侯念榮

（山西省交通科學(xué)研究院，太原 030006）

Codesys是一種PLC軟件編程工具，功能強(qiáng)大，支持多種PLC編程語(yǔ)言，在同一項(xiàng)目中，用戶可選擇不同語(yǔ)言對(duì)子程序及功能模塊進(jìn)行編輯，其在自動(dòng)化工業(yè)控制軟件系統(tǒng)中具有良好的應(yīng)用價(jià)值[1]。就地?zé)嵩偕℉IR）工藝對(duì)路面進(jìn)行修復(fù)時(shí)，主要依靠筑路機(jī)械來(lái)實(shí)現(xiàn)，能夠?qū)⑴f瀝青路面一次性翻新成型，不會(huì)造成環(huán)境污染，因而受到社會(huì)高度關(guān)注。

1 基于Codesys的筑路機(jī)械的測(cè)控系統(tǒng)的組成

1.1 筑路機(jī)械的操作流程

在就地?zé)嵩偕鷻C(jī)組中，當(dāng)廢料銑刨完成后，由筑路機(jī)械將其收集起來(lái)，添加新料后，于攪拌鍋內(nèi)充分?jǐn)嚢?，?jīng)由出料門將新料攤鋪之路面，控制好新料攤鋪高度，這是筑路機(jī)械操作的基本原理。

就筑路機(jī)械具體操作流程來(lái)看，首先要結(jié)合操作需求調(diào)整好筑路機(jī)械的具體位置，確保整機(jī)與出料口中心與正地面料條中心處于相對(duì)狀態(tài)。然后，通過(guò)翻斗車將新瀝青混合料置于筑路機(jī)械的受料斗內(nèi)，為保證這一操作規(guī)范無(wú)誤，應(yīng)保持整機(jī)頭部頂住翻斗車，以便于裝料。放下加熱器兩側(cè)的加熱板，下放后應(yīng)與道路表面相接近，啟動(dòng)加熱系統(tǒng)。明確受料斗出料標(biāo)定量，并嚴(yán)格依照表定量進(jìn)行出料操作，于舊路料條上均勻撒布新料。

之后筑路機(jī)械勻速前進(jìn)，將筑路機(jī)械的粉料裝置下放，令料條有序攤鋪，規(guī)范開展分料螺旋操作。在分料螺旋操作之后可進(jìn)行集料螺旋操作，也就是說(shuō)，地面上新料與舊料相融合后，適度下放集料螺旋，令混合料集聚，將集料傾斜輸送刮板下放，令其與地面保持平行狀態(tài)，刮板隨著筑路機(jī)械的前行將地面刮凈，至此完成整個(gè)收料操作。在攪拌鍋內(nèi)對(duì)新舊料進(jìn)行二次攪拌，促使其充分融合，之后打開筑路機(jī)械的出料門，勻速輸出混合料，令混合料均勻落至地面，控制好攤鋪高度，以便加強(qiáng)質(zhì)量控制。

1.2 筑路機(jī)械工作組成部分

就筑路機(jī)械工作組成部分來(lái)看，其主要包含四個(gè)方面。

1.2.1 加熱組成

加熱組成的運(yùn)行模式為循環(huán)熱封，通過(guò)加熱爐、鼓風(fēng)機(jī)、循環(huán)風(fēng)機(jī)等的協(xié)調(diào)配合，完成整個(gè)加熱操作。加熱組成處于筑路機(jī)械整車前端位置，其主要負(fù)責(zé)對(duì)地面進(jìn)行加熱至標(biāo)準(zhǔn)工作溫度，為后續(xù)各項(xiàng)工作的順利開展打下良好基礎(chǔ)。

1.2.2 工作組成

工作組成是筑路機(jī)械的重要組成部分，其承擔(dān)著筑路機(jī)械動(dòng)作的主要職責(zé)，其中包括循環(huán)風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)與攪拌系統(tǒng)等，為筑路機(jī)械各項(xiàng)操作的實(shí)現(xiàn)提供可靠支持，其中變量柱塞泵、頂梁柱塞馬達(dá)和液壓缸主要負(fù)責(zé)執(zhí)行筑路機(jī)械的相關(guān)操作，以保證筑路機(jī)械的規(guī)范運(yùn)行，其中執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作壓力不可低于15MPa，不可超出25MPa，否則會(huì)影響筑路機(jī)械性能的正常發(fā)揮。

