Система автоматического управления процессом уплотнения асфальтобетонной смеси вибрационным катком
Полезная модель относится к технике для уплотнения дорожного покрытия, в частности к системам автоматического управления, и может быть использована в процессе уплотнения асфальтобетонной смеси. Технический результат заключается в повышении эффективности автоматического управления вибрационным катком, увеличении производительности и эффективности дорожно-строительных работ и срока службы асфальтобетонного покрытия. Для его достижения автоматическое управление процессом уплотнения асфальтобетонной смеси вибрационным катком осуществляют за счет выполнения непрерывного процесса уплотнения и включения подсистемы автоматического управления режимами уплотняющего вальца, обеспечивающей улучшенное состояние технологического процесса уплотнения асфальтобетонной смеси путем автоматического изменения частоты вращения эксцентрикового вала привода уплотняющего вальца и действительной скорости движения вибрационного катка при изменении внешних условий, влияющих на физические характеристики уплотняемого полотна, а также достижение проектной плотности асфальтобетонной смеси при уплотнении дорожного полотна. Система автоматического управления процессом уплотнения асфальтобетонной смеси вибрационным катком содержит устройство ввода 1, однокристальный микроконтроллер 2, устройство вывода 3, блок нечеткой логики 4 с алгоритмом управления нелинейными и сложными системами, состоящий из нечеткого регулятора частоты вращения эксцентрикового вала привода уплотняющего вальца и нечеткого регулятора действительной скорости движения вибрационного катка, тензометрические датчики 5, установленные на валу вибратора уплотняющего вальца, датчик действительной скорости движения вибрационного катка 6, датчик частоты вращения эксцентрикового вала привода уплотняющего вальца 7. Указанные датчики связаны через устройство ввода 1 и однокристальный микроконтроллер 2 с блоком нечеткой логики 4 и являются элементами подсистемы автоматического управления режимами уплотняющего вальца. Однокристальный микроконтроллер 2 снабжен обратной связью с устройствами ввода 1 и вывода 3, которые содержат аналого-цифровые преобразователи. При этом устройство вывода 3 связано с золотниковым исполнительным механизмом 8, являющимся регулятором автоматического изменения частоты вращения эксцентрикового вала привода уплотняющего вальца и действительной скорости движения вибрационного катка при изменении внешних условий. 1 илл.
Полезная модель относится к технике для уплотнения дорожного покрытия, в частности к адаптивным системам автоматического управления, и может быть использована в процессе уплотнения асфальтобетонной смеси.
Известно устройство для контроля степени уплотнения битумоминеральных смесей в процессе укатки дорожным катком, содержащее датчик наличия контакта, закрепленный непосредственно внутри вальца, разрешающее устройство в виде дополнительного датчика, генератора импульсов и счетчика импульсов, связанного с пультом управления (авторское свидетельство СССР 
568698, дата приоритета 01.03.1976, дата публикации 15.08.1977, авторы: Фридрих Н.Г., Котов И.С., и др., SU).
Недостатком известного устройства является низкая его эффективность, так как ограничены пределы автоматического управления дорожного катка, и устройство не приспособлено автоматически изменять режимы работы катка для достижения оптимального состояния технологического процесса уплотнения асфальтобетонной смеси при изменении внешних условий, что приводит к значительному сокращению срока службы асфальтобетонного покрытия.
В качестве прототипа принято устройство для автоматического контроля процесса уплотнения дорожно-строительных материалов катками и виброкатками, содержащее измерительную систему с вальцами катка, датчик угла наклона, смонтированный на внутренней части рамы, аналого-цифровой преобразователь, однокристальный программируемый контролер и индикатор, при этом датчик угла наклона постоянно фиксирует значение угла наклона рамы к горизонтальной плоскости и при каждом следующем проходе катка изменяет свое значение, а когда значение угла наклона рамы остается практически постоянным, индикатор сигнализирует об окончании процесса уплотнения (патент РФ 2188272, дата приоритета 30.05.2000, дата публикации 27.08.2002, авторы: Пермяков В.Б., Захаренко А.В., и др., RU, прототип).
