一种可装卸式融雪剂撒布上装的集成控制系统及其控制方法与流程

本发明涉及融雪剂撒布领域，尤其涉及一种可装卸式融雪剂撒布上装控制系统。

背景技术：

融雪剂撒布的施工作业，一般用于冬季强降雪和严寒造成的路面积雪和结冰时，为了保障道路交通顺畅，把除雪剂如沙子、盐等除雪材料进行撒布。为了最大限度的提高设备使用率，业主或施工单位，往往会希望将融雪剂撒布专用装置部份与自卸式汽车底盘采用可分离拆装式设计、各自独立，在不需要进行融雪剂撒布作业的时间段或季节，可将融雪剂撒布装置吊装下来，从而在原汽车底盘装上其它的专用作业装置，用作其它施工作业。

目前市场上这种可装卸式融雪剂撒布上装，都是采用进口副发动机作为撒布机工作的动力驱动来源，其副发动机的启停开关和转速控制均在副发动机本体，在撒布作业之前或之后，操作者需要走到副发动机所在位置，进行启停副发动机、调节副发动机的转速的操作；此外，由于融雪剂撒布上装经常需要从底盘吊装、拆卸分离，现有的融雪剂撒布上装，对抛撒盘或输送刮板的传送速度的调节，只是在工作装置处布置电控旋钮或机械式旋钮进行手动调节,并且没有将底盘的车速信号纳入上装控制系统，不能实现在驾驶室内一键式操作、宽度及撒布量的自动化控制。为了使可装卸式融雪剂撒布上装的操作更加集中化便捷、控制更加自动化精准，迫切需要一种能够将发动机的控制、融雪剂撒布上装自动化控制集于一体的集成化控制系统，该系统的操作元件能够集成于一个小巧的终端操作盒，能够灵活移位，既能够在融雪剂撒布作业时置于驾驶室内供操作人员进行副发动机及各项撒布作业自动化操作，又能够随融雪剂撒布上装整体从底盘车上拆卸分离，且在拆装过程中无需临时拆接线、使用方便。目前，能够满足这种需求的可装卸式融雪剂撒布上装的集成化控制系统尚未见报道。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种可装卸式融雪剂撒布上装的集成控制系统：该控制系统能够集成撒布机的副发动机操作控制、可装卸式融雪剂撒布上装专用装置的自动化控制。采用本发明，操作人员坐在驾驶室内，通过本集成化控制系统的操作终端，就可以轻松实现对进口副发动机的启停及转速控制；操作人员在驾驶室内，通过触摸屏人机界面，可输入目标的撒布宽度、撒布量值，系统将根据实时车速，自动控制抛撒盘及输送刮板的工作速度、达到目标的撒布宽度、撒布量值；本发明系统的终端操作盒小巧、移动灵活，可随融雪剂撒布上装整体吊装、整体拆卸，拆装过程中无需临时拆接线，使用方便。为了达到以上目的，本发明采用以下技术方案实现：一种可装卸式融雪剂撒布上装的集成控制系统，其特征在于所述集成控制系统包括副发动机远程控制模组和自动撒布作业控制模组组成；所述副发动机远程控制模组包含副发启停操作元件、专门设计的副发启停模拟接口电路、副发转速调节旋钮、油门控制模块、油门电机；所述自动撒布作业控制模组包含操作开关、触摸屏、速度信号采集元件、位置信号采集元件、直流电动推杆、plc控制组以及采用闭环算法的集成控制程序，所述副发启停操作元件、副发转速调节旋钮、操作开关和触摸屏组成了终端操作盒来控制整个控制系统。

作为优选：所述副发动机远程控制模组中的副发启停操作元件通过副发启停模拟接口电路连接副发动机，所述副发启停模拟接口电路能够模拟进口的副发动机本体自带的启停开关的相互通断状态，通过此副发启停模拟接口电路，将普通旋钮开关的启停控制信号与原来由进口的副发动机本体启停开关控制的发动机本体电路进行适应式对接转换，从而实现在驾驶室对副发动机的启停控制，所述副发动机通过油门拉线于油门电机(6)相连，所述副发动机转速调节旋钮通过电路将此转速调节信号传送到安装在油门控制模块(5)来实现对油门电机轴的伸缩控制。

