高速公路除冰雪系統(tǒng)及其除雪方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種高速公路除冰雪系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含主站層、與主站層通訊連接的從站層、與從站層通訊連接的除冰雪控制層；除冰雪控制層包含：設置在公路一側(cè)的氣道系統(tǒng)，該氣道系統(tǒng)設有使空氣在內(nèi)流動的氣道，氣道上設有能吹風到公路路面的出氣口，出氣口可以改變方向；設置在氣道系統(tǒng)的進氣口的鼓風機，用于控制氣道系統(tǒng)內(nèi)的進風量；設置在氣道系統(tǒng)中的加熱器，用于控制氣道系統(tǒng)內(nèi)空氣的溫度；設置在氣道系統(tǒng)中的電機，用于驅(qū)動出氣口改變出氣方向。本發(fā)明采用PLC控制氣路和出氣口，對冰雪進行清除，便于操作，在不關閉高速公路的情況下，快速清除冰雪，提高冰雪的清除效率穩(wěn)定性，大大提高工作效率，節(jié)約資源。
【專利說明】高速公路除冰雪系統(tǒng)及其除雪方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種除冰雪系統(tǒng)，具體涉及一種基于PLC控制的高速公路除冰雪系統(tǒng)及其除雪方法。
【背景技術】
[0002]為了保持高速公路的快速、暢通，盡快、及時地除去公路上的冰雪，通常需要在下雪或結(jié)冰的路段進行除冰雪作業(yè)。但是傳統(tǒng)的人工除冰雪的方法會消耗大量的人力物力和財力，現(xiàn)在的機械設備除冰雪清掃不干凈，并且下雪和結(jié)冰時需要長時間關閉高速公路，在環(huán)境惡劣的情況下，例如下大雪或路面有冰的時候不能很及時的清除，會影響高速公路的開通，同時耗費很多資源。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供一種高速公路除冰雪系統(tǒng)及其除雪方法，在有雪或冰時，不需要關閉高速公路就可以及時完全地清掃道路上的雪或冰，提高除冰雪的效率和穩(wěn)定性。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種高速公路除冰雪系統(tǒng)，其特點是，該系統(tǒng)包含主站層、與主站層通訊連接的從站層、與從站層通訊連接的除冰雪控制層；
上述除冰雪控制層包含:
設置在公路一側(cè)的氣道系統(tǒng)，該氣道系統(tǒng)設有使空氣在內(nèi)流動的氣道，氣道上設有能吹風到公路路面的出氣口，出氣口可以改變方向；
設置在上述氣道系統(tǒng)的進氣口的鼓風機，其通訊連接從站層，用于控制氣道系統(tǒng)內(nèi)的進風量；
設置在上述氣道系統(tǒng)中的加熱器，其通訊連接從站層，用于控制氣道系統(tǒng)內(nèi)空氣的溫
度；
設置在上述氣道系統(tǒng)中的電機，其通訊連接從站層，用于驅(qū)動出氣口改變出氣方向。
[0005]該系統(tǒng)包含出氣口運動機構(gòu)，該出氣口運動機構(gòu)分別機械連接所述電機和出氣口；所述的電機帶動出氣口運動機構(gòu)，進而帶動出氣口，改變出氣口的出氣方向。
[0006]上述的出氣口運動機構(gòu)包含連接電機的電機輸出軸、連接電機輸出軸的凸輪機構(gòu)、連接凸輪機構(gòu)的固定機構(gòu)，該固定機構(gòu)連接出氣口。
[0007]上述的凸輪機構(gòu)包含連接電機輸出軸的盤形凸輪和連接盤形凸輪的滾子直動從動件；固定機構(gòu)為連桿，連桿分別連接滾子直動從動件和出氣口。
[0008]上述從站層包含若干通過總線連接主站層的從站，每個從站下通信連接并控制一組或若干組鼓風機、加熱器、出氣口和電機；所述從站包含從站可編程邏輯控制器。
[0009]上述主站層包含控制室主計算機，以及電路連接該控制室主計算機的主站可編程邏輯控制器，該主站可編程邏輯控制器通過總線連接從站層。
[0010]上述除冰雪控制層包含若干段相互密封的氣道系統(tǒng)，每段氣道系統(tǒng)中包含有一組或若干組鼓風機、加熱器、出氣口和電機，分別對其所在的公路路段進行除雪。[0011]上述的氣道包含內(nèi)外兩層，內(nèi)層采用鐵質(zhì)材料、外層采用保溫且耐溫效材料制成。
[0012]上述的出氣口與氣道不是一體的，出氣口和氣道結(jié)合處設有球型活動機構(gòu)，出氣口活動的自由度為120°，該出氣口和氣道之間的球型活動機構(gòu)設有密封機構(gòu)。