Недостатком прототипа является его низкая эффективность в связи с многократным количеством проходов катка по уплотняемой поверхности покрытия до получения определенной плотности, обусловленная тем, что устройство не приспособлено для достижения оптимального управления технологическим процессом уплотнения асфальтобетонной смеси и автоматического изменения частоты вращения эксцентрикового вала привода уплотняющего вальца и действительной скорости движения вибрационного катка при изменении внешних условий, что приводит к недостаточной плотности асфальтобетонной смеси при уплотнении дорожного полотна, значительному сокращению производительности и эффективности дорожностроительных работ, а также срока службы асфальтобетонного покрытия.
Задачей полезной модели является повышение эффективности автоматического управления вибрационного катка за счет выполнения непрерывного процесса уплотнения и включения подсистемы автоматического управления режимами уплотняющего вальца, обеспечивающей оптимальное состояние технологического процесса уплотнения асфальтобетонной смеси путем автоматического изменения частоты вращения эксцентрикового вала привода уплотняющего вальца и действительной скорости движения вибрационного катка при изменении внешних условий, влияющих на физические характеристики уплотняемого полотна, а также достижение проектной плотности асфальтобетонной смеси при уплотнении дорожного полотна, значительное увеличение производительности и эффективности дорожностроительных работ и срока службы асфальтобетонного покрытия.
Для решения поставленной задачи система автоматического управления процессом уплотнения асфальтобетонной смеси вибрационным катком, содержащая аналого-цифровые преобразователи устройств ввода и вывода и однокристальный микроконтроллер, являющиеся элементами электронного блока управления, согласно полезной модели, она дополнительно содержит элементы подсистемы автоматического управления режимами уплотняющего вальца со встроенным в ней блоком нечеткой логики с алгоритмом управления нелинейными и сложными системами, состоящим из нечеткого регулятора частоты вращения эксцентрикового вала привода уплотняющего вальца и нечеткого регулятора действительной скорости движения вибрационного катка, блок нечеткой логики связан с однокристальным микроконтроллером, при этом система дополнительно содержит тензометрические датчики, установленные на валу вибратора уплотняющего вальца, датчик действительной скорости движения вибрационного катка и датчик частоты вращения эксцентрикового вала привода уплотняющего вальца, являющиеся элементами подсистемы автоматического управления режимами уплотняющего вальца, связанными через устройство ввода и однокристальный микроконтроллер с блоком нечеткой логики, микроконтроллер снабжен обратной связью с устройствами ввода и вывода, а устройство вывода связано с золотниковым исполнительным механизмом, являющимся регулятором автоматического изменения частоты вращения эксцентрикового вала привода уплотняющего вальца и действительной скорости движения вибрационного катка при изменении внешних условий.
На чертеже приведена функциональная схема расположения элементов и блоков системы автоматического управления процессом уплотнения асфальтобетонной смеси вибрационным катком с выделенным контуром подсистемы автоматического управления режимами уплотняющего вальца.
Система автоматического управления процессом уплотнения асфальтобетонной смеси вибрационным катком содержит устройство ввода 1, однокристальный микроконтроллер 2, устройство вывода 3, блок нечеткой логики 4 с алгоритмом управления нелинейными и сложными системами, состоящий из нечеткого регулятора частоты вращения эксцентрикового вала привода уплотняющего вальца и нечеткого регулятора действительной скорости движения вибрационного катка, тензометрические датчики 5, установленные на валу вибратора уплотняющего вальца, датчик действительной скорости движения вибрационного катка 6, датчик частоты вращения эксцентрикового вала привода уплотняющего вальца 7. Указанные датчики связаны через устройство ввода 1 и однокристальный микроконтроллер 2 с блоком нечеткой логики 4 и являются элементами подсистемы автоматического управления режимами уплотняющего вальца. Однокристальный микроконтроллер 2 снабжен обратной связью с устройствами ввода 1 и вывода 3, которые содержат аналого-цифровые преобразователи. При этом устройство вывода 3 связано с золотниковым исполнительным механизмом 8, являющимся регулятором автоматического изменения частоты вращения эксцентрикового вала привода уплотняющего вальца и действительной скорости движения вибрационного катка при изменении внешних условий.
