智能沥青洒布系统设计硬件部分毕业论文.doc

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 principle 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 spraying 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 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 overall 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 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 design“. The design can satisfy the project's 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 2.1.2 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 Vijen 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 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 行车速度的匹配关系。其中控制函数是喷洒量，洒布宽度等参数的函数。这一 过程全部由操作员在驾驶室内的操作台上操作，大大方便了操作员对车辆控制。 其次，在洒布作业过程中，在驾驶室内的液晶屏上可以实时显示车辆各种 参数，如车速，作业距离。导热油温度，沥青温度等，并且在出现异常情况时 报警，如车速超限，导热油液位异常，剩余沥青量异常等，便于操作员掌握车 辆信息，保证了洒布量的精确控制。 3. 将底盘的气动系统引入操作系统，不仅用其驱动沥青回路中的阀门和喷 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 10 嘴，还可用于喷洒作业完成后对沥青管路的吹扫。 4. 采用导热油作为热量传导介质加热沥青。导热油由导热油炉加热，经过 沥青罐内的U形管加热沥青罐内的沥青，改变了传统火管加热沥青容易使沥青 老化的弊端。通过复合管在沥青循环管路上对沥青进行保温，保证沥青处于最 佳流动性。对喷杆，喷嘴进行加热，改变传统沥青洒布车在喷洒前用喷灯烘烤 喷嘴，喷洒后用柴油清洗的缺点。 2,1,2 沥青撒布车车辆结构 智能沥青撒布车整体设计方案如图所示： 应包括以下组成部分： 1.汽车底盘 汽车底盘作为系统的承载工具和部分动力来源，其载重，功率应满足车上 所有装置和满载时总质量要求。结合厂家要求和设计要求，题目组最后选择了 陕汽德龙 F3000 系列重卡 SX3255DR324C1 作为洒布车的底盘。 2.控制器 控制器作为控制系统的核心，具有参数输入，数据显示，洒布控制，异常 报警等功能。为方面操作，控制器采用触摸屏作为参数输入和数据显示页面。 控制系统选用西门子 s7-200 系列 PLC 作为核心控制器，同触摸屏和若干手动按 钮一起组成控制台。由于沥青撒布车的控制台要作为操作员对车辆进行控制， 所以控制台被放置在驾驶室内，便于驾驶员在驾驶车辆时可以根据显示屏的数 据调整车速。 3.沥青循环系统 沥青循环系统由沥青罐，沥青泵，沥青循环管路和喷洒杆组成，主要功能 包括自动洒布，手动洒布，沥青的大小循环，自吸，自卸沥青等，各功能的切 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 11 换通过电动阀和气动阀的切换来实现。其结构在下面几节单独介绍。 4. 导热油循环系统 导热循环系统由导热油箱，导热油炉，导热油泵和管路组成，其主要功能 包括分别加热沥青罐，沥青泵，喷洒杆和全循环等，各功能的切换通过电动阀 和气动阀来实现。其结构在下面几节单独介绍。 5. 液压系统 液压系统由独立柴油发动机驱动，包括液压油泵，液压油箱和管路等部分， 其主要功能包括驱动沥青泵，导热油泵，沥青搅拌马达，喷洒杆的升降和左右 伸展等。其结构在下面几节单独介绍。 2.2 沥青循环系统 该系统直接决定了沥青撒布车的工作状态，包括了自动洒布，手动洒布， 沥青的大小循环，自吸，自卸沥青和提供沥青循环路径。根据沥青撒布车的功 能设置和对国外产品的分析，提出了如图所示的沥青循环系统结构设计图。 