智能沥青洒布系统设计硬件部分毕业论文.doc
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1、本科毕业设计本科毕业设计( (论文论文) ) 题目题目: :智能沥青洒布系统设计硬件部分智能沥青洒布系统设计硬件部分 系系 别:别: 电子信息系电子信息系 专专 业:业: 自动化自动化 班班 级:级: 智能沥青洒布控制系统设计硬件部分 摘要 本课题的名称是“智能沥青洒布控制系统设计” ,沥青洒布车是公路,城市道 路,机场和港口码头建设的重要设备,其工作原理是在洒布车行驶过程中,将加热 至液态的橡胶沥青均匀地喷洒在基层上,从而形成粘合层或路面。传统沥青洒布车 需要由人工调整喷洒压力,难以实现洒布量的精确控制。本文提出了一种新的沥青 洒布车控制系统的控制算法,该方法由智能控制系统来对喷洒压力、洒布
2、量进行精 确控制,从而提高洒布质量。 论文在分析智能沥青洒布车国内外发展的基础上,结合现代控制的一些具体应 用,提出了一种全新的方式在满足洒布量精确控制的前提要求下,又实现了在动力 上的稳定供应,最终确定了一种切实可行的方案。首先是整体的一个方案框架结构, 包括沥青循环系统,导热油循环系统,以及相关的系统结构图,工作的方式,然后 是智能沥青洒布车的工作原理,并提出了一种系统的核心算法压力控制算法。 完成了 plc 控制系统的硬件选型和程序编号,主要以手动和自动两种方式控制喷洒, 并且设计了报警程序,以及显示屏。 论文所设计的控制系统,是“智能沥青洒布系统设计”的重要组成部分。设计 能够满足课题
3、的各种要求,达到预期目标。 关键词:沥青洒布;压力控制;采样 PI;PLC;触摸屏 Designof Control System hardware of Intelligent asphalt distributor Abstract The name is “intelligent asphalt distributor control system design“, the asphalt distributor road, city road, important equipment in airport and port construction, its working princ
4、iple is the distributor in the running process, the rubber asphalt is heated to a liquid is uniformly sprayed on the substrate, thereby forming an adhesive layer or pavement. The traditional asphalt distributor needs to be adjusted by hand spray pressure, difficult to achieve precise control of spra
5、ying quantity. This paper presents an algorithm for control of new asphalt distributor control system, the intelligent control system of spray pressure, spray quantity were controlled, so as to improve the spraying quality. Based on the analysis of intelligent asphalt distributor development at home
6、 and abroad, combined with some specific applications of modern control, this paper puts forward a new way in the precondition of satisfying the spreading volume control requirements, and achieve a stable supply in the power, eventually determine a feasible scheme. The first is a project of the over
7、all framework of the structure, including asphalt recycling system, thermal oil circulation system, and the system structure, working mode, and then is the working principle of intelligent asphalt distributor, and puts forward the core - Method of pressure control algorithm of a system. To complete
8、the selection of hardware and the program of PLC control system of numbering, mainly two kinds of manual and automatic control of spray, and the design of the alarm procedures, and display. The control system designed in the paper, is “an important part of intelligent asphalt distributor system desi
9、gn“. The design can satisfy the projects requirements, to achieve the desired objectives. Key Words:asphalt; pressure control; sampling PI; PLC; touch screen 目 录 1 绪论绪论6 1.1 概述 6 1.2 沥青撒布车国内外研究发展现状 6 1.3 课题研究背景及意义 7 1.4 课题研究内容 9 2 沥青撒布车整体沥青撒布车整体设计方案设计方案10 2.1 智能沥青洒布车技术特征和结构 10 2.1.1 智能沥青撒布车技术特征10 2.