[0013]一種上述高速公路除冰雪系統(tǒng)的除雪方法，其特點是，該方法包含:
主站層判斷需要除冰雪，則通過從站層控制鼓風機從氣道系統(tǒng)通過出氣口向路面吹風，通過加熱器對通過鼓風機進入到氣道內(nèi)的風進行加熱；
從站層通過電機帶動出氣口運動機構(gòu)而改變出氣口的方向；
主站層根據(jù)路面的結(jié)冰情況，使從站層控制鼓風機的鼓風量和加熱器的加熱溫度； 主站層根據(jù)結(jié)冰所在路段，通過相應從站層控制結(jié)冰路段的氣道系統(tǒng)對路面進行吹
風；
主站層判斷高速路上除雪完成后，通過從站層關閉鼓風機、加熱器和電機。
[0014]本發(fā)明高速公路除冰雪系統(tǒng)及其除雪方法和現(xiàn)有技術相比，其優(yōu)點在于，本發(fā)明采用PLC控制氣路和出氣口，對冰雪進行清除，便于操作，在不關閉高速公路的情況下，快速清除冰雪，提高冰雪的清除效率穩(wěn)定性，大大提高工作效率，節(jié)約資源。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明高速公路除冰雪系統(tǒng)的總體框圖；
圖2為本發(fā)明高速公路除冰雪系統(tǒng)的氣道系統(tǒng)的俯視圖；
圖3為本發(fā)明高速公路除冰雪系統(tǒng)的氣道系統(tǒng)的側(cè)視圖；
圖4為本發(fā)明高速公路除冰雪系統(tǒng)的氣道系統(tǒng)的局部圖；
圖5為本發(fā)明高速公路除冰雪系統(tǒng)的出氣口運動機構(gòu)的示意圖；
圖6為本發(fā)明高速公路除冰雪系統(tǒng)的氣道系統(tǒng)及出氣口的布置示意圖。
【具體實施方式】
[0016]以下結(jié)合附圖，進一步說明本發(fā)明的具體實施例。
[0017]如圖1所示，本發(fā)明公開一種基于可編程邏輯控制器(PLC)高速公路除冰雪系統(tǒng)包含:主站層1、與主站層I通訊連接的從站層2、與從站層2通訊連接的除冰雪控制層3。
[0018]主站層I包含:控制室主計算機11，以及電路連接該控制室主計算機11的主站可編程邏輯控制器12，該主站可編程邏輯控制器12通過總線連接從站層2。
[0019]從站層2包含若干個從站21，每個從站21包含有從站可編程邏輯控制器，每個從站可編程邏輯控制器通過總線連接至主站層1，并且通信連接并控制除冰雪控制層3下的一組或若干組組件，每組組件包含:加熱器31、鼓風機32和電機33。從站層2中還包含有變頻器22，用于變頻控制除冰雪控制層3的加熱器31、鼓風機32和電機33。
[0020]本實施例中，本系統(tǒng)通過主站層I的控制室主計算機11來控制主站可編程邏輯控制器12和從站可編程邏輯控制器21，主站層I是用來監(jiān)控與管理整個除冰雪系統(tǒng)PR0FIBUS-DP網(wǎng)絡的情況，主站層I的每一個總控制室里的控制室主計算機11可控制十段路，十段路可共設置十個從站21，每個從站的PLC用來控制除冰雪控制層3下每段道路的用于除冰雪的組件。
[0021]除冰雪控制層3包含:出氣口運動機構(gòu)35、氣道系統(tǒng)34、以及設置在氣道系統(tǒng)34中的電機33、鼓風機32和加熱器31。
[0022]如圖2并結(jié)合圖3和圖4所示，氣道系統(tǒng)34設置在公路路邊，該氣道系統(tǒng)34設有向一個方向運輸空氣的氣道341，該氣道系統(tǒng)34設有能吹風到公路路面的若干出氣口 342，氣道系統(tǒng)34通過該出氣口 342與外界連通，每個出氣口 342由其對應電機33驅(qū)動出氣口運動機構(gòu)35控制來改變方向。氣道系統(tǒng)34在路邊形成氣路網(wǎng)絡體系。鼓風機32設在氣道341的進氣口處，加熱器31設置在氣道341中，電機33與出氣口運動機構(gòu)35設置在氣道341外。
[0023]進一步的，電機33、鼓風機32和加熱器31及其對應的出氣口運動機構(gòu)35和出氣口 342分成若干組分別布置在氣道系統(tǒng)34中。每組電機33、鼓風機32和加熱器31分別通訊連接其所在地區(qū)的從站21，鼓風機32由從站21控制，控制鼓風機32的轉(zhuǎn)速，從而控制氣道內(nèi)進風的多少；加熱器31由從站21控制，用于控制加熱器31的發(fā)熱量，從而控制氣道內(nèi)空氣的溫度。電機33由從站21控制，用于控制電機33帶動的出氣口運動機構(gòu)35，從而改變對應的出氣口 342的出風方向，進而可以改變出氣口 342出來的氣流方向，保證整個路面都能吹到。氣道341采用內(nèi)部為鐵質(zhì)的材料、外部為有保溫且耐溫效材料制成。
