一种沥青涂覆量实时监测系统及方法与流程

本申请属于沥青涂覆量监测领域，具体地说，涉及一种沥青涂覆量实时监测系统及方法。
背景技术：
：化工企业在生产铺设机场跑道用的软性帘子布路基时，需要对帘子布上所涂覆的沥青的厚度做实时的监测，所监测到的厚度信号会传送到中心控制单元上，用以对相关的机械设备加以调整和控制，使涂覆厚度的误差维持在一定的限度之内。传统涂覆沥青时，没有对涂覆的沥青厚度进行实时监测，只是对涂覆辊的转动电机进行速度控制，电机速度快，帘子布粘的沥青薄，电机速度慢，帘子布粘的沥青厚，对所涂覆的沥青厚度没有实时的测量，造成涂覆厚度难以控制。技术实现要素：有鉴于此，本申请针对上述的问题，提供了一种沥青涂覆量实时监测系统及方法。为了解决上述技术问题，本申请公开了一种沥青涂覆量实时监测系统，包括plc信号采集单元，所述plc信号采集单元通过导线分别连接有触摸屏、电源模块、第一传感器、第二传感器、第三传感器和第四传感器；所述触摸屏和电源模块通过导线相连接；所述第一传感器、第二传感器、第三传感器和第四传感器分别设置在沥青涂覆机的支撑轮上。进一步地，所述plc信号采集单元的型号为s7-200系列；所述触摸屏为mcgs触摸屏；所述第一传感器、第二传感器、第三传感器和第四传感器均为称重传感器。本发明公开了一种沥青涂覆量实时监测方法，采用上述的沥青涂覆量实时监测系统，包括以下步骤：步骤1、估算沥青厚度：采用第一传感器、第二传感器、第三传感器和第四传感器测定沥青的实时重量；在触摸屏上输入给定速度和涂覆宽度，在给定速度和涂覆宽度的前提下，估算沥青涂覆厚度；步骤2、对步骤1得到的沥青涂覆厚度进行优化测量得到优化后的沥青涂覆厚度。进一步地，步骤1中估算沥青厚度具体为：设涂覆骨架运行速度为v，检测时间间隔为t，w为帘子布宽度，则在检测时间内帘子布所走过的长度为：l帘子布＝v·t(1)此时帘子布走过的单面的面积为：s帘子布＝l·w(2)在同样的时间内，沥青槽内的沥青重量减少的重量，记为δg，若沥青比重为ρ，则此时段内消耗的沥青体积为：于是，估算出这个时段内的单面涂覆厚度为：进一步地，涂覆骨架为帘子布。进一步地，步骤2中对步骤1得到的沥青涂覆厚度进行优化测量得到优化后的沥青涂覆厚度具体为：在沥青槽内加满沥青后，点击触摸屏，记录此时的重量值，此时的液面高度为定值，记为：g称量0＝g皮重+s槽·h0·ρ(5)其中，g皮重为沥青槽空时的重量，不需要单独称量；s槽表示沥青槽的面积；h0为液面的上限位；ρ表示某温度下的沥青密度；当沥青涂敷一段时间后，期间没有新的沥青加入，称重传感器所得到的称重数据为g称量1，此时的液面高度为h1，表示为：g称量1＝g皮重+s槽·h1·ρ(6)将公式(5)和(6)相减，得到h1的值为：每一液面高度下的沥青实际体积应表示为：沥青实际体积＝沥青槽面积*此时的液面高度-浸泡在沥青中的涂覆辊体积将浸泡在沥青中的弓形近似为三角形，这两个三角形的面积分别表示为：公式(8)和(9)中，等号右边的变量均为已知，r表示涂覆辊的半径，计算出s0和s1；于是，在两个液面高度下的沥青真实体积分别表示为：v0＝s槽·h0-s0·l(10)v1＝s槽·h1-s1·l(11)式中l为涂覆辊长度，已知量；因此体积的真正变化量为：v＝v0-v1；将v带入公式(4)，即得出沥青的涂覆厚度。与现有技术相比，本申请可以获得包括以下技术效果：1)本发明实现对沥青实时消耗量的监测；2)通过预设的速度和帘子布幅面宽度值，结合沥青实时消耗值，可估算出每个时间段内的沥青涂覆厚度。当然，实施本申请的任一产品必不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。附图说明此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：图1是本申请沥青涂覆量实时监测系统的示意图；图2是本申请传感器及触摸屏安装示意图；图3是本申请传感器安装示意图的放大图；图4是本申请涂覆辊对计量结果影响示意图，其中，a代表液面处于h0位置，b代表液面处于h1位置。具体实施方式以下将配合附图及实施例来详细说明本申请的实施方式，藉此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。本发明公开了一种沥青涂覆量实时监测系统，如图1所示，包括plc信号采集单元1，所述plc信号采集单元1通过导线分别连接有触摸屏2、电源模块3、第一传感器4、第二传感器5、第三传感器6和第四传感器7；触摸屏2和电源模块3通过导线相连接；如图2和3所示，第一传感器4、第二传感器5、第三传感器6和第四传感器7分别设置在沥青涂覆机的支撑轮8上，其余部件均设置在沥青涂覆机上。plc信号采集单元1的型号为s7-200系列；所述触摸屏2为mcgs触摸屏；所述第一传感器4、第二传感器5、第三传感器6和第四传感器7均为称重传感器。本发明系统以西门子的s7-200系列plc为信号采集单元1，以mcgs触摸屏2为人机界面，实现对沥青实时消耗量的监测。针对不同的布料，工人可在触摸屏上设定帘子布的行进速度和幅面宽度(这两个参数是根据正在运行的系统的实际速度和帘子布的实际宽度输入的)；通过实测沥青实时消耗值和设定的数学模型进行计算，先触摸屏上显示每个时间段内的沥青涂覆厚度；并将估算出来的实时数据存储到历史数据库中。