10、1.2 沥青撒布车车辆结构. .11 2.2 沥青循环系统 12 2.3 导热油循环系统 14 2.4 控制系统整体方案设计 15 3 系统硬件设计系统硬件设计.17 3.1PLC 的基本概念.17 3.2PLC 的基本组成和各部分作用.17 3.2.1PLC 的基本组成17 3.2.2PLC 各部分的功能17 3.3 控制系统的硬件设计19 3.3.1PLC 的选型.19 3.3.2PLC 的硬件配置.20 3.3.3 其他关键外接电路.23 3.4 触摸屏显示器系统设计 26 3.4.1 触摸屏简介26 3.4.2 触摸屏在工业中的应用26 3.4.3Schneider 触摸屏和 Vije
11、n Desiger 软件介绍27 4 控制系统的压力调整算法的研究控制系统的压力调整算法的研究.28 4.1 洒布量控制算法的理论依据 28 4.2 压力调整算法的研究 28 4.2.1 采样 PI 控制原理 28 4.2.2 采样 PI 控制器的参数选择 29 5.结论结论.31 5.1 收获与展望31 5.2 设计收获与体会.31 参考文献参考文献.32 致致 谢谢33 毕业设计(论文)知识产权声明毕业设计(论文)知识产权声明34 毕业设计(论文)独创性声明毕业设计(论文)独创性声明.35 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计(论文) 5 1 绪论 1.1概述 本章简要介绍了沥青洒布车的系
12、统组成,在国内外的发展情况和技术特点。 论述了提出课题的背景和依据,结合我国经济发展水平和技术条件提出了开发 智能沥青撒布车的必要性。本课题主要任务是智能控制系统的硬件设计包括整 体控制方案和 PLC 选型,能够实现对洒布量的精确控制,提高洒布质量。 1.2沥青撒布车在国内,外发展现状 沥青撒布车是一种黑色路面施工机械。它是公路,城市道路,机场和港口 码头建设的主要设备,它的工作原理是将高温液态沥青经过沥青泵加压后,由 喷嘴均匀喷洒在施工路面上。沥青撒布车主要应用在采用沥青贯入法,沥青层 铺表面处置法修筑沥青路面或养护沥青或渣油路面的工程中,可用来运输与洒 布液态沥青。此外,它还可以向松碎的土
13、壤供给沥青结合料,修建沥青稳定土 路面或路面基层。 早期的沥青撒布车是通过木材,煤或其他燃料将沥青加热至融化状态后, 工人用瓢泼的方式进行沥青洒布作业的。沥青撒布车于上个世纪初问世,其技 术经过不断改进和发展,于上世纪 40 年代开发了最早的自行直排式沥青撒布车。 我国从上世纪 50 年代开始以技术引进的方式从前苏联购买了最早的一批沥 青洒布车。限于当时的技术水平,其主要技术特点包括: 1,用明火通过火管直接对沥青进行加热。 2,采用容积式沥青泵。 3,通过更换不同长度的喷杆和不同规格的喷嘴,来改变洒布宽度和搭接层 数。 4,采用调节车速与沥青泵转速之间的匹配关系实现设定的洒布量。 这种技术在
14、国内一直被使用到 20 世纪 90 年代都没有显著改进。而国外由 于起步较早,施工经验积累丰富,各公司研发的智能沥青撒布车已经相当成熟 了,主要厂家包括意大利玛森萨,法国来区维尔,加拿大西斯德克等,他们的 技术特点主要表现在下面几个方面: 1,车辆底盘 车辆底盘的主要任务是承载,行驶和为其他功能部件,如液压系统,气动 系统等提供动力。目前,沥青撒布车的底盘都是从车辆生产厂家定制的。进口 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计(论文) 6 车型一般都选用volvo或奔驰底盘,而国产车型一般选用斯太尔,陕汽重卡等品 牌,并在对底盘作相应的改动,加装取力器对液压系统提供动力。这种方法从 本质上来说就是