[0024]如圖4所示，可活動的出氣口 342與氣道341不是一體的，氣道341設置出氣口342處設有開口，開口上設有半封閉的球型密封罩。出氣口 342的尾端設有和氣道341上球型密封罩形狀大小相適配的球型端，出氣口 342的球型端的形狀大小稍小于氣道341的球型密封罩的形狀大小，并且出氣口 342的球型端套設在氣道341的球型密封罩中，氣道341的球型密封罩上出氣口 342處設有弧度角度約為120°的開口，氣道341在該開口中可自由轉(zhuǎn)動。出氣口 342的球型端與氣道341的球型密封罩之間設有密封機構(gòu)，防止漏風。
[0025]如圖5并結(jié)合圖2、圖3所示，為了能夠?qū)φ麄€路面的冰雪進行清理，利用電機33通過凸輪機構(gòu)實現(xiàn)出氣口 342的左右運動。出氣口運動機構(gòu)35包括電機輸出軸351、盤形凸輪352、輪子直動從動件353、和連桿354組成。電機輸出軸351 —端連接電機33、一端與盤形凸輪352連接，盤形凸輪352與滾子直動從動件353連接，滾子直動從動件353通過連桿354與出氣口 342相連，出氣口 342固定在連桿354上。盤形凸輪352和滾子直動從動件353組成了凸輪機構(gòu)。電機33轉(zhuǎn)動時，電機輸出軸351帶動盤形凸輪352轉(zhuǎn)動，滾子直動從動件353會沿著盤形凸輪352的輪廓左右運動，同時通過連桿354帶動出氣口 342左右運動，從而實現(xiàn)出氣口向路面左右吹氣，保證整個路面都能吹到。出氣口運動機構(gòu)采用鐵質(zhì)、不易變形的材料制成。
[0026]如圖6所示，氣道系統(tǒng)34設置在高速公路超車道的一側(cè)，本發(fā)明的另一個實施例中，高速公路除冰雪系統(tǒng)包含有若干段水平設置、依次連接的氣道系統(tǒng)34，各個氣道系統(tǒng)34中的氣道341相互密封，每段氣道341都設置為一字形，每段氣道系統(tǒng)中包含有合理數(shù)量的一組或若干組鼓風機、加熱器、出氣口和電機，分別對其所在的公路路段進行除雪，其中每段氣道都設置有合理數(shù)量及位置的出氣口 342，出氣口 342正對路面，出氣口 342運動后可以吹向整個路面。
[0027]通常氣道系統(tǒng)34和出氣口運動機構(gòu)35設置在路段相應位置。當需要在某一路段需要除冰雪時，主站層I向從站層2中對應該路段的從站21發(fā)送指令，該從站21控制其下加熱器31打開、鼓風機32啟動、電機33啟動，通過出氣口 342對有冰或雪路面進行吹熱風，可以根據(jù)雪或冰的大小調(diào)節(jié)加熱器31和鼓風機32的大小，從而使路面上的冰或雪融化。[0028]當不需要除冰雪時或冰雪清掃完后，主站層I向從站層2中對應該路段的從站21發(fā)送指令，該從站21控制其下氣加熱器31關閉、鼓風機32關閉、電機33關閉。
[0029]由于在某個路段下雪或結(jié)冰的不確定性，所以本發(fā)明中設計每個路段除冰雪系統(tǒng)中的氣道系統(tǒng)34都是獨立控制的，可以根據(jù)下雪或結(jié)冰的具體情況對各個的氣道系統(tǒng)34獨立控制。
[0030]本發(fā)明還公開一種基于可編程邏輯控制器(PLC)控制的高速公路除冰雪系統(tǒng)的單段除冰雪系統(tǒng)的控制方法包含以下內(nèi)容:
主站層I判斷是否需要開啟除冰雪系統(tǒng)，若是開啟除冰雪系統(tǒng)，則通過從站層2控制電機33啟動、鼓風機32啟動和加熱器31開啟，鼓風機32向氣道內(nèi)鼓風，加熱器31對加入到氣道341內(nèi)的空氣進行加熱，提高氣道341內(nèi)空氣溫度，電機31帶動出氣口運動機構(gòu)35，進而帶動出氣口 342，使從氣道341內(nèi)出來的熱空氣吹向有雪或結(jié)冰的路面，主站層I通過判斷各個路段的下雪或結(jié)冰情況，可以通過從站層2調(diào)節(jié)相應路段的加熱器31加熱強度和鼓風機32鼓風的大小。并且主站層I根據(jù)結(jié)冰所在路段，通過相應從站層2控制結(jié)冰路段的氣道系統(tǒng)對路面進行吹風。