沥青循环系统的功能有自动洒布，手动洒布，沥青的大，小循环，自吸， 自卸沥青共六种，各功能的切换由阀门的开闭控制，列表如表 2.2 中： 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 12 表表 2.2 沥青循环系统各阀门关系沥青循环系统各阀门关系 功能功能 阀门阀门 1 2 3 4 5 6 7 8 9 自动洒布 开 关 开 开 开 关 开 开 关 手动洒布 开 开 关 关 关 关 关 开 关 大循环 开 关 开 开 关 关 关 开 关 小循环 开 开 关 关 关 关 关 开 关 自吸沥青 关 开 关 关 开 关 关 开 关 自卸沥青 开 关 关 关 关 开 关 开 关 1. 自动洒布 自动喷洒状态是沥青撒布车的主要状态，当进行自动喷洒作业时处于此状 态。 首先要进行大循环，检查沥青洒布管路是否通畅，然后进入该状态，此时 打开喷嘴即可进行喷洒作业。 2. 手动洒布 手动洒布是一种辅助作业形式，主要用于对两次自动洒布的结合部路面进 行补洒和小范围局部洒布。在进行手动洒布时， 首先进行小循环状态，关闭其 他阀门，然后打开 10 号手喷阀进入手动洒布状态，用手持喷枪上的阀门控制喷 洒，结束时要先关闭 10 号阀门，进入小循环，然后切换到其他状态，防止系统 压力突然升高对手持喷枪和操作员造成伤害。 3. 大循环 当对沥青循环系统的管路，喷杆加热时，进行自动洒布之前检查管路是否 通畅的工作状态。 4. 小循环 当对沥青罐中的沥青进行保温或加热时，为了使罐内沥青升温更加迅速， 均匀，使沥青通过沥青泵后直接回流沥青罐的工作状态。 5. 自吸沥青 当从外部自吸灌装沥青时，将吸油软管连接至吸油口，打开吸油阀 5 和回 流阀 2，关闭其他阀门，沥青经过沥青泵进入沥青罐。 6. 自卸沥青 当洒布作业完成后需要将系统内剩余沥青排空，此时将卸油软管连接至卸 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 13 油口，打开沥青阀 1 和卸油阀 6，使沥青经过沥青泵后卸入外部设备中。最后 通过沥青过滤器下方的排空口，利用自流方式将剩余沥青排出。 2.3 导热油循环系统设计 为保证沥青始终处于最佳流动性且不至于高温变性，要对沥青管路进行加 热和沥青进行保温，导热油循环系统的结构图如下： 在通常情况下，导热油循环系统可以工作在下面六种模式：加热导热油，导 热沥青罐，全循环，加热沥青泵，加热喷洒杆，自吸导热油。各种功能的实现 由阀门的开闭控制，其关系如下表 2.3： 表表 2.3 导热油循环系统各阀门关系导热油循环系统各阀门关系 功能功能 阀门阀门 1 2 3 4 5 6 加热导热油 开 开 开 开 开 关 加热沥青泵 开 关 开 开 开 关 加热沥青罐 关 关 关/开 开 开 关 全循环 开 开 开 关 开 关 加热喷洒杆 关 开 开 关 开 关 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 14 自吸导热油 开 开 开 关 关 开 1. 加热导热油 导热油是系统中热量传导的介质，进行所有作业前要先将导热油加热，然后 才能加热沥青泵等设备。此时要打开全部热油阀，关闭吸油阀 6。 2. 加热沥青阀 在进行自吸沥青作业之前先要对沥青泵，沥青管路，过滤器加热，此时采 用此方式，需要打开热油阀 1,3,5。 3. 加热沥青罐 对沥青罐中的沥青进行加热和保温时的工作状态，一般在沥青运输过程中 采用此状态。 4. 全循环 当需要同时对沥青泵，沥青管路，喷洒杆和沥青罐进行加热和保温时采用 此状态，即在进行洒布作业时工作在全循环状态，需开启热油阀 1,2,3,5，关闭 热油阀 4。 5. 加热喷洒杆 当只需加热喷洒杆时采用这种方式，即需要打开热油阀 2,3，关闭热油阀 4。 6. 自吸导热油 此状态是进行从外界自吸导热油时使用的，先将吸油软管连接在吸油管 7 上，打开吸油阀 6，关闭热油阀 4,5，此时导热油经过导热油泵进入循环系统。 当加注完毕后，应立即打开热油阀 5 同时关闭吸油阀 6。 2.4 控制系统总体方案设计 智能沥青洒布车的控制系统是一个多输入，多输出的复杂控制系统，而且 输入信号类型各不相同，有开关量，模拟量，脉冲信号等，信号电平各不相同， 控制精度要求较高。同时控制系统还应具有车速，温度，压力等工作参数的采 集，监测功能。由于沥青洒布车的工作环境比较恶劣，要求控制系统在高温， 高湿，震动，尘埃条件下保持较高的可靠性。经过课题组对沥青撒布车各系统 的分析，为改变以前洒布车的操作繁琐的缺点，实现洒布量的自动精确控制， 控制系统应完成如下功能：工作参数检测功能，为操作员提供必要的工作参数 数据，便于根据实际情况调整车辆状态和及时发现故障；自动洒布功能，根据 预先设定好的洒布量和洒布宽度，经过计算后得出合适的车速作为驾驶员的参 考车速，并在洒布作业进行中根据实时车速，自动调整沥青供应量，保证对洒 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 15 布量的精确控制；为了使沥青始终处于最佳流动性，控制系统要沥青温度变化 打开或关闭导热油炉。