彭 芳

PENG Fang

（湖南工程職業(yè)技術學院 信息工程系，長沙 410151）

基于PLC技術的微波養(yǎng)護車加熱控制系統(tǒng)

Heating control system of microwave maintenance cars based on PLC technology

彭 芳

PENG Fang

（湖南工程職業(yè)技術學院 信息工程系，長沙 410151）

道路路面養(yǎng)護是道路建設維護的一個重要環(huán)節(jié)，微波養(yǎng)護車能提高對道路養(yǎng)護的質量和效率。通過PLC技術在熱再生修路加熱控制過程中的應用，說明PLC技術構成微波養(yǎng)護車電氣控制系統(tǒng)，闡述微波養(yǎng)護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計。

微波加熱；PLC 控制技術；道路養(yǎng)護

0 引言

道路建設與我國國民經濟的發(fā)展密不可分，道路路面養(yǎng)護工作是充分利用道路設施的基本保障。熱再生技術作為當今修補瀝青路面的發(fā)展趨勢,經歷了從傳統(tǒng)火烤到微波加熱的發(fā)展過程。微波養(yǎng)護車設備應用熱再生技術,避免了傳統(tǒng)人工挖補路面的污染重、效率低、修補質量差等缺點,可以對瀝青料循環(huán)利用,在路面病害發(fā)生時期，對其進行養(yǎng)護，以防止道路病害進一步發(fā)展，并恢復路面使用功能。

可編程邏輯控制器(PLC) 是一種數(shù)字式運算操作的電子系統(tǒng)，從繼電器控制邏輯發(fā)展而來，目前已廣泛應用于石油、化工、電力、冶金及交通運輸?shù)雀餍袠I(yè)。PLC 與電動機和機械機構相結合，可在惡劣環(huán)境或人體無法接觸的場合下代替人工自動實現(xiàn)多種功能。微波養(yǎng)護車控制系統(tǒng)就是采用PLC來實現(xiàn)控制的，在道路路面養(yǎng)護工程中，它不僅提高了工作效率，降低了操作者的勞動強度，而且極大地提高了道路養(yǎng)護的質量。

1 加熱控制系統(tǒng)工藝簡介

微波養(yǎng)護車的加熱是基于磁控管產生微波加熱的原理，磁控管工作時其陰極需要脈動直流高電壓和交流燈絲電壓，陽極接地。兩種電源分別由高壓變壓器和燈絲變壓器提供。微波養(yǎng)護車的主要加熱部件是加熱墻，加熱墻內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加熱區(qū)，加熱區(qū)既可單獨控制加熱，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需要。

安裝在加熱墻內的磁控管工作時器件表面溫度很高，須對其進行散熱，加熱墻采用分組水冷磁控管，利用水循環(huán)系統(tǒng)對磁控管進行冷卻，每組磁控管上安裝了溫度控制開關，當磁控管溫度大于90℃時發(fā)出信號，通過PLC來控制相應磁控管的高壓變壓器。高壓變壓器采用的是漏感變壓器，其工作時溫度很高，通過采用強制風冷，利用軸流風機對高壓變壓器進行散熱。

微波養(yǎng)護車的操作流程主要分參數(shù)設置、啟動加熱和停止三個階段。參數(shù)設置包括瀝青種類、加熱深度、環(huán)境溫度、調整加熱時間等。啟動時，養(yǎng)護車進入啟動狀態(tài)，風門推桿將進風門打開，同時散熱風扇、冷卻水泵和風機、燈絲變壓器啟動，15秒后，磁控管開始分組分區(qū)啟動，啟動完畢進入加熱狀態(tài)。停止時，各部分的斷電順序與啟動相反，可采取手動與自動停止等方式。

2 加熱控制系統(tǒng)硬件設計

微波養(yǎng)護車加熱系統(tǒng)功能分為控制、保護與報警功能三大類。控制功能主要有：分區(qū)加熱起?？刂疲患訜釙r間控制；磁控管水循環(huán)冷卻控制；高壓變壓器風扇冷卻控制等。

