在現代各類建築基礎、路lu麵mian和he路lu基ji的de壓ya實shi中zhong，輪lun胎tai壓ya路lu機ji具ju有you不bu可ke代dai替ti的de優you越yue性xing，其qi充chong氣qi輪lun胎tai除chu有you垂chui直zhi壓ya實shi力li外wai，還hai有you水shui平ping壓ya實shi力li
，這zhe些xie力li的de作zuo用yong加jia上shang膠jiao輪lun彈dan性xing所suo產chan生sheng的de一yi種zhong“揉搓作用”結果就產生了極好的壓實效果。同時
，輪胎間的相互重疊能產生平整、致密的表麵質量。而傳統的以機械式傳動為主的輪胎壓路機因其結構笨重、機械換檔在機群式作業、頻繁換向工作中顯得力不從心
，無法滿足現代自動控製
、遠程監控的要求
，其操作的安全性、舒適性也因此受到局限。

           
    三一重工2005年推出的新型YL25C全液壓輪胎壓路機具有電控油門
、電控無級調速和恒速控製
、智能灑水控製等功能，可滿足高標準路麵施工工藝要求。其控製係統采用西門子公司的S7-200 PLC模塊及擴展模塊作為控製核心，同時采用新一代文本顯示器OP73Micro對設備進行實時顯示和監控
，並提供故障診斷功能。

1   控製係統結構及控製原理

           
    YL25C全液壓輪胎壓路機控製係統要對壓路機的動力係統、行走係統和灑水係統提供相應的控製及保護，恒轉速
、恒速行走
，按一定斜坡值要求起步和停車，確保係統的高效安全運轉
，具備一定遠程監控的功能擴展平台。控製係統結構框圖見圖1.

 

 圖0   產品實物圖片        

1.1 動力係統

    對啟動馬達、油門步進電機及斷油電磁鐵進行控製，實時監控發動機機轉速、機油壓力及冷卻水溫度。

           
    啟動控製：在啟動條件滿足時（行走泵斜盤歸零位）
，啟動點火開關，由蓄電池為啟動馬達及斷油電磁鐵供電

，當係統檢測到發動機轉速達到預置值時，斷開啟動馬達電源。

           
    轉速控製：傳chuan統tong的de發fa動dong機ji轉zhuan速su調tiao節jie是shi利li用yong機ji械xie軟ruan軸zhou直zhi接jie施shi力li於yu節jie氣qi門men來lai調tiao速su，其qi缺que陷xian是shi發fa動dong機ji怠dai速su不bu穩wen
，導dao致zhi燃ran油you不bu完wan全quan燃ran燒shao
，其qi次ci，調tiao速su的de快kuai慢man也ye受shou限xian於yu操cao作zuo員yuan的de經jing驗yan。本ben控kong製zhi係xi統tong
，直zhi接jie通tong過guo開kai關guan設she定ding轉zhuan速su值zhi，同tong時shi由you飛fei輪lun轉zhuan速su傳chuan感gan器qi測ce得de脈mai衝chong信xin號hao作zuo為wei反fan饋kui值zhi，形xing成cheng閉bi環huan控kong製zhi回hui路lu
，經jing過guo某mou種zhong運yun算suan後hou，按an一yi定ding的de斜xie坡po值zhi輸shu出chu高gao速su脈mai衝chong（PTO）驅qu動dong步bu進jin電dian機ji
，進jin而er平ping穩wen調tiao節jie發fa動dong機ji轉zhuan速su

，自zi動dong調tiao整zheng電dian機ji進jin給gei量liang，達da到dao電dian機ji的de精jing確que定ding位wei及ji在zai怠dai速su狀zhuang態tai下xia的de恒heng轉zhuan速su控kong製zhi要yao求qiu，控kong製zhi轉zhuan速su偏pian差cha△n<±20 r/min。

1.2        行走係統

           
    在國內同類產品首創全液壓驅動，速度快、行駛平穩，可達18Km/h
，滿足快速轉場的要求；雙操作手柄電控無級調速，實現機電液一體化控製
，調速及換向便捷
，製動迅速
，大大提高操作舒適性和安全性。

