沈 旭 ，余建輝

（1.南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 211188；2.長安大學(xué)，陜西 西安 710064）

1 智能控制技術(shù)的概念

無論是信息科學(xué)技術(shù)、生命科學(xué)技術(shù)還是自動化工程技術(shù)，其發(fā)展方向都是智能化。目前在各種自動化工程中，普遍使用了各種智能化系統(tǒng)和技術(shù)，因此智能化已經(jīng)成為各種工程現(xiàn)代化最為明顯的標(biāo)志。

智能控制是指將人腦運算的思維模式進行數(shù)字化，經(jīng)過一系列嚴(yán)密運算，再通過機械完成操作。其核心就是利用最小的成本，最快地完成所需的操作。通過最重要的工具“電腦”，將人腦思維模式轉(zhuǎn)化為一系列電腦代碼程序，指揮一系列操作，包括對智能信息的采集、處理和輸出并做出適當(dāng)?shù)臎Q策，最終實現(xiàn)智能控制技術(shù)[1]。

2 壓路機智能化操控平臺的基本結(jié)構(gòu)和組成

2.1 基本結(jié)構(gòu)

壓路機智能化操控平臺的基本結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 智能化操控平臺基本結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 組成

1）GNSS移動站接收機：主要是采集GPS軌跡數(shù)據(jù)等。

2）3G/4G DTU模塊：用于客戶端與操控平臺交互。

3）車載專業(yè)終端：車載終端將自動采集（4G網(wǎng)絡(luò)模式）相關(guān)的施工狀態(tài)，包括振動、遍數(shù)、速度、位置等信息，如未達到壓實質(zhì)量狀態(tài)，系統(tǒng)立即報警。

4）CAN總線適配器：用于采集壓路機相關(guān)運行數(shù)據(jù)。

5）壓實度計：通過安裝在振動鋼輪上的傳感器連續(xù)傳送信號至壓實度計，經(jīng)壓實分析系統(tǒng)計算機后顯示被壓實物料的密實度值[2]。

6）瀝青路面溫度表：在瀝青面層壓實過程中，溫度太高或太低可能產(chǎn)生細(xì)微裂紋、瀝青混合料推移或骨料與黏結(jié)材料分離及壓碎骨料的風(fēng)險。瀝青溫度表可使技術(shù)人員控制壓實的最佳溫度范圍。

7）電子驅(qū)動控制系統(tǒng)：該系統(tǒng)改善了壓實設(shè)備壓實瀝青過程中加速和減速的平滑性且不影響制動距離[3]。

3 智能化操控平臺的特點和功能

3.1 特點

1）實時檢測壓路機的碾壓軌跡、速度、振動狀態(tài)，激振力，駕駛室內(nèi)的壓實導(dǎo)航為操作人員提供實時導(dǎo)航服務(wù)，并在施工地圖中提供可視化呈現(xiàn)和碾壓過程回溯的功能。

2）實時計算出碾壓的壓實遍數(shù)、壓實厚度，導(dǎo)航服務(wù)將以上信息實時提供給操作手進行壓實導(dǎo)航服務(wù)。

3）當(dāng)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)施工過程中存在問題時，將立即通過手機短信或微信的方式發(fā)出實時告警，通知相關(guān)管理者。

4）施工結(jié)束后，將會對該項目的施工過程進行統(tǒng)計，自動生成質(zhì)量監(jiān)控報告，包括碾壓軌跡圖、碾壓遍數(shù)圖、碾壓高程圖、碾壓層厚度圖、施工過程合格率、整體工程進度以及預(yù)計完工的時長等。

3.2 系統(tǒng)功能

主要包括項目的創(chuàng)建、項目的修改及維護、項目設(shè)備的配置、項目的歷史查詢等功能，詳細(xì)如下：

1）項目總覽：可以統(tǒng)一管理同一公司下的所有道路施工項目，并能夠通過地圖的方式提供快速索引功能。

2）項目列表：通過列表的方式展示，并提供修改的功能，可以修改該項目下的壓路機數(shù)目和項目基本信息，查看當(dāng)前項目的進度，施工過程及施工過程中產(chǎn)生過的告警信息。

