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沥青混凝土自动摊铺机计算机控制

收藏本文 2024-01-03 点赞:31121 浏览:144180 作者:网友投稿原创标记本站原创

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。
关键词:自动摊铺机,计算机控制,混合PID

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。

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/P{ΔT2 /TlTd ΣΣei+ΔT /TΣei+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。智能化主要体现在智能找平控制系统上,采用更加先进的能适应各种环境和天气的路面智能扫描装置,研究更加智能和高精度的控制策略,同时对监控、检测、报警、诊断和远程通信实现真正的智能化。无人驾驶技术是智能化的具体应用,在危险区域施工使工作人员可以远距离操控设备,保证人身安全。
参考文献
欧青立,何克忠.摊铺机计算机控制系统设计[J].湘潭矿业学院学报,2000.6(15)
胡斌,陈桂生,何

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克忠.沥青混凝土自动摊铺机控制系统设计[J].计算机工程与应用,2002.4
张光海,何克忠,王克宏.LTU125A沥青混凝土自动摊铺机的计算控制[J].计算机工程,2000.3(26)
注:文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。

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