           
    恒速控製：首先由行駛手柄進行行走速度值及方向設定
，同時可以通過顯示器的顯示窗口讀取所設定的行駛速度值
，PLC便得到行走恒速控製的指令
，行走電控係統此時處於PID的閉環控製之中。行駛手柄中的電位器所輸入的設定值（模擬量）作為係統的初始給定值
，經A/D轉換後送入PID調節器進行運算
，通過PID的參數調節可以讓機器獲得一個較好的動態響應曲線，機器動作以後，由設置在行走馬達上的測速傳感器將實時轉速值（高速脈衝值）通過PLC的高速計數器送入PLC，該傳感器提供的反饋信號在進入閉環運算之前
，先進行算術平均值取樣處理
，合成為一個總的反饋信號提供給PID調節器
，最終由PID輸出一個PWM調節值給行走電比例泵，通過液壓係統和相應的液壓行走馬達驅動壓路機跟隨速度設定值以恒定的速度作業，其偏差值δ≤2 m/min。

           
    在以上恒速控製程序調試過程中，由於輪胎壓路機本身質量大，達25噸
，行走慣量大，為使機器獲得一個較好的動態響應曲線，須對PID輸出調節值限幅，並且依據不同的設定值區間（兩級以上）進行適當調整。

           
    行駛製動：在行駛手柄回中時，PLC便得到停車指令，立即將PID調節值置零，同時，輸出PWM調節值（脈寬）自動按某一斜坡值遞減至零
，達到係統平穩停車的目的。

           
    緊急製動：在按下緊停按鈕後
，一方麵，通過外部的物理開關關閉所有電磁閥電源；另一方麵，將開關量送入PLC
，PLC得到指令後，立即關閉PID調節器，同時將其輸入/輸出值清零
，並輸出一個開關量信號給報警指示燈進行警示
，係統進入緊急停車狀態。

1.3  灑水係統

            灑水係統對施工質量的好壞有著直接影響
，因此，在控製方麵既要保證灑水流量的線性可調，又要保證在最小流量水噴灑的霧化效果。

            手動調節：在施工階段對灑水流量要求不是很嚴格或產品調試時，可以選擇手動功能。直接通過開關進行流量值設定，PLC根據開關接通的時間或次數換算成對應的流量值，經過D/A轉換控製比例放大器，轉化為PWM信號直接驅動水泵電機
，線性控製灑水流量。

            自動調節：基於壓路機行走速度值，經過D/A轉換控製比例放大器，最終轉化為PWM信號直接驅動水泵電機，以達到最佳灑水流量，既不會因為水流過小使輪胎粘瀝青，也不致水流過大影響瀝青溫度。

1.4  監控係統

            由文本顯示器及指示燈組成，主要用來監控發動機累計工作小時
、轉速、冷卻液溫度和機油壓力
、燃油液位、行走速度等係統參數，對如冷卻液溫度過高
、機油壓力低、製動壓力低及水箱缺水提供圖文報警，此外，還可以對機器一些功能選擇及時鍾編輯通過文本顯示功能鍵來設置完成

；指示燈則用來對充電狀態
、PLC工作狀態、係統報警等進行報警指示。

            溫度傳感器溫度特性（溫度與電阻的函數關係）並不是線性的，按圖2線路連接，V+為工作電壓，R*為分壓電阻，經過經驗值測定，溫度傳感器（負溫敏電阻）滿足以下函數關係：

                ①         T=τlnK/Rt

                ②         Rt=U/I

            將①
、②式歸並可得出公式③

                ③     T=τlnk/U    其中k=K・I       

 

              

                                           圖2                                                         

式中：T為傳感器檢測的溫度
；Rt為傳感器電阻；τ和K為常數（可以事先利用溫度計和萬用表測出兩組T、U值求出）。

            將電壓信號送入PLC模塊（模擬量輸入點）

，經A/D轉換及相關函數運算

、標定
，利用公式③即可計算出對應的傳感器檢測的溫度值。

2.1  控製器

            由西門子S7-200主模塊CPU224及擴展模塊EM223、EM235組成。其中CPU224為西門子小型PLC主模塊
，設計緊湊、良好擴展性及強大的指令可以近乎完美滿足小規模控製要求
，EM223為4DI/4DO數字量擴展模塊，EM235為4AI/1AO模擬量擴展模塊。