3）項目壓實層添加：添加或修改壓實層的質(zhì)量要求、壓實區(qū)域等信息。

4）項目壓實層配置：管理系統(tǒng)的壓實層、添加壓實層、設(shè)置施工質(zhì)量要求等。

5）項目壓路機管理配置：維護系統(tǒng)中需要監(jiān)控的壓實設(shè)備信息，可以添加刪除和修改壓路機的配置信息等。

6）項目報警設(shè)置：添加報警項目、推送對象、報警等級、處理結(jié)果等。

7）項目進度查看：可查看整體工程進度、每個工作區(qū)的質(zhì)量匯總信息等。

8）項目進度分析報表：當(dāng)前總工程進度，當(dāng)前工作層實時施工進度，當(dāng)前設(shè)備實時監(jiān)控數(shù)據(jù)等。

9）項目施工實時監(jiān)控：可查看當(dāng)前工作區(qū)的實時情況，設(shè)備位置、壓實遍數(shù)、當(dāng)前速度、密實度、車輛行駛路徑及當(dāng)前系統(tǒng)報警信息等。

10）項目施工質(zhì)量追溯：查看歷史壓實層質(zhì)量信息、查看歷史壓實數(shù)據(jù)。

11）項目報警設(shè)置記錄分析：保存系統(tǒng)報警記錄，當(dāng)系統(tǒng)檢測到質(zhì)量異常時，可向設(shè)定人員實時發(fā)送報警信息提示。

12）項目施工完工報告：當(dāng)執(zhí)行完關(guān)閉工作區(qū)操作后，系統(tǒng)將根據(jù)采集到的施工數(shù)據(jù)，自動生成工作區(qū)域施工質(zhì)量報告，主要描述內(nèi)容包括整體施工質(zhì)量和質(zhì)量合格率，可打印報表，也可導(dǎo)出為EXCEL 文件。

13）終端相關(guān)功能：包括施工導(dǎo)航功能、施工數(shù)據(jù)采集（GPS 軌跡、壓實度、壓路機運行數(shù)據(jù)等）、工單執(zhí)行與完工報工、刷卡報工、壓路機維修保養(yǎng)登記及超速報警等。

4 壓路機智能化操控平臺的應(yīng)用

在路橋施工中，振動壓路機施工水平的高低直接影響壓實質(zhì)量的高低。智能化操控平臺與智能壓路機結(jié)合之后，具體應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

4.1 壓實度測量系統(tǒng)

該系統(tǒng)利用裝于振動輪上的智能傳感器，收集被壓實材料產(chǎn)生的振動信號，并傳至信號處理器，再經(jīng)分析得到材料的壓實情況，顯示在屏幕上。工作人員據(jù)此判斷是否存在壓實不均勻或是否達到工程質(zhì)量要求，為自動化控制系統(tǒng)的運行提供參考。

4.2 振動壓實進程自動化系統(tǒng)

4.2.1 振動頻率（F）的調(diào)節(jié)

振動頻率的調(diào)節(jié)實際上就是電動機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。該系統(tǒng)通過電動機帶動振動輪進行快速旋轉(zhuǎn)，因受迫而上下振動壓實材料。通過對電動機內(nèi)部容積的控制，使電動機的轉(zhuǎn)速產(chǎn)生變化，從而達到控制振動頻率的目的。

4.2.2 振幅（A）的調(diào)節(jié)