另外还可以通过通信和数据管理功能将工作过程中的重 要数据记录下来，供以后故障判断和进一步分析使用。在本方案中，限于成本 这一功能没有考虑。 按照以上要求，结合沥青洒布车的工作流程和特点，课题组提出了下面的 控制方案。 图 2.4 为本控制系统组成原理框图。 操作台 PLC 及扩展模块 洒布车车体 图 2.4 控制系统原理框图 1. 操作员根据洒布作业的要求预先设定沥青的温度，控制器根据传感器检测到 的沥青温度，开启或关闭导热油炉：如果剩余沥青量过少，则转入保温状态避 免高温老化。 2. 沥青的流向主要由操作员根据洒布车的工作状态设定，控制器通过程序对沥 青管路上的阀门进行控制，实现各种流动动作，所有状态的设定都是一键式操 作，由操作员在操作台上完成。 3. 操作员根据施工要求将沥青洒布量，洒布宽度，沥青类型等参数输入控制器 后，由控制器给出推荐车速，在洒布过程中，操作员只需按照推荐车速驾驶车 辆，控制系统会自动根据车速在一定范围调节洒布量，实现了洒布量的智能控 制。 4. 采用数字控制技术，能准确显示，给定操作参数，同时具有故障诊断功能， 及时显示各工作环节的运转情况，防止由于误操作对设备造成损害。 触摸屏 CPU 沥青循环， 喷洒系统 燃烧器等 辅助设备 模拟量模块 底盘行驶部分 温度测量系统 压力测量系统 流量阀控制系统 继电器输出数字量模块 车速测量系统 计数模块 操作按钮 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 16 整个智能控制系统的人机界面由放置在驾驶室内的触摸屏，分布在各个管 路上的传感器，电磁阀，电动阀作为监测和执行元件。控制系统的核心是 PLC，沥青温度，洒布车实际车速，沥青喷洒压力等参数，从传感器输入到 PLC 后，不仅作为控制信号，还要由显示屏输出。操作员的指令由操作台上的 按钮和触摸屏直接送入 PLC。 3，控制系统的硬件设计 3.1PLC 的基本概念 PLC 是可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller)的简称，是一种 通用的工业自动控制装置。国际电工委员会在 1987 年的 PLC 标准草案中，对 其有明确定义：“可编程逻辑控制器是一种数字运算操作的电子系统，转为在 工业环境下应用而设计的。它采用可编程的存储器，用来在其内部存储路基运 算，顺序控制，定时，技术和算术运算等操作的指令，并通过数字式，模拟式 的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及有关设备， 都应按照易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充功能的原则设计的” 。 PLC 具有编程灵活，节点利用率高，成本低，模拟调试方便以及高可靠性 等优点，其平均无无故障运行时间一般为 35 万小时，能够适应恶劣工业环境 的能力，在钢铁，能源，化工，交通等领域得到了非常广泛的应用。 3.2PLC 的基本组成和各部分的作用 3,2,1PLC 的基本组成 PLC 实际上是一种工业控制计算机，只不过它比一般的计算机更加适应工 业过程的控制，这主要体现在 PLC 具有与工业过程直接相连的的接口和直观的 编程语言。从硬件组成来看，PLC 与普通计算机很相似，也是由中央处理器 （CPU） ，存储器，输入/输出设备，电源等设备组成的，如图 3.1： 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 17 3.2.2PLC 各部分的功能 1. 中央处理器（cpu） 和普通计算机一样 cpu 是 PLC 核心部件，按照用户程序的指令指挥 PLC 进 行工作，其主要任务有： a,控制从编程器输入的程序和数据的接收与存储； b,诊断 PLC 内部电路的工作故障和程序中的语法错误； c,当 PLC 投入运行时。读取，输出数据，并执行用户程序。 为了提高控制系统的可靠性，对一些重要性较高的系统还采用双 CPU 构成 冗余系统，即使某个 CPU 出现故障退出运行，系统也不会崩溃，仍可由备用 PLC 控制正常运行，这样，大大提高了控制系统的安全性。 2. 存储器 PLC 的存储器包括三部分。分别是系统存储器，用户存储器和数据存储器。 其中，系统存储器中存放的固化在 ROM 内的 PLC 厂家编好的系统程序，用户 不能更改。它使 PLC 具有基本的功能，能够完成 PLC 设计者规定的各项工作。 用户存储器主要用来存放用户的应用程序。所谓用户程序是指使用者根据 工程现场的生产过程和工艺要求编写的控制程序。此程序有使用者通过编程器 或 PC 输入到 PLC 的 CMOSRAM 存储器中，以便用户随时修改。为确保 PLC 控制系统的可靠性，CMOSRAM 存储器一般有备用电池以防电源掉电后数据丢 失。 