作为优选：所述操作开关采用普通的按钮开关、旋钮开关或钮子开关，安装在终端操作盒上，并将全自动工作/停止或各工作机构单独启/停控制指令以0/1状态的数字信号形式发送给plc控制组，所述plc控制组通过rs-485端口实时进行通信至触摸屏，所述触摸屏实时读取并显示plc控制组运算出的车速、抛撒盘转速、输送带转速设备工作参数值，以供操作人员查看，所述plc控制组还连接速度信号采集元件和位置信号采集元件，所述速度信号采集元件内包括抛撒盘测速传感器、输送测速传感器、雷达或脉冲车速测速装置，分别采用高频电感式传感器、雷达测速装置或高频电感式传感器，采集各速度信号，传送给plc控制组，通过plc控制组的算法程序，运算出实时的车速、转速信号，从而显示在触摸屏上，所述位置信号采集元件采用阻旋式料位计，实时检测融雪剂料仓的料位状态，以0/1状态的数字信号形式将料位状态发送给plc控制组，并通过触摸屏显示料仓料位状态。

作为优选：所述的直流电动推杆包括抛撒盘升降电动推杆和料门开度电动推杆，所述该推杆连接至plc控制组的输出信号端，分别调整料门开度大小和抛撒盘高度，同时将直流电动推杆本体的活塞杆位置反馈信号，分别以模拟量信号形式传送给plc控制组内的模拟量输入模块，并通过plc控制组的内部程序运算分析，转换为料门开度大小、抛撒盘的离地高度尺寸，参与直流电动推杆驱动信号的运算，并通过plc控制组的rs-485端口传送给触摸屏显示，提供给操作人员实时察看。

作为优选：所述plc控制组包含能够写入并执行运算程序的cpu模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块，所述cpu模块的in端子、模拟量输入模块的in端子分别与操作开关、速度信号采集元件、位置信号采集元件、直流电动推杆相连，提供给cpu模块的内部程序作为输入条件关联进行运算，cpu模块的rs-485端口与触摸屏rs-485端口相连，执行一致的通信协议，以读取操作人员输入的目标工作参数值、传送程序运算结果参数值以供触摸屏显示，所述cpu模块的out端子、或模拟量输出模块的out端子，分别与直流电动推杆、抛撒盘液压比例阀、输送机构液压比例阀线圈相连，将cpu模块控制程序的运算结果转化为输出信号送到各工作机构执行元件，以实现操作人员的控制指令和目标工作参数；

一种可装卸式融雪剂撒布上装的集成控制方法，该方法采用的闭环算法的集成控制程序，所述闭环算法的集成控制程序包含以下四个闭环控制算法：抛撒盘转速及撒布宽度闭环控制算法、输送带或输送螺旋转速及撒布量闭环控制算法、抛撒盘高度闭环控制算法、料门开度闭环控制算法，

所述方法为：上电后进行“控制模式”指令的检测判断，如果是“自动”模式，则检测“工作模式”的指令判断，如果是“工作”状态，则一方面根据输入的撒布宽度值，运算出目标的抛撒盘高度值、目标的抛散盘转速值，同时在程序内部连续地检测抛散盘的实测高度值、实测转速值，将这两个实测值与其相对应的目标值不断进行比较运算，运算出驱动信号值，输出信号以驱动抛散盘的电动推杆、抛散盘比例阀的动作；另一方面，根据输入的目标撒布量值、检测到的实测车速值，运算出目标的料门开度、目标的输送速度，同时在程序内部连续地检测出实测料门开度值、实测输送速度值，将这两个实测值与其相对应的目标值不断进行比较，运算出驱动信号值，输出信号以驱动料门电动推杆、输送比例阀的动作；检测“控制模式”的指令判断，如果是“半自动”模式，则进一步进行操作开关的指令判断，如果“输送螺旋”开关是“开”的状态，则程序内部将输入的目标输送转速与实测输送转速进行比较，运算出驱动信号值，输出信号以驱动输送比例阀的动作；如果“撒布”开关是“开”的状态，则程序内部将输入的目标抛散盘转速与实测抛散盘转速进行比较，运算出驱动信号值，输出信号以驱动抛散盘比例阀的动作。

作为优选：所述抛撒盘转速及撒布宽度闭环控制算法为采用电感式传感器采集抛撒盘转速信号，以高速pto脉冲的形式传送到plc控制组的cpu模块in端子，通过程序内部算法运算出抛撒盘的实测转速，同时根据目标撒布宽度，运算出目标抛撒盘转速，连续地将抛撒盘的实测转速与目标转速进行比较、根据当前差值运算出当前控制抛撒盘液压比例阀开度控制模拟量值，并通过cpu模块的out端子或模拟量输出模块的out端子输出、控制抛撒盘液压比例阀开度，从而使抛撒盘转速达到目标值，实现目标撒布宽度；