根據(jù)調(diào)節(jié)原理不同，分為2 種形式：一是正反轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)精度較高，即利用智能技術(shù)控制電動機進油腔和回油腔，改變振動軸旋轉(zhuǎn)方向，再通過對內(nèi)部偏心塊進行有效疊加和抵消，從而達到調(diào)節(jié)振幅的目的。二是雙軸調(diào)幅，調(diào)節(jié)幅度范圍較廣，為無級調(diào)節(jié)。通過一個連到電動機另一個連到齒輪組的2個偏心軸位置的改變，以達到調(diào)節(jié)振幅的目的。其中偏心軸位置的改變需要通過伺服閥和液壓缸來控制。

4.2.3 行駛速度的調(diào)節(jié)

通過振動電動機上安裝的傳感器將收集到相應(yīng)的信息傳至相關(guān)設(shè)備，經(jīng)分析和處理后再傳至驅(qū)動電動機上安裝的傳感器，再與壓路機實際行駛速度進行對比并進行調(diào)節(jié)，從而確保行駛速度的準(zhǔn)確性。

4.3 診斷與監(jiān)控系統(tǒng)

該系統(tǒng)會自動對振動壓路機內(nèi)部進行全方位監(jiān)控。當(dāng)壓路機內(nèi)部出現(xiàn)問題時，能夠自行進行診斷，并將診斷分析出的原因向工作人員顯示，從而及時了解壓路機運行狀況，避免壓路機出現(xiàn)問題。與此同時，還可以將診斷原因和維修結(jié)果記錄下來，以防再次出現(xiàn)相同問題時能夠快速向工作人員提示，不必再行診斷環(huán)節(jié)[3-4]。

4.4 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)在壓路機等機械設(shè)備中已付諸使用。振動壓路機在進行工作時，其實際工作模式與施工地段的土壤情況、地形條件以及氣候條件等都緊密相關(guān)，該遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)通過相關(guān)技術(shù)對施工路面的相關(guān)信息進行采集，并自動傳輸至計算機中，經(jīng)分析后繪制出相應(yīng)畫面顯示在屏幕上，以便工作人員及時了解施工過程實際情況。一旦施工過程出現(xiàn)問題，該系統(tǒng)立即發(fā)出相關(guān)信號，并傳至振動壓路機的接收系統(tǒng)和控制系統(tǒng)甚至客戶端，工作人員通過相關(guān)數(shù)據(jù)進行全面分析后，再對設(shè)備的運行狀態(tài)進行實時調(diào)整，從而使路面的壓實質(zhì)量滿足要求。由此既實現(xiàn)了對壓路機的智能操控，同時還減少了機械設(shè)備不必要的損耗，更加合理、科學(xué)以及系統(tǒng)地維護機械[5]。

5 結(jié)語

近年來，三一重工、徐工集團等國際知名企業(yè)相繼開發(fā)了高精度GPS 或北斗衛(wèi)星定位技術(shù)、計算技術(shù)以及傳感技術(shù)，實現(xiàn)了壓路機的無人駕駛精準(zhǔn)作業(yè)甚至實現(xiàn)了“無人智能集群施工”，實現(xiàn)遠(yuǎn)程操控、覆蓋電臺和微波達2 km之多，碾壓直線精度和重疊精度均達到5 cm 之內(nèi)。同時碾壓軌跡即時記錄、隨時查詢，還伴有遠(yuǎn)程喚醒、設(shè)備休眠和RTK-G P S 高精度定位及自適應(yīng)自動引導(dǎo)技術(shù)等諸多先進配置，極大地提高了施工質(zhì)量和施工效率。當(dāng)然，盡管智能化控制技術(shù)在工程機械控制中的優(yōu)勢明顯，但是存在的問題也無法忽視，如設(shè)備中某些裝置科技水平尚待提高、工作人員操作水平尚待提高以及操作過程嚴(yán)密性不夠等等。隨著自動駕駛技術(shù)、智能壓實技術(shù)、遠(yuǎn)程控制技術(shù)、可視化技術(shù)、車聯(lián)網(wǎng)及5G 技術(shù)在工程機械行業(yè)內(nèi)的進一步應(yīng)用，振動壓路機的智能化操控平臺定將會更上一個臺階。