研究路面冷再生机喷洒自动控制系统-江阴市大桥环保除尘设备有限公司

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1、输煤系统转运过多，转运点落差过大是造成粉尘浓度大的主要原因，如遇天旱煤干，作业过程中粉尘量会大增。
　　2、皮带机导料槽处密封不严，向外逸散煤尘。
　　3、除尘器吸尘点不合理，除尘效果不佳。
　　4、皮带走廊地面积较多，处理起来极不方便，而且在清扫时造成二次扬尘。
　　5、回程皮带粘煤严重，造成抛洒、扬尘。
　　6、输煤系统共有大小扬尘点20余处，尤其以原煤、燃料煤卸车、职煤口、皮带输送机之间的转运及进仓落料口等处煤尘最为密集，污染较重，浓度最高时达1000mg/m3，远远超出工作场所最高容许浓度200mg/m3的标准。原设计并安装有14台布袋除尘器，煤底槽每喷淋除尘系统一般由除尘喷枪、电磁阀、供水泵、管路、阀门、配电、及喷淋自动控制系统等组成。在北方，为防止冬季喷淋除尘系统无法正常作业，在每个喷淋喷枪控制电磁阀后面安装自动泄水阀，将洒水喷枪内的存水放净。根据场地、供水管路布置及周围环境等，洒水喷淋设备布置可分为单边、两边等多种方式，其主要指标是保证煤厂降尘区域覆盖率达到98%以上，且力求喷枪站、供水系统、控制系统、电缆等组成整个喷淋降尘系统投资最小并能达到最佳除尘效果。广泛应用于扬尘严重的电厂、港口煤码头、铁路货场、矿山、煤矿、洗煤厂、钢铁厂、煤焦化工等工业企业的煤场、煤堆、堆料场、原料场、矿石　　TM型自动卷绕冲洗器结构特点
　　TM型自动卷绕冲洗器的外接母管经截止阀与主轴右端DN25接口通入，水流入主轴交换器，引至DN20耐压橡胶胶管装置，胶管出口接冲洗水枪。装在卷筒上的胶管，通过密封盒子内的卷簧张力装置整齐排列在卷盘内。冲洗水枪可以调节、既可直射，又可开花。无需电源，操作方便、安全。
　　TM型自动卷绕冲洗器操作说明
　　TM型自动卷绕冲洗器使用时先打开进水管DN25截止阀，拉出胶管冲洗水枪，卷筒自动放管拉至任意长度打开冲洗水枪，水量大小在额定范围内可调节。
　　冲洗完毕，拉住冲洗水枪稍减牵在日常生活及工作中，我们经常会看到洒水喷枪的身影。它在我们生活中的应用十分广泛，同时也为我们带来了许多的方便。但在洒水喷枪带给我们方便的同时，我们也要注意它带给我们的安全隐患。那么在操作洒水喷枪时，我们应该注意哪些呢？
　　1．洒水喷枪配件在使用之前必须校查它的射吸性能。检查时应接上氧气管。打开乙炔阀和氧气阀(此时乙炔管没有插上洒水喷枪)，用手指轻轻接触洒水喷枪的乙炔进气口。如果感到有一股吸力，说明射吸正常，可以使用。反之，不正常，应子检查修理。
　　2．洒水喷枪配件在点火前，应检查其连接各处气路气阀的气密性处理含尘浓度较高的烟气而不会导致堵塞。又因为它喷淋的液滴较粗，所以不需要雾状喷嘴，这样运行更可靠，喷琳式除尘设备可以使用循环水，直至洗液中颗粒物质达到相当高的程度为止，从而大大简化了水处理设施。所以这种除尘设备至今仍有不少企业采用。它的缺点是设备体积比较庞大，处理细粉尘的能力比较低，需用水量比较多、所以常用来去除粉尘粒径大、含尘浓度高的烟气。
　　常用的喷淋式除尘设备依照气体和液体在除尘设备内流动型式分为三种结构：
　　(1)顺流喷淋式,即气体和水滴以相同的方向流动
　　(2)逆流喷淋式,即液体逆着气流喷射
　　(3)错流喷淋式,即在垂直于气流方向喷淋液体

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研究路面冷再生机喷洒自动控制系统

沥青路面冷再生施工过程中，混合料的含水量直接影响再生后路面结构层的质量。含水量过小，难以拌匀、压实混合料，影响结构层板体的形成；含水量过大则难以碾压成型，易形成路面大波浪，致使基层平整度降低，甚至导致结构层收缩开裂。因此，严格控制冷再生机的喷洒流量，确保混合料达到最佳含水量，对沥青路面的再生具有非常重要的意义。
