就地热再生加热温控系统及控制方法
技术领域
本发明涉及沥青路面就地热再生施工技术领域，具体涉及一种就地热再生加热温控系统及控制方法。
背景技术
现有的热再生设备对原有路面加热处理时通常通过人工对加热后的路面进行温度采集，然后反馈给热再生加热机机械操作人员通过调节加热装置的档位来调节对路面的加热温度，甚至于加热装置的控制档位之间的温差很大，对路面加热的温度存在大范围的温度波动。为了使路面温度达到加热温度的要求，在热再生施工过程中，一般选择高温档位对路面进行持续加热，而不会去根据路面受热情况去进行调节，人工对路面温度的采集也存在间歇性以及主观性，即使路面受热过高，等发现问题后再通知调节加热装置热源温度，存在调节的延后性。现有热再生设备对路面的加热温度波动很大或者说加热不均匀，而且自动化的控制程度低，影响了对路面加热的效率和质量以及对路面加热不全面。
发明内容
本发明的目的是提供一种就地热再生加热温控系统及控制方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种就地热再生加热温控系统，包括：控制模块、第一数据采集模块、第二数据采集模块和加热装置；其中所述第一数据采集模块适于实时采集路面加热数据，并发送至所述控制模块；所述第二数据采集模块适于实时采集加热装置的加热温度，并发送至所述控制模块；所述控制模块适于根据预设的路面所需加热温度以及路面加热数据，获得所需加热的热源温度，并控制加热装置根据该所需加热的热源温度对路面进行加热；以及所述控制模块适于比对所需加热的热源温度和实时采集的加热温度，并根据比对结果控制加热装置实时调整对路面的加热温度。
进一步，设定加热装置将待加热路面加热至预设的路面所需加热温度时所需的加热时间为T，则加热时间T与该待加热路面的路面厚度H有关，即
其中：L为加热装置的长度；V为加热装置的行驶速度；k为沥青混合料的导热系数；α为沥青混合料的密度；
由此可知，加热时间T可由加热装置的行驶速度V来调节，即根据公式1得到：
所述路面加热数据包括：路面温度、环境温度、风机风速、沥青混合料的热量散失；
设定路面温度为x2，环境温度为x3，风机风速为x4，热量散失为x5，并设定预设的路面所需加热温度为y，所需加热的路面面积为S，则所需加热的热源温度x1为：
其中：
a1为热源温度系数；a2为路面温度系数；a3为环境温度系数；a4为风速温度系数；
将公式2带入到公式3中得到所需加热的热源温度x1为：
进一步，所述第一数据采集模块包括：路面温度采集子模块；所述路面温度采集子模块包括：若干远红外温度传感器，温度采集组件，以及与所述控制模块相连的第一处理器模块；其中各所述红外温度传感器适于分别采集相应路段的路面温度数据，并通过温度采集组件发送至所述第一处理器模块；以及所述第一处理器模块适于将路面温度数据发送至所述控制模块。
进一步，所述第二数据采集模块包括：加热温度采集子模块；所述加热温度采集子模块包括：若干测温传感器，采样模块，以及与所述控制模块相连的第二处理器模块；其中各所述测温传感器适于分别采集加热装置对相应路段的加热温度数据，并通过采样模块发送至所述第二处理器模块；以及所述第二处理器模块适于将加热温度数据发送至所述控制模块。
进一步，所述采样模块包括：基准电压电路和信号放大电路；所述基准电压电路适于提供相应的加热温度采样信号至所述信号放大电路；以及所述信号放大电路适于对相应的加热温度采样信号进行放大后传输至所述第二处理器模块。
进一步，所述加热温度采集子模块还包括：适于为各测温传感器提供恒定电流的恒流源模块。
进一步，所述就地热再生加热温控系统还包括：温控单元；所述控制模块适于根据所需加热的热源温度和实时采集的加热温度的比对结果对所述温控单元进行控制，以控制加热装置调整对路面的加热温度。
进一步，所述温控单元包括：多路输出模块和继电器模块；所述继电器模块的输出端适于与加热装置的加热控制端相连；所述控制模块适于根据所需加热的热源温度和实时采集的加热温度的比对结果控制多路输出模块输出相应的控制信号，以控制继电器模块输出相应的加热控制信号至加热装置；以及所述加热装置适于根据加热控制信号调整对路面的加热温度。
进一步，所述就地热再生加热温控系统还包括：与所述控制模块相连的显示模块；所述显示模块适于采集预设的路面所需加热温度，并发送给控制模块。