其中，本装置可人工设定帘子布的行进速度和幅面宽度等；通过预设的速度和帘子布幅面宽度值，结合沥青实时消耗值，可估算出每个时间段内的沥青涂覆厚度；可对多个时段的计量数据进行比对，当超过误差限值时可用蜂鸣器报警，并弹出报警窗口，显示超差值；可以将估算出来的实时数据存储到历史数据库中，便于调阅；支持报警蜂鸣器驱动。本发明还公开了一种沥青涂覆量实时监测方法，包括以下步骤：步骤1、估算沥青厚度：采用沥青涂覆量实时监测系统对沥青涂覆的厚度进行实时监测，主要监测对象为沥青的实时重量(减重计量)，采用第一传感器4、第二传感器5、第三传感器6和第四传感器7测定沥青的实时重量；在触摸屏2上输入给定速度和涂覆宽度，在给定速度和涂覆宽度的前提下，估算涂覆厚度，并给出任一时段的涂覆均匀度。如图4所示，具体计算公式如下：设涂覆骨架(暂称帘子布)运行速度为v(人为预先设定)，检测时间间隔为t(可人工在触摸屏上修改)，w为帘子布宽度，则在检测时间内帘子布所走过的长度为：l帘子布＝v·t(1)此时帘子布走过的面积(单面)为：s帘子布＝l·w(2)在同样的时间内，沥青槽内的沥青重量减少的重量，记为δg，若沥青比重为ρ，则此时段内消耗的沥青体积为：于是，可以估算出这个时段内的单面涂覆厚度为：但是实际上，为了提高计量精度，还需要考虑沥青体积的减量。步骤2、对沥青厚度进行优化测量：如图4所示，由于涂覆辊不是全部浸泡在沥青中，因此，其浸泡的体积会影响第一传感器4、第二传感器5、第三传感器6和第四传感器7称重结果，其结论基于如下实验：使一棒状物体的一端逐渐浸入放置于电子天平上的烧杯所盛的水中(此端不接触烧杯底)，随棒状物体的逐渐深入，天平显示的称重值逐渐增加，增加部分刚好等于水体积的变化值。实验表明：涂覆辊浸泡在沥青中的体积的变化会对称重值产生影响。因此必须对此部分引起的附加重量进行补偿。具体如下：在沥青槽内加满沥青后，点击触摸屏，记录此时的重量值，此时的液面高度为定值，记为：g称量0＝g皮重+s槽·h0·ρ(5)其中，g皮重为沥青槽空时的重量，不需要单独称量；s槽表示沥青槽的面积；h0为液面的上限位(已知量)；ρ表示某温度下的沥青密度(不同温度下的密度值可换算)。当沥青涂敷一段时间后(期间没有新的沥青加入)，称重传感器所得到的称重数据为g称量1，此时的液面高度为h1(待测值)，可以表示为：g称量1＝g皮重+s槽·h1·ρ(6)将公式(5)和(6)相减，得到h1的值为：此时可以计算出沥青槽的实际高度变化，即(h0-h1)，但实际上，沥青体积的减量并不是简单的(s槽·h0-s槽·h1)，如图4所示。图中h为涂覆辊轴心到沥青槽底面的高度。从上图可以看出，每一液面高度下的沥青实际体积应表示为：沥青实际体积＝沥青槽面积*此时的液面高度-浸泡在沥青中的涂覆辊体积而不同液面高度下涂覆辊浸泡在沥青中的体积是不同的。真实的沥青体积变化需要在两个高度下分别减去涂覆辊浸泡在沥青中的圆台的体积，这样计算出来的才是真正的沥青体积变化，按照式进行计算才会准确。为计算简便，将图中所示浸泡在沥青中的弓形近似为三角形，如图4中so和s1所示。这两个三角形的面积可分别表示为：公式(8)和(9)中，r表示涂覆辊的半径，等号右边的变量均为已知，可计算出s0和s1。于是，在两个液面高度下的沥青真实体积可分别表示为：v0＝s槽·h0-s0·l(10)v1＝s槽·h1-s1·l(11)式中l为涂覆辊长度，已知量。因此体积的真正变化量为：v＝v0-v1。将公式带入即可。注意，上面分析用到了初始状态下的液面高度h0，实际上，计算机会在操作员启动设备时自动记录(计算)这点的高度，并存储。此后的计算没计算出一个新的液面高度(如上面的h1)，则在下次计量时，自动将h1转储至h0，实现递推算法，确保每次计量都是当前时段的液面高度差。经实际测试，证明所设计的系统及数学模型是准确、可靠的。下面表1中的数据为系统测试结果与后期人工用卡尺测量结果的对比，为了是对比结果有可比性，在系统实时测试的帘子布的侧面做出标记，具体做法是用塑料扎扣系在帘子布上，待一卷帘子布完全涂覆并烘干后用卡尺对此位置具体测量，由于冷却后的沥青有0.95的收缩率，故表中系统测量的实时值已经用这个系数做了修正：测试期间车间温度：23℃。表1系统测试结果与后期人工用卡尺测量的结果系统测试值(mm)6.236.376.156.225.976.55人工测试值(mm)6.156.436.226.316.026.48相对误差值(％)1.3-0.9-1.1-1.4-0.81.1如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定成分或方法。本领域技术人员应可理解，不同地区可能会用不同名词来称呼同一个成分。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分成分的方式。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。上述说明示出并描述了发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离发明的精神和范围，则都应在发明所附权利要求的保护范围内。当前第1页12