　　1、冷再生机构成及喷洒系统工作原理路面冷再生机结构复杂，主要由行走系统、转子系统、喷洒系统和自动找平系统等部分组成。施工过程中，冷再生机缓慢向前行驶，高速旋转的转子在喷洒系统和找平系统等部分的辅助下连续完成路面材料的铣拌、摊铺、压实成型等工作，从而使道路重新形成具有所需承载能力的结构层，实现破损路面的就地冷再生。
　　喷洒系统是路面冷再生机的重要组成部分，主要由测控电路和变量液压油泵、定量液压马达、离心式水泵等部分构成。通过调节油泵的电控制阀开度可以控制定量液压马达的转速，进而控制水泵的加水量。
　　冷再生机的加水量与车辆行驶速度、转子的铣拌深度和宽度、混合料的干密度和最佳含水量等参数成正比。设q为实际流量，ω为铣拌深度，ρ为混合料干密度，m为最佳含水量，d为铣拌深度，v为行驶速度，可得冷再生机加水量公式如下：
　　q=ωρmdv (1)其中，ω、ρ、m是系统预设参数，ω是固定值，ρ、m可以根据工况修改；q、d、v分别为流量、车速、深度的实时测量值。工作时，车速、深度经常小幅调整，为了保证混合料的最佳含水量，喷洒流量也应跟随调整。
　　2、冷再生机喷洒测控电路设计测控电路是整个喷洒系统的核心，性能优异的测量与控制系统是路面冷再生质量和效率的保证，所以测控电路的设计非常关键。喷洒系统采用闭环控制，这样冷再生机就可以根据工况自动调节加水量。带有流量负反馈环节的喷洒系统构成如图1所示。喷洒测控电路主要由MCU、速度测量电路、深度测量电路、流量测量电路、PWM-DA输出和电源等部分组成。工作时，MCU根据车速、铣拌深度和预设参数计算出最佳供水量，并与当前流量进行比较，根据比较结果和控制规律调节PWM占空比进行流量控制，以保证路面冷再生所需最佳含水量。
　　MCU采用增强型单片机STC12C5410AD作为处理器。STC12C5410AD是一个具有8051内核的单时钟周期单片机，指令代码与8051完全兼容，但执行的效率大大提升。主要性能如下：内置看门狗和EEROM，片内集成512字符RAM，4通道PWM/PCA，8路10位高精度A/D，高速SPI通讯接口，ISP在线编程等。STC12C5410AD具有超强抗干扰性能，能确保测控系统的可靠性与稳定性。
　　2.1 车速及流量检测在测控系统中，速度传感器采用萨澳——丹佛斯90系列马达配套速度传感器，涡轮流量传感器采用天津华水仪表LWGB-80涡轮流量传感器，两者输出都是脉冲信号，且都可以采用12V直流电源供电。脉冲信号的检测通过单片机的可编程计数器阵列和定时器来实现，可有效满足系统实时性和精度要求。传感器与控制器之间采用光耦隔离，使干扰信号不会串入控制器，大大提高了系统的可靠性与稳定性。
　　2.2 铣拌深度检测直接测量转子的铣拌深度有一定困难，采用测量转子悬臂旋转角度有办法来测定铣拌深度。测量原理如图2所示，设转子悬臂长为l，当铣拌转子刚好处于底平面时，悬臂与竖直方向的夹角为β；当铣拌转子处于路面某一深度工作时，悬臂与竖直方向的夹角为α。则可得出深度计算公式：
　　d=d1-d2=l(cosα-cosβ) (2)由式（2）可知，只要得到角度变化大小就可以计算出铣拌转子相应的深度。
　　角度可用角度传感器测量，角度传感器可以看作一个铠装的旋转电位器，电阻的阻值和角度的大小相互对应，测量电阻值就可测出相应的角度。
　　角度传感器采用恒流源供电，输出信号经AD转换、光耦隔离送入控制器，实现铣拌深度的测量。
　　2.3 PWM-DAC电路设计因所用MCU没有集成DAC，需要设计一个PWM到DAC的变换电路。从PWM到DAC输出的一般信号处理过程如图3所示。
　　以上信号处理过程有多种具体实现方式，考虑到经济性、可靠性等因素，设计了如图4所示的硬件电路，将PWM变换为平稳的模拟信号输出。
　　PWMl输出首先经过光耦TLP521进行信号隔离，再经过阻容滤波在A点得到直流分量，即MCU输出的调制PWM波在A点得到解调，实现了DAC功能。输出放大器采用常用芯片LM324，工作在电压跟随器方式。LM324输出电压经放大、变换，辅以必要的软件算法就可以调节电磁阀的开度，从而控制喷水流量的大小。