又一方面，本发明还提供了一种就地热再生加热温度的控制方法，包括：通过第一数据采集模块实时采集路面加热数据，并发送至一控制模块；通过第二数据采集模块实时采集加热装置的加热温度，并发送至所述控制模块；通过控制模块根据预设的路面所需加热温度以及路面加热数据，获得所需加热的热源温度，并控制加热装置根据该所需加热的热源温度对路面进行加热；以及通过控制模块比对所需加热的热源温度和实时采集的加热温度，并根据比对结果控制加热装置实时调整对路面的加热温度。
本发明的有益效果是，本发明的就地热再生加热温控系统通过实时采集路面加热数据以及预设的路面所需加热温度，获得所需加热的热源温度，并通过比对所需加热的热源温度与采集的加热装置的加热温度，控制加热装置实时调整对路面的加热温度，保证路面加热的加热精度和加热均匀性，从而提高路面加热施工的质量和效率。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明就地热再生加热温控系统的原理框图；
图2为本发明就地热再生加热温控系统的信号放大电路的电路图；
图3为本发明就地热再生加热温控系统的多通道输出模块的电路图；
图4为本发明就地热再生加热温控系统的控制模块的引脚电路图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，本实施例1提供了一种就地热再生加热温控系统，包括：控制模块、第一数据采集模块、第二数据采集模块和加热装置；其中所述第一数据采集模块适于实时采集路面加热数据，并发送至所述控制模块；所述第二数据采集模块适于实时采集加热装置的加热温度，并发送至所述控制模块；所述控制模块适于根据预设的路面所需加热温度以及路面加热数据，获得所需加热的热源温度，并控制加热装置根据该所需加热的热源温度对路面进行加热；以及所述控制模块适于比对所需加热的热源温度和实时采集的加热温度，并根据比对结果控制加热装置实时调整对路面的加热温度。
具体的，本实施例的就地热再生加热温控系统通过实时采集路面加热数据以及预设的路面所需加热温度，获得所需加热的热源温度，并通过比对所需加热的热源温度与采集的加热装置的加热温度，控制加热装置实时调整对路面的加热温度，保证路面加热的加热精度和加热均匀性，从而提高路面加热施工的质量和效率。
具体的，由于沥青路面材料特性需要一定的加热时间，实现所需的路面混合料的加热温度，温度由上到下实现持续传热升温，路面加热后的路面内部温度和加热时间密切相关，随着连续加热时间增加可以实现所需加热深度的路面混合料温度满足所需的加热温度的要求；因此设定加热装置将待加热路面加热至预设的路面所需加热温度时所需的加热时间为T，则加热时间T与该待加热路面的路面厚度H有关，即
其中：L为加热装置的长度；V为加热装置的行驶速度；k为沥青混合料的导热系数；α为沥青混合料的密度；
由此可知，加热时间T可由加热装置的行驶速度V来调节，即根据公式1得到：
所述路面加热数据包括：路面温度、环境温度、风机风速、沥青混合料的热量散失；
设定路面温度为x2，环境温度为x3，风机风速为x4，热量散失为x5，并设定预设的路面所需加热温度为y，所需加热的路面面积为S，则所需加热的热源温度x1为：
其中：
a1为热源温度系数；a2为路面温度系数；a3为环境温度系数；a4为风速温度系数；
将公式2带入到公式3中得到所需加热的热源温度x1为：
具体的，本实施例中，加热装置采用热风循环加热的方式对路面进行加热。
具体的，风机风速是指热风循环加热中的循环风机的风速，可以通过速度检测装置进行采集；环境温度可以通过温度检测装置进行采集。
在本实施例中，所述第一数据采集模块包括：路面温度采集子模块；所述路面温度采集子模块包括：若干远红外温度传感器，温度采集组件，以及与所述控制模块相连的第一处理器模块；其中各所述红外温度传感器适于分别采集相应路段的路面温度数据，并通过温度采集组件发送至所述第一处理器模块；以及所述第一处理器模块适于将路面温度数据发送至所述控制模块。
具体的，路面温度采集子模块实现路面温度的实时采集、检测，并实时反馈，作为加热装置所需提供热源温度的参考依据以及各环节温度均匀性的评价依据。
具体的，温度采集组件与各红外温度传感器组合使用，且与所述第一处理器模块通过高速CAN-BUS总线连接方式进行连接。
在本实施例中，所述第二数据采集模块包括：加热温度采集子模块；所述加热温度采集子模块包括：若干测温传感器，采样模块，以及与所述控制模块相连的第二处理器模块；其中各所述测温传感器适于分别采集加热装置对相应路段的加热温度数据，并通过采样模块发送至所述第二处理器模块；以及所述第二处理器模块适于将加热温度数据发送至所述控制模块。
具体的，所述测温传感器例如但不限于采用PT100热电阻。
