節(jié)值給行走電比例泵,通過液壓和相應(yīng)的液壓行走馬達(dá)驅(qū)動壓路機(jī)跟隨速度設(shè)定值以恒定的速度作業(yè),其偏差值δ≤2 m/min。 

          在以上恒速控制程序調(diào)試中,由于輪胎壓路機(jī)本身大,達(dá)25噸,行走慣量大,為使機(jī)器一個的動態(tài)響應(yīng)曲線,須對PID輸出調(diào)節(jié)值限幅,并且依據(jù)不同的設(shè)定值區(qū)間(兩級以上)進(jìn)行適當(dāng)。 

          行駛制動:在行駛手柄回中時,PLC便停車指令,立即將PID調(diào)節(jié)值置零,同時,輸出PWM調(diào)節(jié)值(脈寬)自動按某一斜坡值遞減至零,達(dá)到平穩(wěn)停車的目的。 

          緊急制動:在按下緊停按鈕后,一方面,通過外部的物理開關(guān)關(guān)閉所有電磁閥電源;另一方面,將開關(guān)量送入PLC,PLC指令后,立即關(guān)閉PID調(diào)節(jié)器,同時將其輸入/輸出值清零,并輸出一個開關(guān)量給指示燈進(jìn)行警示,進(jìn)入緊急停車狀態(tài)。 

    1.3 灑水 
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          灑水對施工的好壞有著直接影響,因此,在控制方面既要保證灑水流量的線性可調(diào),又要保證在小流量水噴灑的霧化效果。 

          手動調(diào)節(jié):在施工階段對灑水流量要求不是很嚴(yán)格或產(chǎn)品調(diào)試時,可以選擇手動功能。直接通過開關(guān)進(jìn)行流量值設(shè)定,PLC根據(jù)開關(guān)接通的時間或換算成對應(yīng)的流量值,經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換控制比例放大器,轉(zhuǎn)化為PWM直接驅(qū)動水泵電機(jī),線性控制灑水流量。 

          自動調(diào)節(jié):基于壓路機(jī)行走速度值,經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換控制比例放大器,終轉(zhuǎn)化為PWM直接驅(qū)動水泵電機(jī),以達(dá)到佳灑水流量,既不會因?yàn)樗鬟^小使輪胎粘瀝青,也不致水流過大影響瀝青溫度。 

    1.4 監(jiān)控 
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          由文本顯示器及指示燈組成,主要用來監(jiān)控發(fā)動機(jī)累計工作小時、轉(zhuǎn)速、冷卻液溫度和機(jī)油壓力、燃油液位、行走速度等參數(shù),對如冷卻液溫度過高、機(jī)油壓力低、制動壓力低及水箱缺水提供圖文,此外,還可以對機(jī)器一些功能選擇及時鐘編輯通過文本顯示功能鍵來設(shè)置完成;指示燈則用來對充電狀態(tài)、PLC工作狀態(tài)、等進(jìn)行指示。 

          溫度傳感器溫度特性(溫度與電阻的函數(shù)關(guān)系)并不是線性的,按圖2線路連接,V+為工作電壓,R*為分壓電阻,經(jīng)過值測定,溫度傳感器(負(fù)溫敏電阻)以下函數(shù)關(guān)系: 

    ① T=τlnK/Rt 

    ② Rt=U/I 

    將①、②式歸并可得出公式③ 

    ③ T=τlnk/U 其中k=K·I 
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                      圖2 

    式中:T為傳感器檢測的溫度;Rt為傳感器電阻;τ和K為常數(shù)(可以事先利用溫度計和萬用表測出兩組T、U值求出)。 

    將電壓送入PLC模塊(模擬量輸入點(diǎn)),經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換及相關(guān)函數(shù)運(yùn)算、,利用公式③即可計算出對應(yīng)的傳感器檢測的溫度值。 

    2 控制硬件 

    2.1 控制器 

    由西門子S7-200主模塊CPU224及擴(kuò)展模塊EM223、EM235組成。其中CPU224為西門子小型PLC主模塊,設(shè)計緊湊、良好擴(kuò)展性及強(qiáng)大的指令可以近乎小規(guī)模控制要求,EM223為4DI/4DO數(shù)字量擴(kuò)展模塊,EM235為4AI/1AO模擬量擴(kuò)展模塊。 

    (1) 18路數(shù)字量輸入14路數(shù)字量輸出,4路模擬量輸入1路模擬量輸出 

    (2) 工作電壓20.4~28.8VDC,工作溫度0~55℃; 

    (3) 高速計數(shù)輸入點(diǎn)響應(yīng)20 kHz,邏輯1電平15~30 VDC; 

    (4) 高速脈沖輸出20 kHz,輸出驅(qū)動電流<750 mA; 

    2.2 顯示器 

    西門子文本顯示器OP73Micro,可顯示3行每行達(dá)12字中文信息,4功能鍵/7鍵,前面板尺寸148×76mm,開孔尺寸138×68mm; 

    2.3 測速傳感器 

    REXROTH霍爾轉(zhuǎn)速傳感器HDK18,工作電壓8~36V; 

    2.4 行駛手柄 

    選用帶行程開關(guān)及中位鎖GESAN產(chǎn)的工程機(jī)械行駛手柄S22M-02RP-X 

    (1) 手柄機(jī)械運(yùn)動角度±37.5°; 

    (2) 壽命> 1000 萬次,工作溫度-40~60℃; 

    (3) 電阻及功率2×5 kΩ/1.5 W。 

    2.5 比例放大器 

    工作電壓18~32 V,輸入電壓0~5 VDC, PWM輸出電流3.5 A/10 kHz; 

    3 控制程序設(shè)計 

          程序編制采用模塊化結(jié)構(gòu),包括主程序、子程序和中斷程序等。主程序主要完成程序初始化、輸入點(diǎn)濾波、處理、行走及制動控制和實(shí)現(xiàn)各子程序的調(diào)用等核心功能。子程序主要實(shí)現(xiàn)記錄機(jī)器連續(xù)工作時間并保存在存儲器中、高速計數(shù)器和高速脈沖發(fā)生器程序初始化、速度PID調(diào)節(jié)和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速控制。中斷程序則用來通過定時中斷完成發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速及行走

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