СПОСОБ ОБЕСПЕЧЕНИЯ РАБОТЫ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ РАБОЧИМ ПРОЦЕССОМ МОБИЛЬНОГО РАСПРЕДЕЛИТЕЛЯ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ И УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ РАБОЧИМ ПРОЦЕССОМ МОБИЛЬНОГО РАСПРЕДЕЛИТЕЛЯ МАТЕРИАЛОВ
METHOD OF OPERATING CONTROL SYSTEM FOR MOBILE DISTRIBUTOR OF ROAD COAT PROCESSING MATERIALS AND CONTROL SYSTEM TO THIS END

Изобретение относится к способам и средствам, применяемым при зимнем содержании автомобильных дорог, а также при выполнении ремонтов дорожных покрытий. Изобретение может быть использовано в конструкциях мобильных машин для распределения различных технологических материалов, в том числе твердых и жидких реагентов для противогололедной обработки дорог, а также битумных эмульсий при ремонтах дорожных покрытий.
Известна система управления мобильным распределителем противогололедных материалов, содержащая пульт управления, электронный датчик скорости транспортного средства, блок управления с микроконтроллером, в который введена программа управления, широтно-импульсные модуляторы, которые подключены к пропорциональным электромагнитам гидравлических регуляторов частоты вращения привода исполнительных органов распределителя - подающего конвейера и разбрасывающего диска (RU 18280, опубл. 06.10.2001; DT 2504725 A1, 05.02.1975, опубл. 19.08.1976).
Процесс управления работой известных распределителей заключается в необходимости поддерживать постоянные значения выходных параметров работы исполнительных органов при изменении скорости движения транспортного средства, мгновенное значение которой определяются электронным датчиком скорости. В известных устройствах к каждому гидравлическому регулятору привода исполнительного органа подводится рабочая жидкость от отдельного гидравлического насоса двухконтурной гидравлической системы.
Существенным недостатком двухконтурной системы является ее сравнительная сложность и высокая стоимость, поскольку для такой системы, помимо двух гидравлических насосов высокого давления, необходимо также удвоенное количество рабочей жидкости. Работа известной системы управления обеспечивается наличием датчиков обратной связи, которые вырабатывают электрические сигналы, характеристики которых пропорциональны частоте вращения приводов исполнительных органов. Эти сигналы поступают в микроконтроллер, сравниваются с эталонными значениями для заданных параметров управления и, в случае, если имеется различие, вырабатываются корректирующие импульсы, которые поступают на широтно-импульсные модуляторы. Вследствие этого происходит коррекция тока, протекающего в цепях пропорциональных регуляторов, и частота вращения приводов исполнительных органов изменяется в необходимом направлении.
Как показывают многочисленные практические примеры применения систем регулирования с обратной связью, они обладают серьезными недостатками. Поскольку датчики обратной связи устанавливаются снаружи приводов исполнительных органов, они подвержены негативному влиянию агрессивной окружающей среды, в которой присутствуют соли натрия, кальция и других металлов, вызывающих ускоренную коррозию элементов датчиков, их разгерметизацию и выход из строя. Исполнительные органы распределителей, например, противоголоденых материалов имеют различные динамические характеристики, и требуются различные подходы к осуществлению процессов регулирования, что трудно осуществить на практике в рамках одной системы управления. Это приводит к тому, что, например, разбрасывающий диск, на который поступает противогололедный материал, меняет свои динамические характеристики и обладает высокой инерционностью вращения. При этом зачастую происходит переход верхней и нижней границ установленного диапазона регулирования, и разбрасывающий диск может начать спорадически уменьшать и увеличивать частоту своего вращения. Этот процесс подобен процессу возникновения автоколебаний в динамических системах, полностью исключить который в системах регулирования с обратной связью возможно только при значительном снижении чувствительности системы. Применяемое на практике так называемое "загрубление" сигналов датчиков обратной связи приводит к уменьшению точности регулирования и, соответственно, к уменьшению точности распределения материалов на дорожном покрытии.
Описанные известные системы управления используются в распределителе, предназначенном для распределения одного вида материала, при этом для применения системы управления распределителем, который предназначен для распределения другого вида материалов, необходимо перепрограммирование микроконтроллера, что существенно ограничивает универсальность системы в случае смены одного рабочего оборудования распределителя материалов на другое рабочее оборудование, например, при переходе с твердых материалов на жидкие материалы.