1.2.3 行走組成

行走組成主要通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控筑路機(jī)械整車來(lái)維護(hù)筑路機(jī)械的穩(wěn)定運(yùn)行，以筑路機(jī)械整車運(yùn)行速度為監(jiān)控對(duì)象，通過(guò)速度傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控，轉(zhuǎn)速的輸出是依靠閉環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。與此同時(shí)，行走組成對(duì)筑路機(jī)械的前輪與后輪提出具體要求，必須為實(shí)心輪胎，一般以非驅(qū)動(dòng)橋充氣形態(tài)式實(shí)心輪胎作為前輪，而以雙聯(lián)驅(qū)動(dòng)橋?qū)嵭妮喬プ鳛楹筝?，以確保筑路機(jī)械對(duì)路況具有良好適應(yīng)性，從而提高筑路機(jī)械運(yùn)行的穩(wěn)定性。

1.2.4 輔助組成

在筑路機(jī)械工作過(guò)程中，輔助組成是指對(duì)整車中輔助工具進(jìn)行操作，如前后照明燈、警示燈、操作臺(tái)照明等，這些細(xì)節(jié)看似不起眼，實(shí)際上也關(guān)系著筑路機(jī)械運(yùn)行及操作的穩(wěn)定性與規(guī)范性。

2 基于Codesys的筑路機(jī)械的測(cè)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

基于Codesys的筑路機(jī)械的測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要由傳感器、控制器、PWM輸入輸出等組成，就測(cè)控系統(tǒng)內(nèi)部來(lái)看，系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)工作主要是依靠控制器與觸摸屏來(lái)實(shí)現(xiàn)的，基于Codesys的筑路機(jī)械測(cè)控系統(tǒng)框架如圖1所示。其中不同控制器的職責(zé)不同，第一控制器的職責(zé)在于就發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)及參數(shù)進(jìn)行管理，并做好行走控制和轉(zhuǎn)向控制，除此之外還包括行駛速度、蓄電池電壓等必要參數(shù)的檢測(cè)工作。而第二控制器則主要負(fù)責(zé)加熱器、粉料螺旋及攪拌機(jī)控制等方面的液壓動(dòng)作。

圖1 測(cè)控系統(tǒng)框架

2.1 嵌入式PLC配置

基于Codesys的筑路機(jī)械的測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，為提高硬件設(shè)計(jì)的合理性和可行性，需要做好嵌入式PLC配置工作[2]。在這一過(guò)程中，選用TTC200控制器，其功能強(qiáng)大，適用性良好，防護(hù)等級(jí)為IP65，工作溫度適宜，具有良好的抗振動(dòng)與抗沖擊能力，符合筑路機(jī)械工作安全標(biāo)準(zhǔn)。TTC200控制器的CPU為MPC555K3 40MHz，控制器端子中包含模擬量輸入、開關(guān)量/頻率輸入、PWM輸出、開關(guān)量輸出、模擬量輸出和主板溫度監(jiān)控等。為滿足通信要求，嵌入式PLC配置中集成了TTP總線和CAN總線，分別為兩路，以保證嵌入式PLC配置的可行性。

2.2 觸摸屏配置設(shè)計(jì)

基于Codesys的筑路機(jī)械測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，在觸摸屏配置設(shè)計(jì)方面，以ST104V5T彩色圖形高性能顯示模塊作為觸摸屏，實(shí)際防護(hù)等級(jí)可達(dá)IP65，具有良好的振動(dòng)沖擊和電磁輻射效果，工作溫度適宜，即便是在復(fù)雜環(huán)境中也具有良好適應(yīng)性。該觸摸屏以MPC823E 66MHz為CPU，具備32k數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，觸摸屏端子包括C2、C3、C 4端口。

3 基于Codesys的筑路機(jī)械的測(cè)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

就基于Codesys的筑路機(jī)械測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)來(lái)看，其軟件設(shè)計(jì)主要包括PLC程序設(shè)計(jì)與觸摸屏程序設(shè)計(jì)，基于CAN-Bus通信協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定通信，整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)是通過(guò)ST語(yǔ)言來(lái)控制筑路機(jī)械。

3 1TTC200軟件設(shè)計(jì)

測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，兩個(gè)控制器的功能不同，分別負(fù)責(zé)筑路機(jī)械工作系統(tǒng)和機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)與輔助系統(tǒng)的監(jiān)控工作。負(fù)責(zé)筑路機(jī)械工作系統(tǒng)的控制其主要由五個(gè)部分組成，包括前加熱器油與后加熱器的油缸升降、后加熱器自動(dòng)、粉料螺旋油缸升降、集料傾斜輸送油缸升降及受料斗開啟。在這一方面，液壓動(dòng)作的檢測(cè)需要多個(gè)DI端口來(lái)實(shí)現(xiàn)，受料斗輸送新料及電動(dòng)機(jī)的輸送需要依靠AI端口來(lái)實(shí)現(xiàn)，受料斗電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的檢測(cè)需要通過(guò)DI端口來(lái)實(shí)現(xiàn)，這一DI端口應(yīng)具備定時(shí)功能，以保證工作系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。通過(guò)計(jì)算可知，在TTC200軟件設(shè)計(jì)中，控制器涉及14個(gè)DI端口和1個(gè)AI端口，而油缸控制涉及18個(gè)DO端口，受料斗電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速需通過(guò)一個(gè)PWM端口來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且PWM端口呈可輸出狀態(tài)。