15、通过降低车辆的行驶速度。将节省下来的动力分配给液压系统, 从而驱动沥青泵等部件工作。这种方法虽然简单易行,但是由于存在功率干扰, 所以会对洒布精度造成一定影响。 2 ,控制系统 控制系统是整车智能化程度的集中体现,决定了整车性能的高低。国内现 代的智能沥青撒布车一般都采用工程机械专用控制器如DLCKEY-john,力士乐 Rexroth等。其智能化程度较高,能够进行多种沥青(如改性沥青,乳化沥青等) 洒布作业并且洒布质量很高;通过测速雷达测量车速 ,从而实现了沥青泵转速 随车速自动调整。为了适应施工需要,在车内和车尾部装有两个控制台,其中 驾驶室内的控制台主要负责自动洒布,同时可以在屏幕中监测
16、车辆的行驶状态 和各工作参数是否正常;车后控制台的主要功能是对手动洒布进行控制。 3,液压系统 液压系统是沥青洒布车上装设备动力的直接来源,驱动沥青泵 和导热油泵。 只有稳定液压系统输出,才可以实现洒布量的精确控制。传统沥青撒布车上的 液压系统由取力器提供动力,不能达到动力的稳定供应,怒气按国外沥青撒布 车的液压系统一般采用闭式回路驱动,原因是其形式简单,效率高,控制简便。 4,气动系统 气动系统的动力来源是车辆底盘的储气瓶。气动系统主要驱动喷洒杆的升 降,伸出与收回,喷嘴的开启与闭合和一些气动阀门的开启动作。 5,沥青循环系统 沥青循环系统是沥青在喷嘴的沥青罐之间流动的通路,按照不同的循环状
17、 态可以分为大循环,小循环,自动洒布,手动洒布,沥青自吸和外泄状态,各 个状态之间的切换靠改变阀门的开启和关闭来实现。沥青循环系统的管路全部 采用复合管,内层管是导热油管路,可以实现大体积自由流动;外层管路是沥 青管路,喷嘴部分采用导热油或电阻加热,在喷洒作业之前进行局部加热。 6,导热油循环加热系统 为了保证沥青在整个喷洒作业过程中始终处于最佳流动状态,需要洒布车 在沥青运输和喷洒作业进行中对沥青保温和自动加热。现代的沥青撒布车一般 用导热油加热系统,克服了传统洒布用明火加热容易导致沥青老化的特点,根 据不同的工作状态,导热油加热系统分为全循环,加热沥青罐,加热喷洒杆, 自吸和自卸导热油,加
18、热导热油,加热沥青泵6种工作方式。 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计(论文) 7 1.3 课题研究背景及意义课题研究背景及意义 时代在发展,科技在进步,现代科学技术在传统产业部门(农业,工业, 运输业,建筑业)中的应用是历史发展的必然趋势。机,电,液一体化技术的 发展正是反映当代新技术革命这种大趋势的典型代表,它集中体现了现代科学 技术对传统机械产品的渗透和改造。先进的筑,养路机械集机,电,液高新技 术于一体。电液控制技术是现代工业技术创新的主流,很大程度上体现和决定 了车辆的整体性能(舒适性,经济型,作业质量,行驶性能等) 。另外,高等级 路面的迅速发展,也不断对沥青洒布技术提出更高的要
19、求。因此,现代的沥青 撒布车在发展过程中呈现如下的趋势: 1,控制系统智能化 操作人员在驾驶室内将洒布量,洒布宽度等作业参数设定完毕后,控制系 统在整个洒布作业过程中代替操作人员对洒布量进行调整,以适应车速的变化; 驾驶室内的显示屏实时将车辆的各种参数,如车速,剩余沥青量,沥青温度, 洒布量等反馈给驾驶员,以便其了解车辆运行状态。 2,洒布量连续可调 洒布量是根据不同的施工设计确定的,现代沥青洒布车要求可以实现洒布 量在0.33L/m2范围内连续可调,在某些极端情况下要求更高,例如在洒布 带有橡胶沥青颗粒的改性沥青时,要求洒布量高达5L/m2洒布宽度一般在26m 或更宽,喷嘴的开启独立或成组控