Система автоматического управления, приведенная в источнике DT 2439046 А1, опубл. 26.02.1976, предназначена для обеспечения работы распределителя материалов, имеющих одноконтурную гидравлическую систему. Данная система управления имеет вышеуказанные недостатки в виду наличия датчиков обратной связи, при этом система управления не может также использоваться для различных видов применяемых материалов без существенной ее переработки, в частности перепрограммирования.
Кроме упомянутых недостатков известные системы управления при их эксплуатации на мобильных распределителях материалов требуют регулярной проверки и настройки. Проверка заключается в том, что опытным путем устанавливают соответствие между задаваемыми с пульта управления параметрами распределения и фактически получаемыми значениями. Проблема, возникающая при такой проверке, состоит в том, что она должна проводиться либо при движении транспортного средства, либо во время его стоянки на месте с поднятым (отключенным) ведущим мостом транспортного средства. Это вызвано необходимостью обязательного получения сигнала от электронного датчика скорости. Выполнение проверки в таких условиях представляет собой трудоемкую, дорогостоящую и, зачастую, небезопасную задачу.
Кроме того, в современных условиях эксплуатации мобильных распределителей возникает необходимость контролировать фактические режимы работы мобильных распределителей как после окончания рабочей смены, так и в режиме реального времени, используя системы спутниковой навигации и передачу информации с помощью мобильного GPRS на удаленные устройства, например диспетчерский компьютер. В известных устройствах отсутствует возможность подключения к пульту управления дополнительных внешних устройств, таких как дисковые накопители информации и системы спутниковой навигации в сочетании с системой передачи данных на удаленное устройство. Это сужает функциональные возможности известных систем автоматического управления.
Техническим результатом изобретения является повышение универсальности системы управления и надежности ее работы.
Другим результатом является снижение трудоемкости и повышение безопасности контроля или проверки работы системы управления, а также расширение функциональных возможностей системы управления.
Указанные результаты получены способом обеспечения работы системы автоматического управления рабочим процессом мобильного распределителя материалов, например противогололедных реагентов, на дорожное покрытие, который характеризуется тем, что сначала получают опытным или расчетным путем зависимости частот вращения регулируемых гидравлических приводов исполнительных органов распределителя материалов от вида применяемого материала и от силы тока широтно-импульсных модуляторов, протекающего в цепях пропорциональных электромагнитов регуляторов указанных приводов, затем помещают полученные зависимости в виде табличных данных в память программируемого микроконтроллера системы автоматического управления, далее выборочно используют из памяти микроконтроллера хранящиеся в ней табличные данные в зависимости от установленных режимов работы распределителя и вида распределяемого на дорожное покрытие материала, после этого формируют сигналы управления силой тока широтно-импульсных модуляторов, при этом подводят к гидравлическим регуляторам частоты вращения приводов рабочую жидкость с постоянным расходом.
Указанные результаты получены устройством управления рабочим процессом мобильного распределителя материалов, характеризующимся тем, что оно содержит установленный на транспортном средстве пульт управления, электронный датчик скорости движения транспортного средства, подключенный к пульту управления, широтно-импульсные модуляторы, с выходами которых электрически связаны обмотки пропорциональных электромагнитов гидравлических регуляторов частоты вращения исполнительных органов распределителя, регулируемый гидравлический клапан постоянного расхода рабочей жидкости, который сообщен с входами указанных гидравлических регуляторов, соединенный с пультом управления блок управления, содержащий программируемый микроконтроллер со встроенной в него программой для управления работой распределителя, при этом микроконтроллер содержит табличные данные зависимостей частоты вращения соответствующего исполнительного органа распределителя для, по меньшей мере, двух видов распределяемого материала, от силы тока каждого широтно-импульсного модулятора, протекающего в цепях пропорциональных электромагнитов, а пульт управления оснащен средством для выбора необходимых данных в зависимости от установленных режимов работы распределителя и вида применяемых материалов.
Пульт управления оснащен электронным симулятором скорости движения транспортного средства, подключенный параллельно к электронному датчику скорости движения транспортного средства.
Пульт управления оснащен средством связи с внешними устройствами, например дисковыми накопителями информации и/или устройствами для спутникового позиционирования транспортного средства и передачи данных на удаленное устройство.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг.1 показан мобильный распределитель твердых противогололедных материалов, вид сбоку.