公式1：n1＝(b×k1)/δ

其中：n1是抛撒轮目标转速，b是撒布宽度，k1是抛撒轮转速系数，δ是抛撒轮转速倍数；

作为优选：所述的输送带或输送螺旋转速及撒布量闭环控制算法，其特征在于采用电感式传感器采集输送带或输送螺旋转速信号，以高速pto脉冲形式传送到plc控制组的cpu模块in端子，通过程序内部算法运算出输送带或输送螺旋的实测转速，同时根据撒布量及车速，运算出目标输送转速，连续地将输送的实测转速与目标转速进行比较、根据当前差值运算出当前控制输送液压比例阀开度控制模拟量值，并通过cpu模块的out端子或模拟量输出模块的out端子输出、控制输送液压比例阀开度，从而使输送转速达到目标值，实现目标撒布量；

公式2：n2＝(v×b×q×k2)/(l×η×ρ)

其中：n2是输送带目标转速，b是撒布宽度，q是撒布量，k2是撒布量系数，l是输送机构排量，η是输送机构效率系数，ρ是融雪剂密度系数。

作为优选：所述的抛撒盘高度闭环控制算法是采用抛撒盘升降电动推杆活塞杆位置反馈信号，采集抛撒盘高度信号，以模拟量信号形式传送到plc控制组的模拟量输入模块(15)模块的in端子，通过程序内部算法运算出抛撒盘的当前高度值，同时根据撒布宽度，运算出目标抛撒盘高度值，连续地将抛撒盘的实测高度和目标高度进行比较、根据差值运算出当前控制抛撒盘升降电动推杆(14)控制信号的0/1值，并通过plc控制组cpu模块(12)的out端子输出、控制抛撒盘直流电动推杆的伸缩，从而使抛撒盘达到目标高度。

公式3：h1＝b×k3

其中：h1是抛撒盘目标高度，b是撒布宽度，k3是抛撒盘高度系数。

作为优选：所述的料门开度闭环控制算法为采用料门开度电动推杆活塞杆位置反馈信号，采集料门开度信号，以模拟量信号形式传送到plc控制组的模拟量输入模块的in端子，通过程序内部算法运算出当前的料门开度值，同时根据输送带目标转速，运算出料门开度大小的目标值，连续地将料门开度的实测值和目标值进行比较、根据差值运算出当前控制料门开度电动推杆控制信号的0/1值，并通过plc控制组的cpu模块out端子输出、控制料门开度电动

推杆的伸缩，从而使料门开度达到目标高度。

公式4：h2＝n2×k4

其中：h2是料门开度目标值，n2是输送目标转速值，k4是料门开度系数。

本发明解决了多个关键技术点问题，获得了以下有益效果：

1、本发明解决了模拟进口副发动机原装启停开关在启、停、工作时对副发动机本体各电器元件的电路通断状态控制，从而用普通的旋钮开关操作，就能够实现对进口副发动机的远程启停控制，另有油门控制开关、电路、执行机构，能够实现对进口副发动机的油门控制，二者结合，操作人员坐在驾驶室内，通过本发明的集成化控制系统操作终端，就可以轻松实现对进口副发动机的启停及转速远程控制；

2、本发明能够实现融雪剂撒布作业的一键式简易操作、自动化控制，操作人员坐在驾驶室内，可通过触摸屏输入目标的撒布宽度、撒布量值、一键式操作工作开/关，本发明系统就能够自动控制抛撒盘及输送机构的工作启停、速度控制、抛撒盘高度及料门开度大小的自动调节，从而达到目标的撒布宽度、撒布量值，另外还可以选择半自动模式，实现对各工作机构的单个独立控制；

