沥青混凝土自动摊铺机的计算机控制

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 沥青混凝土自动摊铺机的计算机控 制 摘要：对沥青混凝土自动摊铺机 的总体设计进行了分析，研究其关键技 术，并阐述了未来的计算机控制发展的 主要方向。 中国论文网 /2/view-12798288.htm 关键词：自动摊铺机，计算机控 制，混合 PID 中图分类号：TU37 文献标识码： A 文章编号： 0 概述 沥青混凝土自动摊铺机是高等级 公路沥青混凝土面层铺筑的核心机械设 备，是影响路面质量的关键。通过沥青 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 混凝土自动摊铺机的研制，将在很大程 度上提高国内自动摊铺机的智能化水平， 降低企业成本，改善工作环境。沥青混 凝土自动摊铺机的主要开发方向有，摊 铺机的行走方向、速度自动控制系统， 输分料自动控制系统，自动找平系统， 简单友好的人机交互系统，关键参数的 自动监测和故障报警诊断的直观显示， 摄像机全程监视界面等。 1 自动摊铺机计算机控制系统的 总体设计 自动摊铺机系统是一个庞大且复 杂的系统，因此系统的可靠性和稳定性 是系统正常运行的前提，除了要采用性 能可靠的功能元件外，系统的总体设计 则可以保证系统的功能完整性和管理的 集中有效性，降低故障发生率。因此系 统的总体设计原则是在总控制计算机的 统一管理的基础上，实行分布式计算机 控制，对行走方向、速度自动控制系统， 输分料自动控制系统，自动找平系统， 简单友好的人机交互监控系统进行功能 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 和过程的无缝集成，对关键参数的自动 监测和故障报警诊断实行全信息界面显 示。自动摊铺机计算机控制系统的总体 布局方案如图 1 所示。 图 1 沥青混凝土自动摊铺机计算 机控制系统的总体布局方案 2 人机交互监控操作系统 2.1 监控显示系统 人机交互监控操作系统实际上整 个沥青混凝土自动摊铺机计算机控制的 核心组成部分。 由于道路工程的特定工作条件所 导致的恶劣的工作环境决定了人机交互 监控操作系统的简单化和人性化。通过 驾驶室的工业设计改良可以大大改善监 控操作系统的工作环境，提高了监控操 作系统的稳定性和持续性。人机交互监 控操作系统由计算机、显示器和监控报 警等软件组成，计算机主要负责处理数 据信息并根据预先设置智能调控，同时 将所有处理信息全部显示在 LCD 显示 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 器中，令操作者对设备的工作状态和数 据一目了然，同时对关键参数实行自动 监测和故障报警诊断。显示界面采用目 前普遍使用的下拉菜单式显示方式，保 证界面显示的简洁和信息的完整性。 由于采用了总控制计算机统一管 理的分布式计算机控制，各控制设备与 总计算机的数据交换成为关键，本文采 用 CAN 通信方式。 CAN 总线通常采用多主方式， 即网络上的任意节点均可以向其他节点 发送相关信息。同时为了减少总线对冲 突的响应时间，网络上的所有节点都会 在系统上按照实时性和重要性拥有不同 的优先级，一旦信息在节点间传输时发 生冲突，系统就会按照优先级别快速响 应处理。 同时在处理复杂多变的数据信息 时，为了减少数据传输的错误率，数据 链路层采用了短帧结构，同时执行 CRC 检验，易于纠错。在需要增加设备时， 系统的扩充只需要在总线上将新的控制 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 设备节点链接上即可实现，操作简单维 护成本低。由于信号调制解调方式采用 了位填充和 NRZ 编/解码方式，提高了 信号的抗干扰能力。 因此 CAN 总线通讯系统的可靠 性、实时性、抗干扰和强纠错能力有效 的提高了人机交互监控操作系统的管理 效率，系统内部的各个子系统的通信和 数据交换都通过 CAN 总线传输。