数据存储器用来存放 PLC 的数据，它包括输入，输出，辅助继电器的状态 映像区，定时器，计数器，移位寄存器，状态寄存器，数据寄存器和特殊功能 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 18 寄存器等状态的映像寄存器。由于数据在控制器应用中是经常变化，存取的， 因此数据存储器一般选用 CMOSRAM，以满足随机存取的要求。 3. 输入/输出接口 输入/输出接口是 PLC 与工业生产设备或生产过程连接的接口，现场的输 入信号，如按钮，行程开关，限位开关以及传感器输出的开关量或模拟量等， 都要通过输入接口送到 PLC；输出接口的作用是接收 CPU 处理过的数字信号， 并把它们转换成现场的执行部件所能接收的控制信号，以驱动电磁阀，指示灯， 电动机等执行机构。 4. 电源 小型整体式 PLC 内部有一个开关式稳压电源，此电源一方面可以为 CPU 电路板，I/O 板和各种扩展单元提供工作电源（5VDC),另一方面还可以为外部 输入原件提供 24VDC。 5. 扩展接口 扩展接口用于将扩展单元与基本单元相连接，使 PLC 的功能更加完善，从 而扩展其应用范围。 6. 通信接口 为了实现人机对话或 PLC 之间的网络通信，PLC 配有各种的通信接口。 3.3控制系统硬件设计 3,3,1PLC 的选型 任何一个电气控制系统所要完成的控制任务，都是为满足被控制对象（生 产控制设备，自动化生产线，生产工艺过程等）提出的各项性能指标，提高劳 动生产率，保证生产质量，减轻劳动强度和危害程度，提高自动化水平。因此 在选择 PLC 的基本原则如下： （1）最大限度的满足被控对象的控制要求； （2）在满足控制要求的前提下，力求操作简单，使用及维修方便； （3）控制系统安全可靠，具有足够的使用寿命； （4）考虑到生产的发展和工艺改进，控制器要留有适当裕量。 按照上述原则和市场调研的情况，决定选用 Simemens 公司的 s7-200 系列 PLC。由于它具有体积小，运行速度高，功能强等特点，使其在各种自动化领 域得以广泛应用。此外该系列 PLC 有丰富的 CPU 类型和电压等级使其在解决 不同的工业自动化问题时，具有很强的适应性。 在具体考虑 CPU 型号时，主要根据控制对象的 I/O 点来确定。根据对沥青 洒布控制系统的分析，系统中总共需要 54 个开关量输出点，16 个开关量输入 点，2 个测速点（高速计数器） ，1 个 PTO 输出，4 个模拟量输出点，4 个模拟 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 19 量输入点。按照预留 10%25%裕量的要求，最终确定 PLC 为:s7-200 系列 CPU224 型，数字量 I/O 扩展模块 EM222，模拟量输入模块 EM231，模拟量输 出模块 EM232.PLC 具体性能如下： a,总体特征 1）具有 14 入/10 出共 24 个数字量 I/O 点； 2）可连接 7 个扩展 I/O 模块； 3）具有 6 个频率高达 30kHz 的高速计数器； 4）由丰富的外围通讯接口，具有 PPI,MPI 等多种通讯模式。 5）具有数学运算能力。 b,输入点 额定电压 24VDC,4mA；浪涌电压 35VDC，0.5S；逻辑 1 信号 15- 30VDC,2.5mA;逻辑 0 信号最大值 5VDC，1mA；输出延迟（可选 0.2-12.8ms） 。 c,输出点 额定电压 24VDC；每点额定电流（最大）0.75A；电压范围 20.428.8VDC; 浪涌电流 8A，100ms；逻辑 1（最小）29VDC，最大电流；逻辑 0（最大） 0.1VDC，10 千偶负载。 d，电源 输入电压 20.428.8VDC；输入电流 110mA（仅 CPU，24VDC） ，700mA(最 大负载，24VDC） ；冲击电流 12A，28.8VDC 时；保险（不可替换）3A，250V 时慢速熔断。 e ,数字量 I/O 扩展模块 EM222 8 路 24VDC 输出；输出电压 20.428.8VDC，额定 24VDC;输出电流总和 3.0A,相邻 2 点输出电流总和 0.75A。 f,模拟量输入模块 EM231 热电偶模块 4 路模拟量输入；最大输出电压 30VDC;最大输出电流 32mA。 g,模拟量输出模块 EM232 2 路模拟量输出；输出电压+/-10VDC,输出电流 020mA;分辨率 12 位。 3.3.2PLC 的硬件配置 根据系统的输入输出信号分析，对 PLC 和扩展模块的 I/O 口进行分配， 如表 3.1, 3.2，3.3，3.4 所示。 表表 3.1 输入地址分配表输入地址分配表 序号 占用地址 功能 1 I0.0 高速计数器时钟 2 I0.1 接近开关输入 西安工业大学北方信息工程