隨著國家"大交通，大流通"改革步伐的加快，公路、港口、機(jī)場等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)開始呈現(xiàn)方興未艾的蓬勃之勢，穩(wěn)定土廠拌設(shè)備作為當(dāng)前高等級公路施工中一種高效能路面基層修筑機(jī)械，得到了越來越廣泛的應(yīng)用。然而在其目前的控制系統(tǒng)中，由于受現(xiàn)場各種干擾，且各種物料的計量彼此獨立，相互間不能交互信息，實現(xiàn)協(xié)調(diào)控制，導(dǎo)致級配不穩(wěn)定、計量精度低，本文從控制算法和系統(tǒng)組成兩個角度對其進(jìn)行一定程度的探討和優(yōu)化。

　　l工藝流程

　　穩(wěn)定土廠拌設(shè)備是根據(jù)工程設(shè)計的要求，集中拌制各種不同級配的穩(wěn)定土混合料，其組成主要包括供料系統(tǒng)(各種料斗)、拌和系統(tǒng)、控制系統(tǒng)(各種計量器和操作系統(tǒng))、輸送系統(tǒng)和成品儲存系統(tǒng)5大部分[1]，其工作原理如圖1所示。

　　各種選定的物料如石灰、碎砂石、土粒、粉煤灰等采用裝載機(jī)等上料設(shè)備裝入骨料倉中，經(jīng)骨料皮帶秤計量后，由集料皮帶機(jī)送至攪拌機(jī)，與此同時，穩(wěn)定劑如水泥等粉料經(jīng)螺旋輸送機(jī)送至配料倉(粉料過渡倉)中，由粉料螺旋秤計量后，進(jìn)入攪拌機(jī)，攪拌機(jī)進(jìn)行均勻拌和。在攪拌機(jī)物料入口處設(shè)有液體噴頭，根據(jù)拌和前各種物料的含水情況，由供水系統(tǒng)噴加適量的水，以調(diào)整拌和物料的含水量，使之達(dá)到工程施工要求。拌和好的成品暫存在混合料存?zhèn)}中，倉底設(shè)有可以開啟的斗門，開啟斗門即可向停放在倉下的載重車卸料。

　　2 各單個計量單元原理及控制算法

　　2．1計量單元原理

　　穩(wěn)定土廠拌設(shè)備的配料計量系統(tǒng)主要包括骨料計量系統(tǒng)、粉料計量系統(tǒng)和水計量系統(tǒng)3大部分。本文以骨料計量系統(tǒng)為例，介紹計量的控制原理[2]。如圖2所示，由荷重傳感器和皮帶秤速度傳感器采集到的信號，經(jīng)信號放大單元，送入配料儀表，在其中計算出瞬時流量，并與設(shè)定的流量相比較得偏差信號，經(jīng)控制模塊輸出控制信號(如各電機(jī)的調(diào)速信號、料倉閥門開啟配料信號等)，經(jīng)變頻器通過減速機(jī)作用于調(diào)速電機(jī)，改變皮帶秤速度，從而形成了閉環(huán)控制。此過程中，各個配料儀表可以獨立工作，也可以與上位計算機(jī)通信，由上位機(jī)控制。

　　2．2 控制算法

　　穩(wěn)定土廠拌設(shè)備配料系統(tǒng)中，標(biāo)準(zhǔn)的PID使系統(tǒng)的執(zhí)行結(jié)構(gòu)線性范圍受到限制，當(dāng)信號變化較大時，如配料系統(tǒng)啟動、停止，或受到外界干擾，信號大幅度波動，積分的作用會產(chǎn)生較大的超調(diào)量，造成系統(tǒng)性能變差，這種現(xiàn)象對慢過程如重力傳感器的響應(yīng)時問滯后等調(diào)節(jié)的影響更為嚴(yán)重。如能在系統(tǒng)偏差大時將積分的作用減弱，偏差小時將積分的作用加強(qiáng)，這樣既可以使系統(tǒng)靜差減小，又可以保證系統(tǒng)穩(wěn)定性，從而大大提高系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)，因此本系統(tǒng)在傳統(tǒng)PID基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，采用變速積分的控制算法[3]。

　　PID控制的理想微分方程為：

　　假設(shè)采樣周期為T，系統(tǒng)開始運行時刻為t=0，將上式離散化后得：

　　式中：P(n)為第n次采樣后計算調(diào)節(jié)器的輸出；

　　e(n)，e(n-1)為第n次和第n-1次采樣時的誤差值；

　　T為采樣周期，n為采樣序號；

　　K1=_KpT/T1為微分常數(shù)，KD=KPT/TD為積分常數(shù)。

　　變速積分是在積分項中增加一項．f[e(n)]，他是e(n)的函數(shù)。他的PID算式為：

　　由上式可知。當(dāng)e(n)增大時，f需減小，反之需增大，若所設(shè)積分變化區(qū)間為[A,B]其函數(shù)關(guān)系可設(shè)計為：

　　f值在0～1之間變化，當(dāng)偏差大于所給變化區(qū)間上限B后，f=0；小于B后偏差變小，f增大；當(dāng)偏差小于A后，達(dá)到值1。所以應(yīng)用變速積分可以完全消除了積分飽和現(xiàn)象，并減少了超調(diào)量，使系統(tǒng)易于穩(wěn)定。

　　變速積分PID算式可簡記為：

　　f值在0～1之間變化，當(dāng)偏差大于所給變化區(qū)間上限B后，f=0；小于B后偏差變小，f增大；當(dāng)偏差小于A后，達(dá)到值1。所以應(yīng)用變速積分可以完全消除了積分飽和現(xiàn)象，并減少了超調(diào)量，使系統(tǒng)易于穩(wěn)定。

　　變速積分PID算式可簡記為：

　　與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)相比較，基于CAN的總線穩(wěn)定土廠拌設(shè)備控制系統(tǒng)具備以下優(yōu)勢：

　　(1)由于CAN協(xié)議是多主網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)點均可在任意時刻主動地向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點發(fā)送信息，不分主從，這樣當(dāng)某一物料由于供給不暢等原因?qū)е略撐锪瞎┙o量減少時，其他物料可以通過總線發(fā)送指示配料信息及相應(yīng)的控制信息，對該物料的供給量變化及時進(jìn)行跟蹤，供給量也隨該物料供給量的變化而變化，節(jié)省了材料，提高了物料級配精度。

　　(2)由于CAN總線在嚴(yán)重錯誤時能自動斷開有問題的總線節(jié)點，從而保障其余節(jié)點之間的通信繼續(xù)進(jìn)行，因此一定程度上提高了系統(tǒng)的可靠性。

　　(3)CAN協(xié)議報文采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時間短，受干擾概率低，保證了數(shù)據(jù)出錯率極低。

　　(4)CAN總線具有較高的性價比。他結(jié)構(gòu)簡單，器件容易購置，每個節(jié)點的價格較低，而且開發(fā)技術(shù)容易掌握，能充分利用現(xiàn)有的單片機(jī)開發(fā)工具。

 4 結(jié) 語

　　在穩(wěn)定土廠拌設(shè)備各計量單元中采用變速積分的控制算法，一定程度上減小了系統(tǒng)超調(diào)給級配精度帶來的影響，而基于CAN總線的總體結(jié)構(gòu)限度地發(fā)揮了現(xiàn)有設(shè)備的效能，有效地提高了生產(chǎn)率。此系統(tǒng)結(jié)構(gòu)先進(jìn)、性能可靠、生產(chǎn)率穩(wěn)定、級配精度高且具有良好的性能，因此具有較好的應(yīng)用前景。