            （1） 18路數字量輸入14路數字量輸出
，4路模擬量輸入1路模擬量輸出

            （2） 工作電壓20.4~28.8VDC，工作環境溫度0~55℃
；

            （3） 高速計數輸入點響應頻率20 kHz，邏輯1電平15~30 VDC；

            （4） 高速脈衝輸出頻率20 kHz
，輸出驅動電流<750 mA；

2.2  顯示器

            西門子文本顯示器OP73Micro
，可顯示3行每行達12字中文信息，4功能鍵/7係統鍵，前麵板尺寸148×76mm，開孔尺寸138×68mm
；

2.3  測速傳感器

            REXROTH霍爾轉速傳感器HDK18
，工作電壓8~36V；

2.4  行駛手柄

            選用帶行程開關及中位鎖GESSMAN產的工程機械專用行駛手柄S22M-02RP-X

            （1） 手柄機械運動角度±37.5°
；

            （2） 壽命> 1000 萬次，工作環境溫度-40~60℃
；

            （3） 電阻及功率2×5 kΩ/1.5 W。

2.5  比例放大器

            工作電壓18~32 V，輸入電壓0~5 VDC， PWM輸出電流3.5 A/10 kHz；

3   控製程序設計

            程序編製采用模塊化結構，包括主程序、子程序和中斷程序等。主程序主要完成程序初始化
、輸入點濾波

、係統報警信號處理
、行走及製動控製和實現各子程序的調用等核心功能。子程序主要實現記錄機器連續工作時間並保存在永久存儲器中、高速計數器和高速脈衝發生器程序初始化
、速度PID調節和發動機轉速控製。中斷程序則用來通過定時中斷完成發動機轉速及行走速度信號的采集，計算出相應的轉速值及速度值。

            高速計數：benchanpinshejiyingyonglelianglugaosujishu

，yilushifadongjizhuansujiance
，lingyilushixingzousudujiance。tongguoanzhuangzaifadongjihuoxingzoumadafeilunketishangdechuanganqikeyijieshoudiancimaichongxinhao

，meiyigefeilunchijingguochuanganqishi，chuanganqijishuchuyigeboxing，shegaiboxingdepinlvweif，飛輪齒數為Z
，發動機或馬達轉速為n，則它們滿足以下公式：

               ④ n=f*60/Z（單位RPM）

            PLC高速計數是采用定時中斷的方式累計單位時間裏（如100mS）所采集的脈衝數，那麼所累計1秒時間所采集的脈衝數就是我們要知道的頻率f，而飛輪齒數Z也已知，利用公式④就可以計算出發動機的轉速n了。

            在測得行走馬達轉速n後，已知減速機減速比為i，輪胎直徑為D，則利用公式⑤就可以計算出機器行走速度v了：

                            ⑤ v=n* *D/i（單位m/min）

            PWM功能：PWM功gong能neng在zai工gong程cheng機ji械xie中zhong具ju有you廣guang泛fan的de應ying用yong
，如ru直zhi流liu電dian機ji調tiao速su，電dian磁ci閥fa流liu量liang或huo壓ya力li調tiao節jie等deng。而er本ben產chan品pin則ze應ying用yong於yu行xing走zou主zhu泵beng流liu量liang控kong製zhi的de比bi例li電dian磁ci閥fa
，該gai電dian磁ci閥fa對dui驅qu動dong電dian流liu要yao求qiu是shi一yi個ge振zhen顫chan信xin號hao，響xiang應ying頻pin率lv為wei100~200Hz，且線性好，重複精度高。而PWM功能提供的是占空比線性可調的脈衝輸出，最高頻率可達20kHz
，占空比可在0%~100%自由調整，設占空比為τ，PLC輸出PWM波的電壓為U
，電流為I，電磁閥的電阻為R，則它們滿足以下公式：

                            ⑥ I=U* /R

            因此，通過調整占空比τ，就可以比例控製電磁閥的驅動電流了，間而達到調速的目的。

            文本顯示器OP73Micro需要采用組態軟件SIMATIC  WinCCflexible進行編程。是基於Windows2000/XP的應用軟件
，支持中文字符和位圖文件
，編程界麵友好，提供在線幫助功能
，支持剪切/複製及粘帖等編輯功能
，隻是對編程電腦硬件配置要求較高。

            軟件主程序及調速子程序結構流程圖見圖3和圖4所示。

 

 圖3  主程序流程