所述采样模块包括：基准电压电路和信号放大电路；所述基准电压电路适于提供相应的加热温度采样信号至所述信号放大电路；以及所述信号放大电路适于对相应的加热温度采样信号进行放大后传输至所述第二处理器模块。
具体的，如图2所示，所述信号放大电路采用差分信号放大电路；基准电压电路提供热源温度采样信号的基准电压与差分信号放大电路相连接，作为加热装置热源温度精测信号采集的采样电路，以便第二处理器模块获取精测的热源温度数据。
具体的，经差分信号放大电路放大后的热源温度信号还通过AD转换模块转化后传输至第二处理器模块。
具体的，本实施例以采集五个位置的热源温度为例，如图2所示，图中PT0-1、PT0-2、PT1-1、PT1-2等为热源温度采样信号；AD_0～AD_4为放大后的热源温度信号。
进一步，所述加热温度采集子模块还包括：适于为各测温传感器提供恒定电流的恒流源模块。
具体的，所述恒流源模块利用LM358运算放大器工作在线性区的特性、无限大的输入阻抗、静态电流小，同时偏置电路提供稳定和合适的偏置电流的特点，为测温传感器提供恒定的电流，保证测温传感器在工作中不会因驱动电流引起电阻体发热导致测量误差，提高热源温度的精确性。
在本实施例中，所述就地热再生加热温控系统还包括：温控单元；所述控制模块适于根据所需加热的热源温度和实时采集的加热温度的比对结果对所述温控单元进行控制，以控制加热装置调整对路面的加热温度。
具体的，所述温控单元包括：多路输出模块和继电器模块；所述继电器模块的输出端适于与加热装置的加热控制端相连；所述控制模块适于根据所需加热的热源温度和实时采集的加热温度的比对结果控制多路输出模块输出相应的控制信号，以控制继电器模块输出相应的加热控制信号至加热装置；以及所述加热装置适于根据加热控制信号调整对路面的加热温度。
具体的，所述继电器模块包括固体继电器；如图3所示，所述多路输出模块由EL357光电耦合器组成，实现对固态继电器的控制，从而实现对加热装置的加热温度输出的控制。
具体的，如图4所示，所述控制模块例如但不限于采用32位ARM微控制器，由STM32F103C8T6以及具有运算功能的集成电路组成。
具体的，AD_0～AD_4信号分别连接STM32F103C8T6微控制器的PA0～PA4引脚。
具体的，所述STM32F103C8T6微控制器的PB9～PB5引脚分别输出控制信号CPU_OUT0～CPU_OUT4。
具体的，所述就地热再生加热温控系统还包括供电模块，所述供电模块通过电源线与第一数据采集模块、第二数据采集模块、温控单元、控制模块、显示模块等相连接，以提供给各模块所需的稳定电源电压，保证各模块安全、稳定的工作。
在本实施例中，所述就地热再生加热温控系统还包括：与所述控制模块相连的显示模块；所述显示模块适于采集预设的路面所需加热温度，并发送给控制模块。
具体的，预设的路面所需加热温度例如但不限于通过人机交互界面采集，再通过显示模块进行显示；所述显示模块还可以实时显示路面温度数据、所需加热的热源温度，还可以在所需加热的热源温度与加热装置的加热温度出现偏差时，进行反馈预警。
实施例2
如图3所示，在实施例1的基础上，本实施例2提供了一种就地热再生加热温度的控制方法，包括：通过第一数据采集模块实时采集路面加热数据，并发送至一控制模块；通过第二数据采集模块实时采集加热装置的加热温度，并发送至所述控制模块；通过控制模块根据预设的路面所需加热温度以及路面加热数据，获得所需加热的热源温度，并控制加热装置根据该所需加热的热源温度对路面进行加热；以及通过控制模块比对所需加热的热源温度和实时采集的加热温度，并根据比对结果控制加热装置实时调整对路面的加热温度。
具体的，第一数据采集模块、第二数据采集模块和控制模块的具体工作原理及电路结构参见实施例1的描述，此处不作赘述。
具体的，本就地热再生加热温度的控制方法可以通过现有的PID控制算法实现，根据构建的路面加热模型结合PID控制算法控制加热装置对路面加热，实现路面温度稳定控制在预设的路面所需加热温度。
综上所述，本申请的就地热再生加热温控系统和控制方法基于实时采集的路面温度、环境温度和风机风速，建立路面热量分布模型，对路面温度达标性和均匀性进行评价；同时基于预设的路面所需加热温度、路面温度、环境温度和风机风速，以及加热装置的加热温度等因素控制加热装置实时调整对路面的加热温度，从而实现就地热再生施工过程热源温度的自动调节控制，从而提高了对路面加热的效率和质量。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