总线 各节点的数据传输关系如图 2 所示。 图 2 CAN 总线节点数据传输 2.2 摄像机全程监视 现在越来越多的操作系统都开始 增加了摄像机全程监视系统，一方面可 以通过监控摄像头在危险区域拍摄，通 过人为主观发现并弥补监控设备无法识 别的危险因素，另一方面也可以通过全 程监控，对故障发生率比较高的设备进 行监控补充，及时总结经验，为设备的 研制和应用提供具有实际价值的录像资 料。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 3 行走方向、速度自动控制系统 行走方向、速度自动控制系统的 主要功能是按照道路工程和地形地理位 置等要求，控制自动摊铺机沿直线或特 定曲线恒速前进或转动。 沥青混凝土道路的摊铺主要是将 沥青混凝土搅拌站的成品材料装载到自 动摊铺机的输料装置内，由输分料控制 系统输送到自动摊铺机的分料器内，再 由分料器将路料均匀地向两边摊铺到路 基上，最后经过烫平、压实等一系列操 作完成摊铺。因此摊铺机的前进速度和 输分料速度决定了路基的摊铺厚度是否 达标和均匀性，行走方向决定了路基的 整齐度。自动摊铺机的行走方向、速度 自动控制系统如图 3 所示。 图 3 沥青混凝土自动摊铺机行走 方向、速度自动控制系统 4 输分料自动控制系统 摊铺机的输分料的速度控制目标 是保证摊铺层的厚度和路面平整度达到 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 摊铺要求。输分料装置包括左、右分料 装置，因此输分料自动控制系统也是由 左、右分料自动控制系统组成的，两个 子系统相互独立又统一由输分料自动控 制系统管理，保证左、右输出量的正常 比例。通过检测沥青混凝土的料位高度 来实现反馈闭环控制，为了提高输出料 自动控制系统对动态变化的响应时间和 稳定精度，系统的控制策略采用混合 PID 算法。混合过程 PID 算法的连续函 数和离散函数表达式分别为： Vm(s) =Td/P（1/TiTdS2+1/TdS+1）E(s) VMn= Td/PT2 /TlTd ei+T /Tei+En 料位传感器对料位信号高度进行 采样测量后，将料位高度偏差发送至自 动控制系统进行混合 PID 算法分析，通 过比例电磁阀控制变量泵和定量马达， 合理分配输料分料速度，确保料位高度 稳定在设定值上，最终确保摊铺厚度和 整齐度达到工程要求。输分料自动控制 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 系统如图 4 所示。 图 4 输分料自动控制系统 5 自动找平控制系统 现代的沥青混凝土摊铺机的烫平 装置都是浮动式的，装置自身具备一定 的找平能力，但对于高要求高精度的道 路其不足就凸显出来，而且采用液压和 机电一体化装置的自动找平控制系统大 大提高了路面的平整度和整齐度。因此 追求更加先进和智能化的自动找平控制 系统成为目前的热点。 由于响应滞后、非线性、多变量 的特点，自动找平控制系统实际上是一 个非常复杂的控制系统，而找平基准则 在很大程度上影响了找平精度和对烫平 板的调节精度，激光非接触式自动找平 控制系统是目前自动找平控制系统的发 展趋势。由于外界环境的影响，通过激 光扫描器得到的数据信息在传送至计算 机后会首先筛选有效信息，然后再将摊 铺前的路面与要求路面的偏差经过混合 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 PID 算法得出烫平板的仰角，调整其高 度，保证路面平整度。激光非接触式自 动找平控制系统如图 5 所示。 图 5 自动找平控制系统 6 沥青混凝土自动摊铺机计算机 控制的发展方向 随着施工工艺的改进和机电一体 化的发展，越来越多的技术被应用到了 自动摊铺机的计算机控制中来，利用计 算机控制实现沥青混凝土自动摊铺机的 智能化和无人驾驶将是未来发展的大趋 势。智能化主要体