基于PLC技術(shù)的微波養(yǎng)護(hù)車加熱控制系統(tǒng)

彭 芳

PENG Fang

（湖南工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息工程系，長(zhǎng)沙 410151）

基于PLC技術(shù)的微波養(yǎng)護(hù)車加熱控制系統(tǒng)

Heating control system of microwave maintenance cars based on PLC technology

彭 芳

PENG Fang

（湖南工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息工程系，長(zhǎng)沙 410151）

道路路面養(yǎng)護(hù)是道路建設(shè)維護(hù)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，微波養(yǎng)護(hù)車能提高對(duì)道路養(yǎng)護(hù)的質(zhì)量和效率。通過PLC技術(shù)在熱再生修路加熱控制過程中的應(yīng)用，說明PLC技術(shù)構(gòu)成微波養(yǎng)護(hù)車電氣控制系統(tǒng)，闡述微波養(yǎng)護(hù)車加熱流程以及系統(tǒng)的主要功能、控制系統(tǒng)總體方案，從系統(tǒng)硬件和軟件兩方面分析控制系統(tǒng)的可靠性和安全性設(shè)計(jì)。

微波加熱；PLC 控制技術(shù)；道路養(yǎng)護(hù)

0 引言

道路建設(shè)與我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展密不可分，道路路面養(yǎng)護(hù)工作是充分利用道路設(shè)施的基本保障。熱再生技術(shù)作為當(dāng)今修補(bǔ)瀝青路面的發(fā)展趨勢(shì),經(jīng)歷了從傳統(tǒng)火烤到微波加熱的發(fā)展過程。微波養(yǎng)護(hù)車設(shè)備應(yīng)用熱再生技術(shù),避免了傳統(tǒng)人工挖補(bǔ)路面的污染重、效率低、修補(bǔ)質(zhì)量差等缺點(diǎn),可以對(duì)瀝青料循環(huán)利用,在路面病害發(fā)生時(shí)期，對(duì)其進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，以防止道路病害進(jìn)一步發(fā)展，并恢復(fù)路面使用功能。

可編程邏輯控制器(PLC) 是一種數(shù)字式運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，從繼電器控制邏輯發(fā)展而來，目前已廣泛應(yīng)用于石油、化工、電力、冶金及交通運(yùn)輸?shù)雀餍袠I(yè)。PLC 與電動(dòng)機(jī)和機(jī)械機(jī)構(gòu)相結(jié)合，可在惡劣環(huán)境或人體無法接觸的場(chǎng)合下代替人工自動(dòng)實(shí)現(xiàn)多種功能。微波養(yǎng)護(hù)車控制系統(tǒng)就是采用PLC來實(shí)現(xiàn)控制的，在道路路面養(yǎng)護(hù)工程中，它不僅提高了工作效率，降低了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且極大地提高了道路養(yǎng)護(hù)的質(zhì)量。

1 加熱控制系統(tǒng)工藝簡(jiǎn)介

微波養(yǎng)護(hù)車的加熱是基于磁控管產(chǎn)生微波加熱的原理，磁控管工作時(shí)其陰極需要脈動(dòng)直流高電壓和交流燈絲電壓，陽(yáng)極接地。兩種電源分別由高壓變壓器和燈絲變壓器提供。微波養(yǎng)護(hù)車的主要加熱部件是加熱墻，加熱墻內(nèi)部安裝了若干只磁控管，按照瀝青路面的加熱要求分成不同個(gè)加熱區(qū)，加熱區(qū)既可單獨(dú)控制加熱，又可組合控制加熱，以便滿足瀝青路面不同病害面積的修復(fù)需要。

安裝在加熱墻內(nèi)的磁控管工作時(shí)器件表面溫度很高，須對(duì)其進(jìn)行散熱，加熱墻采用分組水冷磁控管，利用水循環(huán)系統(tǒng)對(duì)磁控管進(jìn)行冷卻，每組磁控管上安裝了溫度控制開關(guān)，當(dāng)磁控管溫度大于90℃時(shí)發(fā)出信號(hào)，通過PLC來控制相應(yīng)磁控管的高壓變壓器。高壓變壓器采用的是漏感變壓器，其工作時(shí)溫度很高，通過采用強(qiáng)制風(fēng)冷，利用軸流風(fēng)機(jī)對(duì)高壓變壓器進(jìn)行散熱。

