基于PLC技術的微波養護車加熱控制系統

彭 芳

PENG Fang

（湖南工程職業技術學院 信息工程系，長沙 410151）

基于PLC技術的微波養護車加熱控制系統

Heating control system of microwave maintenance cars based on PLC technology

彭 芳

PENG Fang

（湖南工程職業技術學院 信息工程系，長沙 410151）

道路路面養護是道路建設維護的一個重要環節，微波養護車能提高對道路養護的質量和效率。通過PLC技術在熱再生修路加熱控制過程中的應用，說明PLC技術構成微波養護車電氣控制系統，闡述微波養護車加熱流程以及系統的主要功能、控制系統總體方案，從系統硬件和軟件兩方面分析控制系統的可靠性和安全性設計。

微波加熱；PLC 控制技術；道路養護

0 引言

道路建設與我國國民經濟的發展密不可分，道路路面養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展趨勢,經歷了從傳統火烤到微波加熱的發展過程。微波養護車設備應用熱再生技術,避免了傳統人工挖補路面的污染重、效率低、修補質量差等缺點,可以對瀝青料循環利用,在路面病害發生時期，對其進行養護，以防止道路病害進一步發展，并恢復路面使用功能。

可編程邏輯控制器(PLC) 是一種數字式運算操作的電子系統，從繼電器控制邏輯發展而來，目前已廣泛應用于石油、化工、電力、冶金及交通運輸等各行業。PLC 與電動機和機械機構相結合，可在惡劣環境或人體無法接觸的場合下代替人工自動實現多種功能。微波養護車控制系統就是采用PLC來實現控制的，在道路路面養護工程中，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護的質量。

1 加熱控制系統工藝簡介

微波養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，加熱區既可單獨控制加熱，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，利用水循環系統對磁控管進行冷卻，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。

微波養護車的操作流程主要分參數設置、啟動加熱和停止三個階段。參數設置包括瀝青種類、加熱深度、環境溫度、調整加熱時間等。啟動時，養護車進入啟動狀態，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啟動，啟動完畢進入加熱狀態。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 加熱控制系統硬件設計

微波養護車加熱系統功能分為控制、保護與報警功能三大類?？刂乒δ苤饕校悍謪^加熱起?？刂?；加熱時間控制；磁控管水循環冷卻控制；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。

由于微波養護車加熱控制系統是一個集機、電、液、光多項技術于一身的綜合系統，系統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成一組的單元中，通過水循環進行磁控管的冷卻，并在每一組單元中安裝溫度控制開關，當水循環正常時，磁控管的工作溫度在規定值以下，此時溫度控制開關閉合；當水循環系統不正常時，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，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出報警信號，配合PLC系統的循環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

在每個加熱區采用德國OPTRIS生產的在線式紅外線測溫儀CT-02，可實現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模擬量的數字化處理。

3 程序開發系統

PLC程序的開發采用的是三菱公司GX Devoleper 7.08版編程軟件，觸摸屏程序開發采用的是三菱公司提供的GX designer2 version 2.19v，針對微波養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 欠電流循環檢測子程序

圖3 微波泄露報警子程序

3.2 欠電流循環檢測子程序（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Windows 2000/WindowsXP。

將要求操作按鈕和顯示內容及要設定的參數編輯到畫面頁面里，創建分頁顯示；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，其電氣控制系統是整個設備的控制核心，采用PLC構成的微波養護車加熱控制系統具有穩定可靠的工作特點，能在道路作業面上根據路面狀況采取不同的養護措施,實現道路養護的自動化控制，且系統擁有完善的安全保護和報警系統，能保證工作過程中人、機、車的安全。

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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，主要從事專業理論和實踐教學、發展方向自動控制領域。