3、本发明系统的终端操作盒小巧、移动灵活，可随融雪剂撒布上装整体吊装、整体拆卸，拆装过程中无需临时拆接线，使用方便。

附图说明

图1是本发明的集成控制系统电气连接方框图。

图2是本发明采用闭环算法的集成控制程序流程图。

图3是本发明的副发启停模拟接口电路框图。

图4是本发明的副发转速控制电路框图。

图5是本发明的集成控制系统plc电路原理图一。

图6是本发明的集成控制系统plc电路原理图二。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作详细的介绍：图1所示，一种可装卸式融雪剂撒布上装的集成控制系统，其特征在于所述集成控制系统包括副发动机远程控制模组23和自动撒布作业控制模组24组成；所述副发动机远程控制模组23包含副发启停操作元件2、专门设计的副发启停模拟接口电路3、副发转速调节旋钮4、油门控制模块5、油门电机6；所述自动撒布作业控制模组24包含操作开关20、触摸屏7、速度信号采集元件、位置信号采集元件11、直流电动推杆、plc控制组22以及采用闭环算法的集成控制程序，所述副发启停操作元件2、副发转速调节旋钮4、操作开关20和触摸屏7组成了终端操作盒19来控制整个控制系统，所述副发动机远程控制模组23中的副发启停操作元件2通过副发启停模拟接口电路3连接副发动机21，所述副发启停模拟接口电路3能够模拟进口的副发动机21本体自带的启停开关的相互通断状态，通过此副发启停模拟接口电路3，将普通旋钮开关的启停控制信号与原来由进口的副发动机本体启停开关控制的发动机本体电路进行适应式对接转换，从而实现在驾驶室对副发动机的启停控制，所述副发动机21通过油门拉线于油门电机6相连，所述副发动机转速调节旋钮4通过电路将此转速调节信号传送到安装在油门控制模块5来实现对油门电机6轴的伸缩控制。

本发明所述操作开关20采用普通的按钮开关、旋钮开关或钮子开关，安装在终端操作盒19上，并将全自动工作/停止或各工作机构单独启/停控制指令以0/1状态的数字信号形式发送给plc控制组22，所述plc控制组22通过rs-485端口实时进行通信至触摸屏7，所述触摸屏7实时读取并显示plc控制组22运算出的车速、抛撒盘转速、输送带转速设备工作参数值，以供操作人员查看，所述plc控制组22还连接速度信号采集元件8、9、10和位置信号采集元件11，所述速度信号采集元件内包括抛撒盘测速传感器9、输送测速传感器8、雷达或脉冲车速测速装置10，分别采用高频电感式传感器、雷达测速装置或高频电感式传感器，采集各速度信号，传送给plc控制组22，通过plc控制组22的算法程序，运算出实时的车速、转速信号，从而显示在触摸屏7上，所述位置信号采集元件11采用阻旋式料位计11，实时检测融雪剂料仓的料位状态，以0/1状态的数字信号形式将料位状态发送给plc控制组22，并通过触摸屏7显示料仓料位状态，所述的直流电动推杆包括抛撒盘升降电动推杆和料门开度电动推杆，所述该推杆连接至plc控制组22的输出信号端，分别调整料门开度大小和抛撒盘高度，同时将直流电动推杆本体的活塞杆位置反馈信号，分别以模拟量信号形式传送给plc控制组22内的模拟量输入模块15，并通过plc控制组22的内部程序运算分析，转换为料门开度大小、抛撒盘的离地高度尺寸，参与直流电动推杆驱动信号的运算，并通过plc控制组22的rs-485端口传送给触摸屏7显示，提供给操作人员实时察看。

本发明所述plc控制组22包含能够写入并执行运算程序的cpu模块12、模拟量输入模块15、模拟量输出模块16，所述cpu模块12的in端子、模拟量输入模块15的in端子分别与操作开关20、速度信号采集元件、位置信号采集元件11、直流电动推杆13、14相连，提供给cpu模块12的内部程序作为输入条件关联进行运算，cpu模块12的rs-485端口与触摸屏7rs-485端口相连，执行一致的通信协议，以读取操作人员输入的目标工作参数值、传送程序运算结果参数值以供触摸屏显示，所述cpu模块12的out端子、或模拟量输出模块16的out端子，分别与直流电动推杆、抛撒盘液压比例阀18、输送机构液压比例阀17线圈相连，将cpu模块12控制程序的运算结果转化为输出信号送到各工作机构执行元件，以实现操作人员的控制指令和目标工作参数；

如图2-6所示一种可装卸式融雪剂撒布上装的集成控制方法，该方法采用的闭环算法的集成控制程序，所述闭环算法的集成控制程序包含以下四个闭环控制算法：抛撒盘转速及撒布宽度闭环控制算法、输送带或输送螺旋转速及撒布量闭环控制算法、抛撒盘高度闭环控制算法、料门开度闭环控制算法，