微波養(yǎng)護(hù)車的操作流程主要分參數(shù)設(shè)置、啟動(dòng)加熱和停止三個(gè)階段。參數(shù)設(shè)置包括瀝青種類、加熱深度、環(huán)境溫度、調(diào)整加熱時(shí)間等。啟動(dòng)時(shí)，養(yǎng)護(hù)車進(jìn)入啟動(dòng)狀態(tài)，風(fēng)門推桿將進(jìn)風(fēng)門打開，同時(shí)散熱風(fēng)扇、冷卻水泵和風(fēng)機(jī)、燈絲變壓器啟動(dòng)，15秒后，磁控管開始分組分區(qū)啟動(dòng)，啟動(dòng)完畢進(jìn)入加熱狀態(tài)。停止時(shí)，各部分的斷電順序與啟動(dòng)相反，可采取手動(dòng)與自動(dòng)停止等方式。

2 加熱控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

微波養(yǎng)護(hù)車加熱系統(tǒng)功能分為控制、保護(hù)與報(bào)警功能三大類?？刂乒δ苤饕校悍謪^(qū)加熱起?？刂?；加熱時(shí)間控制；磁控管水循環(huán)冷卻控制；高壓變壓器風(fēng)扇冷卻控制等。

保護(hù)功能有：磁控管超溫過載保護(hù)；加熱墻未到位保護(hù)；水泵和冷卻風(fēng)扇保護(hù)；燈絲變壓器保護(hù)；高壓變壓器保護(hù)；散熱軸流風(fēng)機(jī)保護(hù)等。

報(bào)警功能有：磁控管欠電流報(bào)警。

由于微波養(yǎng)護(hù)車加熱控制系統(tǒng)是一個(gè)集機(jī)、電、液、光多項(xiàng)技術(shù)于一身的綜合系統(tǒng)，系統(tǒng)的安全性和可靠性就成為首要問題，通過PLC 進(jìn)行各種信號(hào)的采集來控制磁控管工作電源、各電機(jī)、電磁閥的啟動(dòng)、關(guān)閉以及指示燈的顯示和報(bào)警。這里PLC主模塊采用FX1N-60MR-001（三菱電機(jī)），36個(gè)輸入點(diǎn)和24個(gè)輸出點(diǎn)共計(jì)60個(gè)點(diǎn)，其輸出方式為繼電器方式。FX2N-4AD-PT溫度傳感器輸入模塊，采用日本三菱公司10.5英寸觸摸屏（GT1175-VNBA-C）。

2.1 加熱墻微波泄露報(bào)警模塊

用于加熱墻加熱區(qū)上、下、左和右4個(gè)方向的微波泄露檢測(cè)和報(bào)警的專用控制模塊，可實(shí)時(shí)在線加熱墻微波泄露情況的檢測(cè)，防水(IP65)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，保證在惡劣的環(huán)境里能可靠工作，當(dāng)測(cè)量值：≥5Mw/cm2時(shí)，輸出0－30kHz脈沖信號(hào)，停止磁控管工作，保證微波泄露不會(huì)傷害操作人員。

2.2 磁控管溫度保護(hù)模塊

由若干個(gè)磁控管串聯(lián)成一組的單元中，通過水循環(huán)進(jìn)行磁控管的冷卻，并在每一組單元中安裝溫度控制開關(guān)，當(dāng)水循環(huán)正常時(shí)，磁控管的工作溫度在規(guī)定值以下，此時(shí)溫度控制開關(guān)閉合；當(dāng)水循環(huán)系統(tǒng)不正常時(shí)，磁控管的工作溫度將升高，此時(shí)溫度控制開關(guān)分?jǐn)啵诵盘?hào)由PLC的相應(yīng)輸入點(diǎn)采集進(jìn)行控制，經(jīng)PLC輸出信號(hào)接交流接觸器線圈控制的各加熱區(qū)獨(dú)立或是共用的電源電路中。

2.3 加熱墻限位保護(hù)模塊

利用安裝在加熱墻上的支腳開關(guān)檢測(cè)加熱墻工作時(shí)的位置，工作若加熱墻到位支腳開關(guān)被壓合，此信號(hào)送入PLC相應(yīng)輸入點(diǎn)，作為加熱的啟動(dòng)條件；若不到位則支腳開關(guān)是分?jǐn)酄顟B(tài)，不能進(jìn)行磁控管加熱。