保護功能有：磁控管超溫過載保護；加熱墻未到位保護；水泵和冷卻風扇保護；燈絲變壓器保護；高壓變壓器保護；散熱軸流風機保護等。

報警功能有：磁控管欠電流報警。

由于微波養(yǎng)護車加熱控制系統(tǒng)是一個集機、電、液、光多項技術于一身的綜合系統(tǒng)，系統(tǒng)的安全性和可靠性就成為首要問題，通過PLC 進行各種信號的采集來控制磁控管工作電源、各電機、電磁閥的啟動、關閉以及指示燈的顯示和報警。這里PLC主模塊采用FX1N-60MR-001（三菱電機），36個輸入點和24個輸出點共計60個點，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 加熱墻微波泄露報警模塊

用于加熱墻加熱區(qū)上、下、左和右4個方向的微波泄露檢測和報警的專用控制模塊，可實時在線加熱墻微波泄露情況的檢測，防水(IP65)結構設計，保證在惡劣的環(huán)境里能可靠工作，當測量值：≥5Mw/cm2時，輸出0－30kHz脈沖信號，停止磁控管工作，保證微波泄露不會傷害操作人員。

2.2 磁控管溫度保護模塊

由若干個磁控管串聯(lián)成一組的單元中，通過水循環(huán)進行磁控管的冷卻，并在每一組單元中安裝溫度控制開關，當水循環(huán)正常時，磁控管的工作溫度在規(guī)定值以下，此時溫度控制開關閉合；當水循環(huán)系統(tǒng)不正常時，磁控管的工作溫度將升高，此時溫度控制開關分斷，此信號由PLC的相應輸入點采集進行控制，經PLC輸出信號接交流接觸器線圈控制的各加熱區(qū)獨立或是共用的電源電路中。

2.3 加熱墻限位保護模塊

利用安裝在加熱墻上的支腳開關檢測加熱墻工作時的位置，工作若加熱墻到位支腳開關被壓合，此信號送入PLC相應輸入點，作為加熱的啟動條件；若不到位則支腳開關是分斷狀態(tài)，不能進行磁控管加熱。

2.4 欠電流檢測報警模塊

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

2.5 路面加熱紅外溫度檢測模塊

在每個加熱區(qū)采用德國OPTRIS生產的在線式紅外線測溫儀CT-02，可實現(xiàn)路面加熱溫度的非接觸式測量，其范圍為-40～600℃，輸出：0/4～20Ma，0～10V，通過擴展模塊FX2N-4ADPT溫度傳感器輸入模塊，通過電壓輸入方式實現(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，針對微波養(yǎng)護車加熱工藝流程的特點，通過子程序主要用于溫度、微波、液位等信號進行采集，并通過結構化編程的方法使程序結構層次清晰、部分程序通用化和標準化，可實現(xiàn)程序調試的簡化。

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)檢測子程序

圖3 微波泄露報警子程序

3.2 欠電流循環(huán)檢測子程序（如圖2所示）

3.3 微波泄露報警子程序（如圖3所示）

3.4 觸摸屏程序

觸摸屏程序將三菱公司提供的GX designer2 version 2.19v軟件安裝在個人電腦上，要求電腦CPU在PⅡ以上，內存512MB，硬盤2.5GB，至少RS-232 COM口一個以上，操作系統(tǒng)Windows 2000/WindowsXP。

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

4 結束語

微波養(yǎng)護車是一個結構復雜、功能要求嚴格的工程設備，其電氣控制系統(tǒng)是整個設備的控制核心，采用PLC構成的微波養(yǎng)護車加熱控制系統(tǒng)具有穩(wěn)定可靠的工作特點，能在道路作業(yè)面上根據(jù)路面狀況采取不同的養(yǎng)護措施,實現(xiàn)道路養(yǎng)護的自動化控制，且系統(tǒng)擁有完善的安全保護和報警系統(tǒng)，能保證工作過程中人、機、車的安全。

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

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

[4] 馬如宏.微波加熱技術在瀝青路面現(xiàn)場維修中的應用[J] .鹽城工學院學報(自然科學版),2002,(4).

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TH166

A

1009-0134(2010)11(下)-0044-03

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

2010-09-29

湖南省科技計劃（應用基礎研究專項計劃）：微波功率穩(wěn)定性控制技術研究（2009FJ3050）

彭芳（1966 -），女，湖南長沙人，副教授，本科，主要從事專業(yè)理論和實踐教學、發(fā)展方向自動控制領域。