3.2 TTCVision觸摸屏軟件設(shè)計(jì)

Codesys為觸摸屏基本編程環(huán)境，就觸摸屏的功能來(lái)看，其主要負(fù)責(zé)接收筑路機(jī)械的狀態(tài)數(shù)據(jù)，并于觸摸屏界面上實(shí)時(shí)顯示出來(lái)，這些狀態(tài)數(shù)據(jù)是由CAN總線上控制器所傳送的。數(shù)據(jù)幀中包含相關(guān)命令，將數(shù)據(jù)幀發(fā)送至CAN總線，即可完成命令發(fā)送。由此可知，觸摸屏功能的設(shè)定主要包含兩個(gè)方面，一是循環(huán)運(yùn)行主函數(shù)，以滿足數(shù)據(jù)接收與發(fā)送需求；二是將可視化界面數(shù)據(jù)循環(huán)刷新，以實(shí)時(shí)顯示筑路機(jī)械狀態(tài)數(shù)據(jù)。就觸摸屏主函數(shù)工作流程來(lái)看，當(dāng)系統(tǒng)開啟后，由時(shí)間標(biāo)定模塊出發(fā)，以更新系統(tǒng)最新時(shí)間，運(yùn)行至發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)控模塊，將發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)狀態(tài)準(zhǔn)確顯示出來(lái)，到液壓動(dòng)作控制模塊，主要執(zhí)行系統(tǒng)相關(guān)動(dòng)作，比如控制前部加熱器等，再到故障診斷模塊，對(duì)控制器運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，最后到可視化模塊刷新，重新刷新數(shù)據(jù)，之后返回至?xí)r間標(biāo)定模塊，至此完成整個(gè)循環(huán)[3]。

4 基于Codesys的筑路機(jī)械測(cè)控系統(tǒng)的通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于Codesys的筑路機(jī)械測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，CAN總線屬于串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，通過(guò)CAN總線來(lái)交換控制器與觸摸屏之間相關(guān)數(shù)據(jù)，具有一定可行性。在液壓控制過(guò)程中，第二控制器負(fù)責(zé)液壓控制，通過(guò)對(duì)CAN總線初始化進(jìn)行觀察可以發(fā)現(xiàn)，第二個(gè)控制器中包含兩個(gè)數(shù)據(jù)幀，分別負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)接收和數(shù)據(jù)發(fā)送，均為待設(shè)定狀態(tài)，格式比較標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合液壓動(dòng)作令相同數(shù)量的布爾值通過(guò)觸摸屏后，及時(shí)錄入液壓動(dòng)作控制界面按鈕的檢測(cè)結(jié)果，組合為字節(jié)后經(jīng)由CAN總線傳輸?shù)娇刂破鳎链送瓿烧麄€(gè)液壓控制。筑路機(jī)械運(yùn)行穩(wěn)定性是通過(guò)將控制器狀態(tài)數(shù)據(jù)作為依據(jù)由觸摸屏實(shí)現(xiàn)判斷的，就其整個(gè)過(guò)程來(lái)看，當(dāng)CAN總線接收數(shù)據(jù)幀后，觸摸屏判斷其完整性，并將緩沖區(qū)暫存的數(shù)據(jù)幀依次讀取至相關(guān)數(shù)值中，完成總線數(shù)據(jù)接收工作，之后對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)加以科學(xué)驗(yàn)證，即可完成本輪狀態(tài)判斷工作，明確所設(shè)計(jì)通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性與延時(shí)情況，確認(rèn)其符合筑路機(jī)械測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)語(yǔ)

在就地?zé)嵩偕鷻C(jī)組中，明確筑路機(jī)械功能后，需要做好基于Codesys的筑路機(jī)械的測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作，包括硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)和通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)，確保測(cè)控系統(tǒng)功能與操作滿足整體設(shè)計(jì)要求，提高測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的有效性和可行性，促進(jìn)筑路機(jī)械功能的最大化發(fā)揮，以便利用節(jié)能環(huán)保理念對(duì)舊瀝青路面進(jìn)行科學(xué)處理。