　　2.4 电源可靠性设计考虑到工程机械恶劣环境，设计了一种具有抗EMI和过压、过流保护功能的电源，用以增强系统的可靠性。
　　如图5所示：自恢复保险丝PT1用于过流保护；双向击穿二极管DB4和压敏电阻RV1用于过压保护；磁珠B1和电容E2用于抑制高频脉冲信号干扰；D2为肖特基二极管1N5824；R49和C24为噪声阻容吸收元件，电容E3和C24进一步对电源进行滤波。
　　若U1为电源模块LM2596-12，则电路实现车载直流24V至12V电源交换，为流量和测速传感器提供12V电源；若U1为电源模块LM2596-5，则电路能实现车载直流24V至5V电源变换，再经DC-DC隔离变换，为MCU提供电源，未经隔离变换的电源为外围电路提供工作电源。
　　3、参数自适应模糊PID控制策略由于很难准确地建立冷再生机喷洒系统数学模型，为了提高路面冷再生机喷洒系统的控制精度和鲁棒性，在常规PID控制器有基础上，设计了一种具有模糊推理功能的PID控制器，对喷洒过程进行控制。其结构如图6所示。
　　其中，s为指定喷洒量，e和ec分别是流量偏差和偏差变化率，模糊推理输出为PID控制器的参数Kp、Ki、Kd。
　　PID参数的整定离不开现场工程师的丰富经验和理论知识，特别是有关对象时间常数的数量级有确定。从控制系统的稳定性、响应速度、超调量和稳态精度等方面考虑，PID参数在系统响应的不同阶段应该是不断变化的，即应该根据偏差及偏差变化率分别调整比例、积分、微分作用的强弱。深刻理解比例、积分、微分环节在系统响应过程的作用对冷再生机智能喷洒系统的设计具有非常重要的意义。
　　比例环节能反应输出偏差的变化情况，但不能彻底消除系统偏差。当︱e︱较大时，为了加快系统的响应速度，应增强比例部分的控制作用，即Kp取较大值；当︱e︱变小时，为了防止干扰、抑制超调，提高系统稳定性，则应减弱比例部分的控制作用。
　　积分环节主要用来消除系统的稳态偏差。当︱e︱较大时，为了避免积分超调，抑制振荡，则控制器应该取消或减弱积分作用，即Ki取0或较小值；当︱e︱变小时，为了消除系统的静态偏差，提高精度、减少调节时间，则应该增强积分作用。
　　微分环节主要是针对被控过程的大惯性而引入的，它反映了输入信号的变化趋势，能改善系统的动态特性，减小超调量，抑制被调量振荡。当︱e︱较大时，为了加快系统的响应速度，则控制器应该取消或减弱微分作用，即Kd取0或较小值；当︱e︱中等大小时，因为系统误差变化率较大，系统响应对Kd的大小比较敏感，故Kd取较小值；当︱e︱较小时，系统处于微调阶段。为使系统具有较好的稳定性能，避免输出响应在设定值附近振荡，同时考虑系统的抗干扰性能，Kd的取值要适当：当偏差变化率ec较小时，Kd的可取值要大些；当偏差变化率ec较大时，Kd应取小些。
　　根据上述原则建立模糊规则表，再经反模糊化后存入MCU的EEROM中，以备冷再生机根据运行状态进行PID参数查询。
　　4、参数自适应模糊PID程序设计路面冷再生机的流量控制是通过调节PWM占空比来实现的，模糊PID的直接控制对象是PWM占空比。喷洒系统不断地根据偏差及其变化率调整PID参数，确定PWM占空比，从而更快、更精确地实现喷洒系统的自动控制。软件流程图如图7所示。
　　参数自适应模糊PID控制器可以模拟人类思维，根据不同状况采取不同的应对措施，能改善控制过程的动态、静态性能，控制效果优于常规PID。另外，由于采用查表法确定PID参数，系统响应速度得以提高，大大缩短了调节时间。
　　本文设计的冷再生机智能喷洒系统已成功应用于工程实践，现场运行状况表明其响应速度、控制精度和智能化程度都大大优于国内现有同类产品，有效地提高了道路冷再生的质量和效率，具有较高的应用价值和推广价值。

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