全液壓輪胎壓路機(jī)控制系統(tǒng)

精品文檔-下載后可編輯全液壓輪胎壓路機(jī)控制系統(tǒng)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“揉搓作用”結(jié)果就產(chǎn)生了極好的壓實(shí)效果。同時(shí)，輪胎間的相互重疊能產(chǎn)生平整、致密的表面質(zhì)量。而傳統(tǒng)的以機(jī)械式傳動(dòng)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)、頻繁換向工作中顯得力不從心，無法滿足現(xiàn)代自動(dòng)控制、遠(yuǎn)程監(jiān)控的要求，其操作的安全性、舒適性也因此受到局限。

1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制原理

YL25C全液壓輪胎壓路機(jī)控制系統(tǒng)要對壓路機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)、行走系統(tǒng)和灑水系統(tǒng)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，確保系統(tǒng)的高效安全運(yùn)轉(zhuǎn)，具備一定遠(yuǎn)程監(jiān)控的功能擴(kuò)展平臺(tái)。控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖見圖1.

圖0產(chǎn)品實(shí)物圖片

圖1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

1.1動(dòng)力系統(tǒng)

對啟動(dòng)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(shí)監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)速、機(jī)油壓力及冷卻水溫度。

啟動(dòng)控制：在啟動(dòng)條件滿足時(shí)，啟動(dòng)點(diǎn)火開關(guān)，由蓄電池為啟動(dòng)馬達(dá)及斷油電磁鐵供電，當(dāng)系統(tǒng)檢測到發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到預(yù)置值時(shí)，斷開啟動(dòng)馬達(dá)電源。

轉(zhuǎn)速控制：傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)怠速不穩(wěn)，導(dǎo)致燃油不完全燃燒，其次，調(diào)速的快慢也受限于操作員的經(jīng)驗(yàn)。本控制系統(tǒng)，直接通過開關(guān)設(shè)定轉(zhuǎn)速值，同時(shí)由飛輪轉(zhuǎn)速傳感器測得脈沖信號作為反饋值，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驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，進(jìn)而平穩(wěn)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，自動(dòng)調(diào)整電機(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±20r/min。

1.2行走系統(tǒng)

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(shí)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便得到行走恒速控制的指令，行走電控系統(tǒng)此時(shí)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)定值作為系統(tǒng)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)器獲得一個(gè)較好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線，機(jī)器動(dòng)作以后，由設(shè)置在行走馬達(dá)上的測速傳感器將實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速值通過PLC的高速計(jì)數(shù)器送入PLC，該傳感器提供的反饋信號在進(jìn)入閉環(huán)運(yùn)算之前，先進(jìn)行算術(shù)平均值取樣處理，合成為一個(gè)總的反饋信號提供給PID調(diào)節(jié)器，終由PID輸出一個(gè)PWM調(diào)節(jié)值給行走電比例泵，通過液壓系統(tǒng)和相應(yīng)的液壓行走馬達(dá)驅(qū)動(dòng)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≤2m/min。

在以上恒速控制程序調(diào)試過程中，由于輪胎壓路機(jī)本身質(zhì)量大，達(dá)25噸，行走慣量大，為使機(jī)器獲得一個(gè)較好的動(dòng)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)間進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

行駛制動(dòng)：在行駛手柄回中時(shí)，PLC便得到停車指令，立即將PID調(diào)節(jié)值置零，同時(shí)，輸出PWM調(diào)節(jié)值自動(dòng)按某一斜坡值遞減至零，達(dá)到系統(tǒng)平穩(wěn)停車的目的。

緊急制動(dòng)：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得到指令后，立即關(guān)閉PID調(diào)節(jié)器，同時(shí)將其輸入/輸出值清零，并輸出一個(gè)開關(guān)量信號給報(bào)警指示燈進(jìn)行警示，系統(tǒng)進(jìn)入緊急停車狀態(tài)。

1.3灑水系統(tǒng)

手動(dòng)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(shí)，可以選擇手動(dòng)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(shí)間或次數(shù)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信號直接驅(qū)動(dòng)水泵電機(jī)，線性控制灑水流量。

自動(dòng)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信號直接驅(qū)動(dòng)水泵電機(jī)，以達(dá)到灑水流量，既不會(huì)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)控系統(tǒng)

由文本顯示器及指示燈組成，主要用來監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)累計(jì)工作小時(shí)、轉(zhuǎn)速、冷卻液溫度和機(jī)油壓力、燃油液位、行走速度等系統(tǒng)參數(shù)，對如冷卻液溫度過高、機(jī)油壓力低、制動(dòng)壓力低及水箱缺水提供圖文報(bào)警，此外，還可以對機(jī)器一些功能選擇及時(shí)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)、系統(tǒng)報(bào)警等進(jìn)行報(bào)警指示。

溫度傳感器溫度特性并不是線性的，按圖2線路連接，V+為工作電壓，R*為分壓電阻，經(jīng)過經(jīng)驗(yàn)值測定，溫度傳感器滿足以下函數(shù)關(guān)系：

①T=τlnK/Rt

②Rt=U/I

將①、②式歸并可得出公式③

③T=τlnk/U其中k=K·I

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)。

將電壓信號送入PLC模塊，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換及相關(guān)函數(shù)運(yùn)算、標(biāo)定，利用公式③即可計(jì)算出對應(yīng)的傳感器檢測的溫度值。

2控制系統(tǒng)硬件

2.1控制器

（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，工作環(huán)境溫度0~55℃；

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

（4）高速脈沖輸出頻率20kHz，輸出驅(qū)動(dòng)電流750mA；

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系統(tǒng)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GESSMAN產(chǎn)的工程機(jī)械專用行駛手柄S22M-02RP-X

2.5比例放大器

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

3控制程序設(shè)計(jì)

高速計(jì)數(shù)：本產(chǎn)品設(shè)計(jì)應(yīng)用了兩路高速計(jì)數(shù)，一路是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速檢測，另一路是行走速度檢測。通過安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)或行走馬達(dá)飛輪殼體上的傳感器可以接受電磁脈沖信號，每一個(gè)飛輪齒經(jīng)過傳感器時(shí)，傳感器即輸出一個(gè)波形，設(shè)該波形的頻率為f，飛輪齒數(shù)為Z，發(fā)動(dòng)機(jī)或馬達(dá)轉(zhuǎn)速為n，則它們滿足以下公式：

④n=f*60/Z

PLC高速計(jì)數(shù)是采用定時(shí)中斷的方式累計(jì)單位時(shí)間里所采集的脈沖數(shù)，那么所累計(jì)1秒時(shí)間所采集的脈沖數(shù)就是我們要知道的頻率f，而飛輪齒數(shù)Z也已知，利用公式④就可以計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n了。

在測得行走馬達(dá)轉(zhuǎn)速n后，已知減速機(jī)減速比為i，輪胎直徑為D，則利用公式⑤就可以計(jì)算出機(jī)器行走速度v了：

⑤v=n**D/i

PWM功能：PWM功能在工程機(jī)械中具有廣泛的應(yīng)用，如直流電機(jī)調(diào)速，電磁閥流量或壓力調(diào)節(jié)等。而本產(chǎn)品則應(yīng)用于行走主泵流量控制的比例電磁閥，該電磁閥對驅(qū)動(dòng)電流要求是一個(gè)振顫信號，響應(yīng)頻率為100~200Hz，且線性好，重復(fù)精度高。而PWM功能提供的是占空比線性可調(diào)的脈沖輸出，頻率可達(dá)20kHz，占空比可在0%~100%自由調(diào)整，設(shè)占空比為τ，PLC輸出PWM波的電壓為U，電流