[0031]主站層I判斷某路段雪或冰已經(jīng)清除完，需要關閉相應路段的除冰雪系統(tǒng)時，通過從站層2關閉相應的加熱器31、鼓風機32和電機33。
[0032]盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發(fā)明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護范圍應由所附的權利要求來限定。
【權利要求】
1.一種高速公路除冰雪系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包含主站層、與所述主站層通訊連接的從站層、與所述從站層通訊連接的除冰雪控制層； 所述除冰雪控制層包含: 設置在公路一側(cè)的氣道系統(tǒng)，該氣道系統(tǒng)設有使空氣在內(nèi)流動的氣道，氣道上設有能吹風到公路路面的出氣口，出氣口可以改變方向； 設置在所述氣道系統(tǒng)的進氣口的鼓風機，其通訊連接所述從站層，用于控制氣道系統(tǒng)內(nèi)的進風量； 設置在所述氣道系統(tǒng)中的加熱器，其通訊連接所述從站層，用于控制氣道系統(tǒng)內(nèi)空氣的溫度； 設置在所述氣道系統(tǒng)中的電機，其通訊連接所述從站層，用于驅(qū)動出氣口改變出氣方向。
2.如權利要求1所述的高速公路除冰雪系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包含出氣口運動機構(gòu)，該出氣口運動機構(gòu)分別機械連接所述電機和出氣口 ；所述的電機帶動出氣口運動機構(gòu)，進而帶動出氣口，改變出氣口的出氣方向。
3.如權利要求2所述的高速公路除冰雪系統(tǒng)，其特征在于，所述的出氣口運動機構(gòu)包含連接電機的電機輸出軸、連接電機輸出軸的凸輪機構(gòu)、連接凸輪機構(gòu)的固定機構(gòu)，該固定機構(gòu)連接出氣口。
4.如權利要求3所述的高速公路除冰雪系統(tǒng)，其特征在于，所述的凸輪機構(gòu)包含連接電機輸出軸的盤形凸輪和連接盤形凸輪的滾子直動從動件；固定機構(gòu)為連桿，連桿分別連接滾子直動從動件和出氣口。
5.如權利要求1所述的高速公路除冰雪系統(tǒng)，其特征在于，所述從站層包含若干通過總線連接主站層的從站，每個從站下通信連接并控制一組或若干組鼓風機、加熱器、出氣口和電機；所述從站包含從站可編程邏輯控制器。
6.如權利要求1所述的高速公路除冰雪系統(tǒng)，其特征在于，所述主站層包含控制室主計算機，以及電路連接該控制室主計算機的主站可編程邏輯控制器，該主站可編程邏輯控制器通過總線連接從站層。
7.如權利要求1或5所述的高速公路除冰雪系統(tǒng)，其特征在于，所述除冰雪控制層包含若干段相互密封的氣道系統(tǒng)，每段氣道系統(tǒng)中包含有一組或若干組鼓風機、加熱器、出氣口和電機，分別對其所在的公路路段進行除雪。
8.如權利要求1所述的高速公路除冰雪系統(tǒng)，其特征在于，所述的氣道包含內(nèi)外兩層，內(nèi)層采用鐵質(zhì)材料、外層采用保溫且耐溫效材料制成。
9.如權利要求1所述的高速公路除冰雪系統(tǒng)，其特征在于，所述的出氣口與氣道不是一體的，出氣口和氣道結(jié)合處設有球型活動機構(gòu)，出氣口活動的自由度為120°，該出氣口和氣道之間的球型活動機構(gòu)設有密封機構(gòu)。
10.一種如權利要求1至9中任意一項權利要求所述高速公路除冰雪系統(tǒng)的除雪方法，其特征在于，該方法包含: 主站層判斷需要除冰雪，則通過從站層控制鼓風機從氣道系統(tǒng)通過出氣口向路面吹風，通過加熱器對通過鼓風機進入到氣道內(nèi)的風進行加熱； 從站層通過電機帶動出氣口運動機構(gòu)而改變出氣口的方向；主站層根據(jù)路面的結(jié)冰情況，使從站層控制鼓風機的鼓風量和加熱器的加熱溫度；主站層根據(jù)結(jié)冰所在路段，通過相應從站層控制結(jié)冰路段的氣道系統(tǒng)對路面進行吹 風； 主站層判斷高速路上除雪完成后，通過從站層關閉鼓風機、加熱器和電機。
【文檔編號】E01C11/26GK103938521SQ201410202271
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年5月14日 優(yōu)先權日:2014年5月14日
【發(fā)明者】張永奎, 潘濤, 雷鳳澤, 王洪航 申請人:上海海事大學