20、制,在最大洒布宽度范围内,根据施工需要 在现场调整。 3,提高启喷阶段的洒布质量 启喷阶段是指洒布车从开始喷洒到达推荐车速之间的过程。在这个阶段中, 车速是快速变化的,系统压力也不稳定,此时的洒布量与设定值有一定的偏差。 零启喷距离是很难做到的,但减少距离有利于持续喷洒作业。 4,灌装系列化 目前的沥青撒布车罐容一般是1000L-15000L。不同的作业需求应用不同的 车辆。当施工面积较小,沥青用量较少时,使用小罐量洒布车即可满足要求; 如果施工面积大,沥青用量大,则选用大罐容沥青洒布车以减少施工过程中车 辆回库次数,有助于提高工作效率。 在我国,随着国民经济的腾飞,公路事业的迅速发展, “层
21、铺法” , “单表处” , “双表处”等工艺都需要高质量的沥青洒布作业。各种改性沥青的出现,使沥 青的喷洒温度越来越高(例如橡胶沥青的最佳喷洒温度已达到190度) 。动力粘 度成倍增加,这些都给沥青洒布带来了较大的困难。因此,中国不仅需要在数 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计(论文) 8 量上增加沥青撒布车,而且需要进一步提高沥青撒布车的使用性能。目前,国 内沥青洒布车水平正在迅速提高,传统产品正在用新技术加以改造或替代,遵 循以市场为导向的原则,国内企业除了生产市场不同需要的中,低端产品外, 同时在需要在技术上立足高起点,积极开发,生产具有国际水平的智能型沥青 洒布车。因此,在现有市场条
22、件下,智能沥青洒布技术必将获得巨大的发展空 间。 1.4 课题研究内容 智能沥青洒布车在国内属于新兴技术。开发的厂家较少,而且各厂家对其技 术都采取封闭的态度,国外产品的技术资料更是难以获得,鉴于这种情况,本 课题的研究几乎无任何可以参考的模式,所以本论文研究的主要内容如下: 1,智能沥青洒布车整体设计方案; 2,控制系统硬件设计; 3,控制系统算法设计; 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计(论文) 9 2 沥青撒布车整体方案设计 本沥青洒布车整体设计方案是根据当前道路施工要求,经过研究所工程师 们的讨论提出的。智能沥青洒布车主要由底盘部分,液压系统,沥青循环系统, 导热油循环系统,沥青喷洒
23、系统,气动系统和控制系统等部分组成,下面逐一 介绍各系统方案设计。 2.1智能沥青洒布车技术特征和结构 2,1,1智能沥青洒布车技术特征 1.采用独立上装发动机的形式驱动液压泵,取代了老式洒布车上的取力器。 在传统沥青洒布车上,需要在汽车的传动系统中加入取力器,再通过减速装置 来驱动上装设备。但是这种驱动方式要求在喷洒过程中车辆发动机转速保持恒 定,在实际施工过程中几乎是不可能的;而且对于控制算法而言,控制对象 喷洒压力是一个非线性多元函数,不仅增加了控制难度,而且对喷洒精度造成 了很大的影响。所以,在洒布车的上装部分增加独立发动机不失为一种有效的 解决方法。具体操作过程如下:在汽车底盘上加装
24、独立的柴油发动机代替取力 器驱动定量液压泵,由于独立发动机转速与底盘发动机转速无关,液压泵可以 给沥青泵和导热油系统提供恒定的压力,这就大大简化了控制算法,有利于提 高洒布精度。 2. 智能化控制系统的应用,对提高洒布精度,简化操作过程有非常大的 帮助。首先,洒布量,洒布作业长度,洒布宽度,所用沥青种类,喷嘴类型等 工作参数由操作员根据道路施工要求确定,并通过人机界面(液晶触摸屏)输 入到控制器中。控制器通过控制函数计算出推荐车速,通过显示屏提供给操作 员。操作员根据推荐车速驾驶车辆,并且允许车速在一定的范围内波动,控制 器可以控制车速,实时调整沥青喷洒回路中的沥青量,从而满足沥青喷洒量与 行
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