на фиг.2 показан мобильный распределитель жидких противогололедных материалов, вид сбоку.
на фиг.3. показана структурная схема устройства для осуществления способа или система управления работой мобильного распределителя материалов.
Способ поясняется устройством системы автоматического управления рабочим процессом мобильного распределителя материалов для обработки дорожных покрытий. Устройство содержит пульт 1 управления с дисплеем, который установлен на транспортном средстве 2, специальное оборудование распределителя материалов, например бункер 3 для твердых противогололедных материалов (фиг.1) или цистерны 4 для жидких противогололедных материалов (фиг.2). На транспортном средстве 2 распределителя твердых противогололедных материалов (фиг.1) установлен конвейер 5 и разбрасывающий диск 6, которые являются исполнительными органами распределителя твердых материалов. На транспортном средстве 2 распределителя жидких противогололедных материалов (фиг.2) установлен химический насос 7 и разбрасывающий диск 8, которые являются исполнительными органами распределителя жидких материалов.
К пульту 1 управления (фиг.3) подключен электронный датчик 9 скорости движения транспортного средства. Блок 10 управления соединен с пультом 1 и содержит программируемый микроконтроллер 11, в который встроена программа управления работой распределителя. Микроконтроллер 11 имеет встроенную оперативную память, в которую помещают необходимые данные для взаимодействия с программой управления. Параллельно электронному датчику 9 к пульту 1 подключен так называемый симулятор 12 скорости движения транспортного средства, представляющий собой генератор электрических импульсов, соответствующих сигналам датчика 9. Пульт 1 управления оснащен средством 13 связи с внешними устройствами, например дисковыми накопителями информации 14 и/или устройством 15 для спутникового позиционирования транспортного средства 2 и передачи данных на удаленное устройство.
Средство 13 связи представляет собой, например, устройство, в котором производится обработка данных, получаемых от микроконтроллера 11, и передача этих данных на внешнее устройство с использованием необходимого интерфейса.
к
к
н
н
∂
∂
∂1
∂1
Устройство или система автоматического управления включает в себя также широтно-импульсные модуляторы 16 и 17. С выходом модулятора 16 электрически связана обмотка пропорционального электромагнита 18 гидравлического регулятора 19, который подключен к исполнительным органам - конвейеру 5 или к насосу 7. С выходом модулятора 17 электрически связана обмотка пропорционального электромагнита 20 гидравлического регулятора 21, который подключен к исполнительным органам - разбрасывающему диску 6 или к разбрасывающему диску 8. Данные, помещаемые в оперативную память микроконтроллера 11, являются табличными данными зависимостей частоты вращения исполнительных органов - конвейера 5 (n=f(I) или насоса 7 (n=f(I), а также исполнительных органов - разбрасывающих дисков 6 (n=f(I) или 8 (n=f(I) от силы тока широтно-импульсных модуляторов 16 и 17, протекающего в цепях пропорциональных электромагнитов 18 и 20. Указанные зависимости могут быть получены предварительно опытным путем тарировкой и/или расчетным путем. В любом случае табличные данные могут быть получены для различных видов распределяемого материала, отличающихся друг от друга физическими и химическими свойствами и имеющих различное агрегатное состояние - твердое или жидкое. Такими материалами могут быть твердые противогололедные материалы: пескосоляные смеси, химические реагенты или инертные материалы, а также жидкие противогололедные материалы, к которым относятся растворы хлоридов кальция, натрия, магния. Поскольку каждый из видов применяемых материалов оказывает различное воздействие на снежно-ледяные образования на дорожных покрытиях, то режимы их применения значительно отличаются друг от друга и это находит свое отражение при получении указанных выше зависимостей.
Пульт 1 оснащен средством для выбора необходимых данных в зависимости от установленных режимов работы и вида применяемых материалов. Таким средством выбора может быть подпрограмма в программе управления работой распределителя, имеющая меню выбора, отражающееся на дисплее пульта 1, или, например, электрические переключатели (не показаны).