Система автоматического управления процессом уплотнения асфальтобетонной смеси вибрационным катком работает следующем образом.
Датчик действительной скорости движения вибрационного катка 6, датчик частоты вращения эксцентрикового вала привода уплотняющего вальца 7 и тензометрические датчики 5 преобразуют скорость движения вибрационного катка, частоту вращения эксцентрикового вала привода уплотняющего вальца, растяжение и сжатие вала вибратора уплотняющего вальца в электрический (аналоговый) сигнал. Аналоговые сигналы с датчиков 5, 6 и 7 поступают в аналого-цифровой преобразователь устройства ввода 1, в котором преобразуются в цифровые сигналы и в цифровом виде поступают в однокристальный микроконтроллер 2. Однокристальный микроконтроллер 2 - это вычислительное микропроцессорное устройство, которое имеет обратную связь с устройством ввода 1, блоком нечеткой логики 4 и устройством вывода 3, выполняющее расчетные операции в соответствии с алгоритмом управления нелинейными и сложными системами блока нечеткой логики 4, а именно сравнивает поступившие цифровые сигналы из устройства ввода 1 с исходными данными физических характеристик уплотняемого полотна в блоке нечеткой логики 4 для достижения оптимального состояния технологического процесса уплотнения асфальтобетонной смеси. В связи с этим из однокристального микроконтроллера 2 через устройство вывода 3 поступает аналоговый сигнал на электроуправляемый золотниковый исполнительный механизм 8, автоматически изменяющий частоту вращения эксцентрикового вала привода уплотняющего вальца и действительную скорость движения вибрационного катка. Элементы подсистемы автоматического управления режимами уплотняющего вальца, образующие контур 9, непрерывно продолжают свои действия до остановки вибрационного катка.
Преимущество заявляемого технического решения заключается в повышении эффективности автоматического управления вибрационным катком вследствие непрерывного процесса уплотнения и постоянно действующей подсистемы автоматического управления режимами уплотняющего вальца, обеспечивающей улучшенное состояние технологического процесса уплотнения асфальтобетонной смеси за счет автоматического изменения частоты вращения эксцентрикового вала привода уплотняющего вальца и действительной скорости движения вибрационного катка при изменении внешних условий, влияющих на физические характеристики уплотняемого полотна, а также обеспечивающей достижение проектной плотности асфальтобетонной смеси при уплотнении дорожного полотна, что в целом свидетельствует об увеличении производительности и эффективности дорожностроительных работ и срока службы асфальтобетонного покрытия. На основании указанных преимуществ заявляемая система является адаптивной, то есть самоприспосабливающейся системой автоматического управления процессом уплотнения асфальтобетонной смеси вибрационным катком.
Система автоматического управления процессом уплотнения асфальтобетонной смеси вибрационным катком, содержащая аналого-цифровые преобразователи устройств ввода и вывода и однокристальный микроконтроллер, являющиеся элементами электронного блока управления, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит элементы подсистемы автоматического управления режимами уплотняющего вальца со встроенным в ней блоком нечеткой логики с алгоритмом управления нелинейными и сложными системами, состоящим из нечеткого регулятора частоты вращения эксцентрикового вала привода уплотняющего вальца и нечеткого регулятора действительной скорости движения вибрационного катка, блок нечеткой логики связан с однокристальным микроконтроллером, при этом система дополнительно содержит тензометрические датчики, установленные на валу вибратора уплотняющего вальца, датчик действительной скорости движения вибрационного катка и датчик частоты вращения эксцентрикового вала привода уплотняющего вальца, являющиеся элементами подсистемы автоматического управления режимами уплотняющего вальца, связанными через устройство ввода и однокристальный микроконтроллер с блоком нечеткой логики, микроконтроллер снабжен обратной связью с устройствами ввода и вывода, а устройство вывода связано с золотниковым исполнительным механизмом, являющимся регулятором автоматического изменения частоты вращения эксцентрикового вала привода уплотняющего вальца и действительной скорости движения вибрационного катка при изменении внешних условий и физических характеристик уплотняемого полотна.
