公路橋梁環(huán)保型智能防冰除冰系統(tǒng)的控制子系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種公路橋梁環(huán)保型智能防冰除冰系統(tǒng)的控制子系統(tǒng)，包括主控電路、人機接口設(shè)備；氣象傳感器、液位傳感器、壓力變送器、流量計、壓力開關(guān)和流量開關(guān)的輸出端均與主控電路的信號輸入端相連；主控電路和人機接口設(shè)備置于控制柜中；所述的人機接口設(shè)備為觸摸顯示屏；公路橋梁環(huán)保型智能防冰除冰系統(tǒng)包括多條除冰液輸出支路；每一條除冰液輸出支路處設(shè)有一個用于容納電動球閥、流量開關(guān)和壓力開關(guān)的分站箱；主控電路與分站箱通過光纖連接；該公路橋梁環(huán)保型智能防冰除冰系統(tǒng)的控制子系統(tǒng)集成度高，可靠性高，具有智能控制的特點。
【專利說明】公路橋梁環(huán)保型智能防冰除冰系統(tǒng)的控制子系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種公路橋梁環(huán)保型智能防冰除冰系統(tǒng)的控制子系統(tǒng)，屬于交通運輸安全與應(yīng)急保障【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]每到冬季，我國大部分地區(qū)就會出現(xiàn)冰凍、雨雪天氣，使得高速公路上的橋梁、隧道口等局部區(qū)域出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象，此時行駛在此種路面上的汽車容易因車輪打滑而造成嚴重的交通安全事故。傳統(tǒng)的除冰雪方法主要包括機械除冰法、傳統(tǒng)融雪劑除冰法和電纜加熱除冰法。
[0003]機械除冰法雖然具有效力高、機動性強的優(yōu)點，但機械成本高，由于需要人工操作在惡劣氣象條件下存在較大的安全隱患，工作時需要封閉公路影響交通，對路面有巨大的損傷并且除冰不及時；傳統(tǒng)融雪劑除冰會加快路面破損，降低路面的使用壽命；電纜加熱除冰法是近年出現(xiàn)的一種在道路面層和基層之間加鋪電加熱裝置，通過調(diào)整工作電壓或電流達到電加熱裝置發(fā)熱的目的而實現(xiàn)除冰。此種方法存在安裝和后期維護不便、工作能耗過聞等缺點。
[0004]因而，現(xiàn)有技術(shù)存在的除冰不及時、有安全隱患、需要封路、損壞路面、安裝不便以及能耗過高、不環(huán)保等問題。
[0005]因此，有必要設(shè)計一種新型的用于公路橋梁的防冰除冰系統(tǒng)，而控制子系統(tǒng)是該系統(tǒng)的核心控制中心。
實用新型內(nèi)容
[0006]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種公路橋梁環(huán)保型智能防冰除冰系統(tǒng)的控制子系統(tǒng)，該公路橋梁環(huán)保型智能防冰除冰系統(tǒng)的控制子系統(tǒng)集成度高，可靠性高，具有智能控制的特點。
[0007]實用新型的技術(shù)解決方案如下:
[0008]一種公路橋梁環(huán)保型智能防冰除冰系統(tǒng)的控制子系統(tǒng)，包括主控電路、人機接口設(shè)備；氣象傳感器、液位傳感器、壓力變送器、流量計、壓力開關(guān)和流量開關(guān)的輸出端均與主控電路的信號輸入端相連；電磁閥用于控制噴淋管路的通斷，電磁閥以及公路橋梁環(huán)保型智能防冰除冰系統(tǒng)中的潛水泵和離心泵均受控于主控電路；
[0009]主控電路和人機接口設(shè)備置于控制柜中；所述的人機接口設(shè)備為觸摸顯示屏；公路橋梁環(huán)保型智能防冰除冰系統(tǒng)包括多條除冰液輸出支路；每一條除冰液輸出支路處設(shè)有一個用于容納電動球閥、流量開關(guān)和壓力開關(guān)的分站箱；主控電路與分站箱通過光纖連接；
[0010]所述的氣象傳感器包括用于采集大氣溫度、濕度、風(fēng)速、路面冰雪水狀況的Vaisala-DSClll路面狀況傳感器和用于采集路面溫度的Vaisala-DSTlll傳感器；