Гидравлическая часть системы управления содержит гидравлический насос 22 высокого давления, к напорной магистрали которого подключены параллельно предохранительный клапан 23 и перепускной клапан 24. К напорной магистрали насоса присоединен вход регулируемого гидравлического клапана 25 постоянного расхода рабочей жидкости. В клапан 25 встроен регулятор расхода, позволяющий сбрасывать излишек рабочей жидкости в масляный бак 26 при увеличении подачи рабочей жидкости насосом 22, частота вращения которого может изменяться при изменениях частоты вращения коленчатого вала двигателя транспортного средства 2. При этом на выходе клапана 25 формируется постоянный расход Q рабочей жидкости (Q=const), который поступает на вход гидравлического регулятора 19. Регуляторы 19 и 21 имеют соответствующие им байпасные линии 27 и 28, а также приоритетные линии 29 и 30. Между байпасной линией 27 и приоритетной линией 29 включен гидромотор 31 привода исполнительного органа 5 или 7, при этом байпасная линия 27 присоединена к входу гидравлического регулятора 20. Таким же образом к байпасной линии 28 и к приоритетной линии 30 присоединен гидромотор 32 привода исполнительного органа 6 или 8. Байпасная линия 28 сообщена с масляным баком 26.
к
к
н
н
∂
∂
∂1
∂1
Способ обеспечения работы системы управления распределителей поясняется работой устройства системы управления. Для работы системы управления сначала получают опытным (тарированием) или расчетным путем для различных видов распределяемого материала зависимости частоты вращения гидромоторов 31 и 32 от силы тока широтно-импульсных модуляторов 16 и 17, протекающего, соответственно, в цепях пропорциональных электромагнитов 18 и 20. Полученные зависимости в виде табличных данных помещают (вводят) в оперативную память 11, например, путем программирования микроконтроллера. При этом в память микроконтроллера 11 вводят, по крайней мере, две указанные зависимости, например (n=f(I) и (n=f(I), а также (n=f(I) и (n=f(I) для двух видов (твердого и жидкого) материала.
Перед началом работы при помощи пульта 1 производят выбор вида применяемого материала и устанавливают требуемые по технологии его применения в конкретных условиях режимы распределения, например плотность и ширину распределения. При этом из памяти микроконтроллера 11 программой управления будут извлекаться только те находящиеся в ней данные, которые относятся к выбранному виду применяемого материала и установленным режимам распределения.
Для распределения материалов на дорожное покрытие транспортное средство 2 с включенным насосом 22 начинает движение. При отключении перепускного клапана 24 рабочая жидкость поступает на клапан 25, который заранее отрегулирован на подачу необходимого расхода, требуемого для работы гидромоторов 31 и 32. Рабочий объем насоса 22 подобран таким образом, чтобы во всем диапазоне частоты его вращения при движении транспортного средства 2 всегда обеспечивалось превышение расхода насоса над необходимым расходом рабочей жидкости. Излишек рабочей жидкости, представляющий собой разницу между расходом насоса 22 и необходимым расходом рабочей жидкости, сливается из клапана 25 в бак 26. Таким образом, на гидравлический регулятор 19 всегда поступает постоянный расход рабочей жидкости. На вход гидравлического регулятора 21 поступает суммарный поток рабочей жидкости, прошедшей через гидромотор 5 или 7 и прошедшей через байпасную линию 27. Этот суммарный поток рабочей жидкости также имеет постоянный расход, равный расходу рабочей жидкости, проходящей через гидравлический регулятор 19.
При движении транспортного средства 2 электронный датчик 9 скорости движения вырабатывает импульсы, количество которых пропорционально измеряемой скорости движения. Импульсы датчика 9 поступают в пульт 1 и передаются в микроконтроллер 11, в котором программа управления работой распределителя, используя поступающие сигналы датчика 9 и извлекаемые из памяти помещенные в нее данные зависимостей, производит вычисление параметров для формирования сигналов управления силой тока широтно-импульсных модуляторов 16 и 17.