所述方法为：上电后进行“控制模式”指令的检测判断，如果是“自动”模式，则检测“工作模式”的指令判断，如果是“工作”状态，则一方面根据输入的撒布宽度值，运算出目标的抛撒盘高度值、目标的抛散盘转速值，同时在程序内部连续地检测抛散盘的实测高度值、实测转速值，将这两个实测值与其相对应的目标值不断进行比较运算，运算出驱动信号值，输出信号以驱动抛散盘的电动推杆、抛散盘比例阀的动作；另一方面，根据输入的目标撒布量值、检测到的实测车速值，运算出目标的料门开度、目标的输送速度，同时在程序内部连续地检测出实测料门开度值、实测输送速度值，将这两个实测值与其相对应的目标值不断进行比较，运算出驱动信号值，输出信号以驱动料门电动推杆、输送比例阀的动作；检测“控制模式”的指令判断，如果是“半自动”模式，则进一步进行操作开关的指令判断，如果“输送螺旋”开关是“开”的状态，则程序内部将输入的目标输送转速与实测输送转速进行比较，运算出驱动信号值，输出信号以驱动输送比例阀的动作；如果“撒布”开关是“开”的状态，则程序内部将输入的目标抛散盘转速与实测抛散盘转速进行比较，运算出驱动信号值，输出信号以驱动抛散盘比例阀的动作。

所述抛撒盘转速及撒布宽度闭环控制算法为采用电感式传感器9采集抛撒盘转速信号，以高速pto脉冲的形式传送到plc控制组22的cpu模块12in端子，通过程序内部算法运算出抛撒盘的实测转速，同时根据目标撒布宽度，运算出目标抛撒盘转速，连续地将抛撒盘的实测转速与目标转速进行比较、根据当前差值运算出当前控制抛撒盘液压比例阀18开度控制模拟量值，并通过cpu模块12的out端子或模拟量输出模块(16)的out端子输出、控制抛撒盘液压比例阀18开度，从而使抛撒盘转速达到目标值，实现目标撒布宽度；

公式1：n1＝(b×k1)/δ

其中：n1是抛撒轮目标转速，b是撒布宽度，k1是抛撒轮转速系数，δ是抛撒轮转速倍数；

所述的输送带或输送螺旋转速及撒布量闭环控制算法，其特征在于采用电感式传感器8采集输送带或输送螺旋转速信号，以高速pto脉冲形式传送到plc控制组22的cpu模块12n端子，通过程序内部算法运算出输送带或输送螺旋的实测转速，同时根据撒布量及车速，运算出目标输送转速，连续地将输送的实测转速与目标转速进行比较、根据当前差值运算出当前控制输送液压比例阀17开度控制模拟量值，并通过cpu模块12的out端子或模拟量输出模块16的out端子输出、控制输送液压比例阀17开度，从而使输送转速达到目标值，实现目标撒布量；

公式2：n2＝(v×b×q×k2)/(l×η×ρ)

其中：n2是输送带目标转速，b是撒布宽度，q是撒布量，k2是撒布量系数，l是输送机构排量，η是输送机构效率系数，ρ是融雪剂密度系数。

所述的抛撒盘高度闭环控制算法是采用抛撒盘升降电动推杆14活塞杆位置反馈信号，采集抛撒盘高度信号，以模拟量信号形式传送到plc控制组22的模拟量输入模块(15)模块的in端子，通过程序内部算法运算出抛撒盘的当前高度值，同时根据撒布宽度，运算出目标抛撒盘高度值，连续地将抛撒盘的实测高度和目标高度进行比较、根据差值运算出当前控制抛撒盘升降电动推杆14控制信号的0/1值，并通过plc控制组22cpu模块(12)的out端子输出、控制抛撒盘直流电动推杆的伸缩，从而使抛撒盘达到目标高度。

公式3：h1＝b×k3

其中：h1是抛撒盘目标高度，b是撒布宽度，k3是抛撒盘高度系数。

所述的料门开度闭环控制算法为采用料门开度电动推杆13活塞杆位置反馈信号，采集料门开度信号，以模拟量信号形式传送到plc控制组22的模拟量输入模块15的in端子，通过程序内部算法运算出当前的料门开度值，同时根据输送带目标转速，运算出料门开度大小的目标值，连续地将料门开度的实测值和目标值进行比较、根据差值运算出当前控制料门开度电动推杆13控制信号的0/1值，并通过plc控制组22的cpu模块(12)out端子输出、控制料门开度电动推杆13的伸缩，从而使料门开度达到目标高度。

公式4：h2＝n2×k4

其中：h2是料门开度目标值，n2是输送目标转速值，k4是料门开度系数。