功率匹配技术在喷浆机电气控制系统中的实现

贾贵青 刘刚

摘 要：在湿式喷浆机的电气控制系统中，功率匹配技术的应用是非常重要的一个环节。在液压系统中闭式泵和开式泵共同作用过程中，全功率匹配的控制策略就起到了更为重要的作用。全功率匹配技术能有效的将发动机的输出功率实时的分配到闭式泵和开式泵的工作系统当中。全功率匹配技术将发动机的输出功率进行了合理的利用和分配。在保证了喷浆机作业过程中安全性、稳定性和有效性的同时，也避免了由于过载造成发动机处于不利的工作状态。既保证了设备的正常运行也保护了发动机的运行。

关键词：电气控制;PLC;功率匹配;喷浆机

0 引言

隧道经济的高速发展，铁路运输也在快速的发展。目前我国已经进去大规模交通道路建设阶段，隨着西部大开发、一带一路的建设，隧道工程也在快速建设中。为了加快隧道工程的建设，必须提高机械化施工技术，。整体式混凝土喷射机组一种适用于隧道、道路护坡、建筑基坑、地下工程临时及永久支护的整体式混凝土喷射机组，是利用压缩空气或其他动力将按一定比例配比的水泥、沙子、石子和速凝剂的拌合物，通过管路压送到喷嘴处，以较高的速度喷射到受喷面上，凝结硬化后在受喷面上形成支护层。整体式混凝土喷浆机组减少了粉尘浓度，消除对施工人员健康的危害，降低混凝土的回弹率，改善了喷射混凝土的品质，增加了混凝土的匀质性，提高了工作效率。

1 喷浆机电气控制对象分析

喷浆机从整体组织结构来讲可分为机械结构、液压控制系统和电气控制系统等三个大部分，液压系统中配置的各种电控部件是电气控制的对象。

功率匹配技术的控制对象主要包括发动机、闭式泵和开式泵和电磁阀等，通过控制发动机的转速和扭矩，把发动机的输出功率合理的分配到液压系统的泵或阀等控制对象上。

功率匹配就是把发动机输出功率与液压闭式泵和开式泵吸收功率之间进行合理的匹配。在保证了喷浆机作业过程中安全性、稳定性和有效性的同时，也避免了由于过载造成发动机处于不利的工作状态。既保证了设备的正常运行也保护了发动机的运行。

2 电气控制系统介绍

2.1 电气控制硬件组成

采用德国ifml公司提供的工业车载PLC控制器，该控制器是一种集可编程逻辑控制器、比例放大器、模拟量输入A/D模块、继电器输出等功能于一身的高性能控制器，丰富的输入输出口：DI开关量输入、AV电压（0～10V）输入、AI电流（4～20mA）输入、FRQ频率输入、DO开关量输出、PWM脉宽调制输出和H-Bridge输出等，并且配置了有四个CAN总线接口，用户可以根据电气控制系统的要求进行自由的配置输入输出口以满足系统的控制要求。

电气控制系统采用现场总线CAN-BUS通讯协议基于PLC控制器来实现，主要硬件包括控制器、显示器、发动机RPM控制踏板、发动机ECM控制器、闭式泵控制比例阀和开式泵控制等，其中控制器之间、控制器和显示器之间、控制器和ECM之间都是通过CAN-BUS进行数据通讯。

2.2 控制软件介绍

控制软件是以IEC61131-3国际标准为基础开发的Codesys2.3，CoDeSys是可编程逻辑控制PLC的完整开发环境，在PLC程序员编程时，CoDeSys为强大的IEC语言提供了一个简单的方法，系统的编辑器和调试器的功能是建立在高级编程语言的基础上。软件中有5种编程语言，包括IL指令表、ST结构化文本、LD梯形图、FBD功能块图和SFC顺序功能图等。在一个包含多个子程序的文件中，不同的子程序允许用不同的编程语言编写程序代码。标准规定了一般的软件模型，包括程序、任务、功能块、资源和配置等几个部分，而根据不同的通讯要求，标准又规定了内部通讯、局变量通讯、外部变量通讯和使用存取路径通讯等四种通讯模型。

3 功率匹配技术的实现

3.1 开式系统的控制策略

一般情况下，开式系统中配置的变量泵均为负载敏感控制泵，变量泵的排量由负载决定，受控于从控制阀反馈回来的LS压力。在此，为了进一步确定该变量泵在其工作过程中消耗的发动机功率P1，在变量泵的高压油口安装了一个压力传感器，用于实时监测开式变量系统的工作压力Δp1。在一定范围内，各个动作控制阀的流量总和即为当前变量泵的供油量Q1。所以，PLC电气控制参数将控制各个控制阀的最大流通量总和不大于变量泵自身的最大供油量，进而保证计算过程中变量泵供油量Q1的有效性。

通过PLC控制器根据当前工作压力Δp1的变化实时调整控制阀的流量总和Q1，就可以将该变量泵消耗的发动机功率P1控制在可允许的范围之内。

3.2 闭式变量系统的控制策略

本文涉及到的闭式变量泵的排量是由电比例阀控制的，泵的排量输出由电比例阀的闭合度决定。因此可根据PLC控制器输出的控制电比例阀的电流信号来推断出当前该泵的大概输出排量Vq，由安装在管路上的压力传感器提供压力Δp2。

当负载变化，即闭式泵的工作压力Δp2发生变化时，通过调节电比例阀来实时调整闭式泵的排量Vq，可使闭式泵消耗的发动机的功率P2稳定在一定范围之内。

根据开式变量系统的控制和闭式变量系统的控制分析可知，如果各自分配的功率一定，则系统的工作压力与泵的供油量在一定范围内呈双曲线关系。也就是说，当工作压力很大时，泵的供油量会很小，设备因动力不足而停止工作，为了保证设备的正常运行，通过PLC控制程序可为不同的工作泵设置功率消耗优先级，重新分配各个系统对发动机功率消耗的占比关系，达到功率匹配过程中各种动作之间协同控制的目的。

4 结束语

本文研究了发动机与液压闭式泵、开式泵等三者之间的功率匹配关系，进行了基于PLC控制器的相应控制策略的分析，该控制策略不仅提高了发动机输出功率被利用的有效性，而且也保证了发动机在运行过程中不会出现由于过载而导致损坏的现象。

参考文献：

[1]张志男，贾强乐.基于PLC全功率匹配技术在平板车电气控制策略中的实现[J].中国科技纵横，2013（09）：41.

[2]张盛楠，张鹏，杨纯等.最佳匹配变功率匹配技术的应用[J].工程机械与维修，2013，000（011）：108.