При работе распределителя материалов требуется постоянство установленных режимов распределения: плотности и ширины распределения материала на дороге, независимо от скорости движения транспортного средства 2. Очевидно, что при увеличении скорости движения транспортного средства 2 необходимо увеличивать количество подаваемого на разбрасывающий диск 6 или 8 материала, что обеспечивается увеличением скорости вращения гидромотора 31. При уменьшении скорости движения транспортного средства 2 необходимо уменьшать количество материала, поступающего на разбрасывающий диск 6 или 8, что достигается снижением частоты вращения гидромотора 31. Такое регулирование производится в автоматическом режиме, поскольку программа управления реагирует на любые изменения скорости движения и изменяет управляющие сигналы для широтно-импульсного модулятора 16. Реагируя на эти изменения, сила тока в цепи обмотки пропорционального электромагнита 18 также изменяется. Сердечник пропорционального электромагнита 18 перемещается на величину, пропорциональную проходящему через обмотку электромагнита тока, чем обеспечивается регулирование потока рабочей жидкости, протекающей через гидромотор 31, увеличивая или уменьшая частоту его вращения. Поскольку на вход регуляторов 19 и 21 поступает рабочая жидкость постоянного расхода, то частота вращения гидромоторов 31 и 32 зависит только от силы тока, протекающего в обмотках пропорциональных электромагнитов 18 и 20, принадлежащих регуляторам 19 и 21, и не зависит от других параметров. То есть фактическое значение частоты вращения гидромоторов 31 и 32 всегда однозначно определяется данными от заранее полученных тарировочных или расчетных вышеуказанных зависимостей параметров.
Поскольку ширина распределения материала на дорожной поверхности пропорциональна частоте вращения разбрасывающего диска 6 или 8 и практически не зависит от других факторов, то для обеспечения постоянства значения ширины распределения, установленного на пульте 1, необходимо поддерживать постоянной лишь силу тока широтно-импульсного модулятора 17 через обмотку пропорционального электромагнита 20. Для этого программа управления выбирает из данных тарировочных или расчетных зависимостей необходимое значение тока и формирует для него постоянный управляющий сигнал широтно-импульсного модулятора 17. В результате отпадает необходимость постоянного контроля частоты вращения валов гидромоторов 31 и 32 и, следовательно, нет необходимости в использовании датчиков обратной связи для получения информации об истинных значениях частоты вращения дисков 31 и 32.
При этом повышается надежность работы системы управления в целом, так как в ней отсутствует подверженный агрессивному воздействию агрессивной среды элемент - датчик обратной связи. Повышается также точность регулирования, так как в работе системы управления исключается возникновение автоколебаний и система работает устойчиво.
Система управления универсальна и может применяться на разных распределителях материалов, при этом количество видов применяемых материалов практически не ограничено, так как возможности оперативной памяти микроконтроллера 11 позволяют хранить в ней значительные по объему массивы информации. Особенно целесообразно применение описываемой системы автоматического управления в случаях, когда одно и то же транспортное средство 2 используется для установки на нем сменного оборудования для различных видов применяемых материалов, например для твердых и жидких противогололедных материалов.
Во время эксплуатации распределителей материалов периодически возникает необходимость в проведении проверок работы системы управления и внесения в нее необходимых коррективов, например изменений в программе управления. Для проведения такой проверки транспортное средство 2 устанавливают на площадке и включают насос 22. Электронный датчик скорости 9 не функционирует на стоянке и поэтому включают симулятор 12 скорости, который вырабатывает электрические импульсы, аналогичные сигналам датчика 9. При помощи пульта 1 задают параметры распределения материала и его вид, а симулятором 12 скорости движения задают определенное имитационное значение скорости движения транспортного средства 2. После этого, используя необходимые инструменты, измеряют частоты вращения валов гидромоторов 31 и 32 и сравнивают полученные значения со значениями, характерными для установленных режимов распределения и вида применяемого материала. При наличии значительных расхождений производят корректировку программы управления, добиваясь максимального совпадения указанных параметров. Описанную процедуру проверки проводят во время стоянки транспортного средства 2, что не требует применения специальных дорогостоящих устройств, имеет низкую трудоемкость и высокую безопасность проведения работ.
В настоящее время все большее применение в практике работы распределителей материалов находят различные способы накопления текущей информации о функционировании системы управления. Такая информация может содержать данные о значениях устанавливаемых параметров распределения материалов, скорости движения транспортного средства 2, а также диагностическую информацию и т.п. Средство 13 связи с внешними устройствами может передавать эту информацию на дисковый накопитель 14, например на флэш-диск. Записываемая в течение рабочей смены информация может использоваться после ее окончания для анализа работы конкретного распределителя. Кроме того, информация о работе распределителя материалов может передаваться на удаленные устройства, например, через мобильный GPRS на компьютер диспетчерской службы эксплуатационной организации совместно с информацией от устройства 15 для спутникового позиционирования транспортного средства 2 о его текущих координатах. Обработка полученной информации в реальном времени позволяет диспетчеру оперативно руководить работой распределителей материалов, что крайне важно для обеспечения безопасности дорожного движения.