2.4 欠電流檢測(cè)報(bào)警模塊

用于磁控管工作時(shí)欠電流檢測(cè)和報(bào)警的專用控制模塊。每塊電路板采用8選1電子開關(guān)電路，每塊電路板檢測(cè)16只磁控管，當(dāng)任何一只磁控管工作電流不正常時(shí)則發(fā)出報(bào)警信號(hào)，配合PLC系統(tǒng)的循環(huán)掃描可檢測(cè)出哪一只磁控管工作不正常。

2.5 路面加熱紅外溫度檢測(cè)模塊

在每個(gè)加熱區(qū)采用德國(guó)OPTRIS生產(chǎn)的在線式紅外線測(cè)溫儀CT-02，可實(shí)現(xiàn)路面加熱溫度的非接觸式測(cè)量，其范圍為-40～600℃，輸出：0/4～20Ma，0～10V，通過擴(kuò)展模塊FX2N-4ADPT溫度傳感器輸入模塊，通過電壓輸入方式實(shí)現(xiàn)模擬量的數(shù)字化處理。

3 程序開發(fā)系統(tǒng)

PLC程序的開發(fā)采用的是三菱公司GX Devoleper 7.08版編程軟件，觸摸屏程序開發(fā)采用的是三菱公司提供的GX designer2 version 2.19v，針對(duì)微波養(yǎng)護(hù)車加熱工藝流程的特點(diǎn)，通過子程序主要用于溫度、微波、液位等信號(hào)進(jìn)行采集，并通過結(jié)構(gòu)化編程的方法使程序結(jié)構(gòu)層次清晰、部分程序通用化和標(biāo)準(zhǔn)化，可實(shí)現(xiàn)程序調(diào)試的簡(jiǎn)化。

3.1 主程序流程（如圖1所示）

圖1 主程序流程框圖

圖2 欠電流循環(huán)檢測(cè)子程序

圖3 微波泄露報(bào)警子程序

3.2 欠電流循環(huán)檢測(cè)子程序（如圖2所示）

3.3 微波泄露報(bào)警子程序（如圖3所示）

3.4 觸摸屏程序

觸摸屏程序?qū)⑷夤咎峁┑腉X designer2 version 2.19v軟件安裝在個(gè)人電腦上，要求電腦CPU在PⅡ以上，內(nèi)存512MB，硬盤2.5GB，至少RS-232 COM口一個(gè)以上，操作系統(tǒng)Windows 2000/WindowsXP。

將要求操作按鈕和顯示內(nèi)容及要設(shè)定的參數(shù)編輯到畫面頁(yè)面里，創(chuàng)建分頁(yè)顯示；編輯完成后，通過RS-232 COM口，將編輯好的內(nèi)容下載到觸摸屏（GT1175-VNBA-C）；再將觸摸屏（GT1175-VNBA-C）通過通訊電纜連接到PLC。

4 結(jié)束語

微波養(yǎng)護(hù)車是一個(gè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能要求嚴(yán)格的工程設(shè)備，其電氣控制系統(tǒng)是整個(gè)設(shè)備的控制核心，采用PLC構(gòu)成的微波養(yǎng)護(hù)車加熱控制系統(tǒng)具有穩(wěn)定可靠的工作特點(diǎn)，能在道路作業(yè)面上根據(jù)路面狀況采取不同的養(yǎng)護(hù)措施,實(shí)現(xiàn)道路養(yǎng)護(hù)的自動(dòng)化控制，且系統(tǒng)擁有完善的安全保護(hù)和報(bào)警系統(tǒng)，能保證工作過程中人、機(jī)、車的安全。

[1] 鐘肇新,范建東.可編程控制器原理及應(yīng)用(第三版).廣州:華南理工大學(xué)出版社,2004.

[2] 呂善偉.微波工程基礎(chǔ)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1995.

[3] 廖常初.FX系列PLC編程及應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.

[4] 馬如宏.微波加熱技術(shù)在瀝青路面現(xiàn)場(chǎng)維修中的應(yīng)用[J] .鹽城工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2002,(4).

[5] 三菱FX系列PLC編程手冊(cè)[Z].三菱電機(jī)株式會(huì)社.

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1009-0134(2010)11(下)-0044-03

10.3969/j.issn.1009-0134.2010.11(下).17

2010-09-29

湖南省科技計(jì)劃（應(yīng)用基礎(chǔ)研究專項(xiàng)計(jì)劃）：微波功率穩(wěn)定性控制技術(shù)研究（2009FJ3050）

彭芳（1966 -），女，湖南長(zhǎng)沙人，副教授，本科，主要從事專業(yè)理論和實(shí)踐教學(xué)、發(fā)展方向自動(dòng)控制領(lǐng)域。