[0011]所述的控制子系統(tǒng)還包括與PLC相連的計算機和無線通信模塊。[0012]所述的主控電路采用FPGA或PLC。
[0013]主控電路為純硬件的邏輯控制電路，優(yōu)選采用FPGA或PLC實現(xiàn)，采用FPGA或PLC的優(yōu)勢是可靠性高。
[0014]有益效果:
[0015]本實用新型的公路橋梁環(huán)保型智能防冰除冰系統(tǒng)的控制子系統(tǒng)，能及時根據(jù)路面結(jié)冰狀況主動采取除冰措施，具有實時發(fā)現(xiàn)結(jié)冰、智能防冰除冰的特點，改變了以往除冰措施中結(jié)冰難以及時發(fā)現(xiàn)、除冰不及時的缺陷；所述系統(tǒng)選用的除冰劑環(huán)保、除冰效率高、對路面無損傷。該系統(tǒng)采用的除冰劑是醋酸類鹽(如醋酸鉀、醋酸鈉與醋酸鉀的混合物)，可以生物遞降分解為CO2和H2O,避免了傳統(tǒng)氯化物除冰劑中氯離子的使用對環(huán)境造成污染，對道路設(shè)施產(chǎn)生腐蝕等危害。
[0016]本實用新型主要可以解決以下幾個問題:
[0017]針對傳統(tǒng)方法難以發(fā)現(xiàn)“黑冰”、發(fā)現(xiàn)冰凍不及時的情況，上述子系統(tǒng)采用路面氣象傳感器可以實時、準(zhǔn)確的采集到路面溫度、濕度和冰雪狀況，并處理分析；
[0018]該系統(tǒng)根據(jù)氣象分析結(jié)果，實時判斷是否啟動噴淋系統(tǒng)噴灑除冰液，能實時、智能的防冰除冰，消除傳統(tǒng)方法除冰的滯后性、需要封閉交通的不足，提高了冰凍季節(jié)道路的行車安全，保障了橋梁等關(guān)鍵節(jié)點的暢通；
[0019]該系統(tǒng)在自動控制模式下路面狀況檢測、噴淋啟動都是智能控制的，無需人員維護，開創(chuàng)了道路養(yǎng)護新方法；
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型不僅在技術(shù)上有顯著的進步，而且具有巨大的經(jīng)濟和社會效益:
[0021]首先，在技術(shù)上本實用新型的公路橋梁環(huán)保型智能防冰除冰系統(tǒng)的控制子系統(tǒng)，將氣象、噴淋和控制進行了有效的集成，可以根據(jù)路面氣象狀況的變化實時智能開啟和關(guān)閉噴淋系統(tǒng)，而且噴灑的除冰液均勻全覆蓋，提高了除冰劑的使用效率；同時，養(yǎng)護人員可通過遠程主機實時了解系統(tǒng)工作狀態(tài)和除冰液的現(xiàn)有量，便于決策；系統(tǒng)不但節(jié)省能耗和人力，降低路面養(yǎng)護成本，而且工作效果不受天氣和工作人員的影響，即便在惡劣天氣也能發(fā)揮作用，且沒有安全隱患；對路面沒有損壞。
[0022]其次，從經(jīng)濟效益方面分析，由于本實用新型可以保障冰凍季節(jié)的道路暢通，減少封閉交通時間、降低交通事故率、對橋梁無損害和環(huán)境無污染，每年每座橋梁可以帶來直接經(jīng)濟效益至少520萬元。
[0023]最后，從社會效益方面，本實用新型是采用智能交通技術(shù)解決交通安全問題的一種創(chuàng)新方法，能實時、高效、環(huán)保、以及自動化地去除橋梁黑冰、公路冰雪，它對道路交通安全應(yīng)急保障、保障人民群眾行車安全，保障陸路交通通暢，都具有極大的意義。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為噴淋子系統(tǒng)的原理圖；
[0025]圖2為控制子系統(tǒng)的原理圖。
[0026]標(biāo)號說明:1-除冰液工作罐，2-過濾器，3-潛水泵，4-手動截止閥，5-液位計，
6-空氣過濾器，7-離心泵，8-流量計，9-壓力變送器，10-壓力表，11-壓力表開關(guān)，12-電磁閥，13-流量開關(guān)，14-壓力開關(guān)；16_噴嘴。17-冰液制作罐。【具體實施方式】
[0027]以下將結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型做進一步詳細說明:
[0028]實施例1:
[0029]如圖2所示，一種公路橋梁環(huán)保型智能防冰除冰系統(tǒng)的控制子系統(tǒng)，包括PLC(或FPGA，下同)、人機接口設(shè)備；氣象傳感器、液位傳感器、壓力變送器、流量計、壓力開關(guān)和流量開關(guān)的輸出端均與PLC的信號輸入端相連；電磁閥用于控制噴淋管路的通斷，電磁閥以及公路橋梁環(huán)保型智能防冰除冰系統(tǒng)中的潛水泵和離心泵均受控于PLC ；
[0030]PLC和人機接口設(shè)備置于控制柜中；所述的人機接口設(shè)備為觸摸顯示屏；公路橋梁環(huán)保型智能防冰除冰系統(tǒng)包括多條除冰液輸出支路；每一條除冰液輸出支路處設(shè)有一個用于容納電動球閥、流量開關(guān)和壓力開關(guān)的分站箱；PLC與分站箱通過光纖連接；
[0031]所述的氣象傳感器包括用于采集大氣溫度、濕度、風(fēng)速、路面冰雪水狀況的Vaisala-DSClll路面狀況傳感器和用于采集路面溫度的Vaisala-DSTlll傳感器；
[0032]所述的控制子系統(tǒng)還包括與PLC相連的計算機和無線通信模塊。
[0033]對公路橋梁環(huán)保型智能防冰除冰系統(tǒng)的介紹:
[0034]公路橋梁環(huán)保型智能防冰除冰系統(tǒng)包括噴淋子系統(tǒng)和控制子系統(tǒng)；
[0035]如圖1，所述的噴淋子系統(tǒng)包括除冰液制作罐17、除冰液工作罐1、除冰液輸出總管、多條除冰液輸出支路和多個噴嘴15 ;除冰液制作罐內(nèi)設(shè)置有潛水泵3，潛水泵3的出口經(jīng)管路與除冰液工作罐的入口相接；除冰液工作罐的出口接除冰液輸出總管；除冰液輸出總管上設(shè)有離心泵7 ;多條除冰液輸出支路均接在除冰液輸出總管上；每一條除冰液輸出支路上均設(shè)有電磁閥12 ;每一條除冰液輸出支路上均設(shè)有至少一個所述的噴嘴；
[0036]所述的電動球閥、潛水泵和離心泵均受控于控制子系統(tǒng)。
[0037]與潛水泵3出口相連的管路以及除冰液輸出總管上均設(shè)有手動截止閥4 ；
[0038]在除冰液輸出總管上設(shè)有壓力變送器9和流量計8 ;在除冰液輸出支路上設(shè)有壓力開關(guān)14和流量開關(guān)13 ;除冰液工作罐上安裝有液位傳感器5 ；
[0039]液位傳感器、壓力變送器、流量計、壓力開關(guān)和流量開關(guān)的輸出信號均傳送至控制子系統(tǒng)。
[0040]每一條除冰液輸出支路上均設(shè)有8個所述的噴嘴。
[0041]防冰除冰方法介紹:PLC通過氣象傳感器輸出的濕滑系數(shù)判斷是否存在路面結(jié)冰，若濕滑系數(shù)小于閥值(需根據(jù)實際情況確定，一般取0.33)確定為路面結(jié)冰，則PLC自動打開電動球閥啟動噴嘴噴灑除冰液以清除路面上的冰層；
[0042]PLC通過液位計監(jiān)控除冰液工作罐的液位狀況；PLC分別通過流量計和壓力變送器監(jiān)控除冰液輸出總管中的流量和壓力。
[0043]PLC為純硬件模塊，本實用新型不涉及方法和軟件程序，前述的比較等操作屬于PLC內(nèi)部的自帶的功能(或者通過FPGA中的由內(nèi)部邏輯門組成的比較器實現(xiàn)，為成熟的硬件解決方案)，特此說明。
[0044]在除冰液輸出總管上設(shè)有壓力變送器和流量計；在除冰液輸出支路上設(shè)有壓力開關(guān)14和流量開關(guān)13 ;除冰液工作罐上安裝有液位傳感器5 ；
[0045]液位傳感器、壓力變送器、流量計、壓力開關(guān)和流量開關(guān)的輸出信號均傳送至控制子系統(tǒng)；
[0046]PLC根據(jù)壓力開關(guān)或流量開關(guān)的輸出信號判斷是否有故障產(chǎn)生，實現(xiàn)故障自診斷和報警；
[0047]判斷方法為:當(dāng)電磁閥應(yīng)該處于開啟狀態(tài)時，若壓力開關(guān)檢測到管道內(nèi)壓力低于設(shè)定值，則說明管道或噴嘴出現(xiàn)泄漏，若流量開關(guān)檢測到管道內(nèi)流量低于設(shè)定值時，則說明電磁閥未正常開啟；當(dāng)電磁閥應(yīng)該處于關(guān)閉狀態(tài)時，流量開關(guān)檢測到管道內(nèi)流量大于設(shè)定值，則說明電磁閥未正常關(guān)閉。
[0048]公路橋梁環(huán)保型智能防冰除冰系統(tǒng)的控制子系統(tǒng)還包括與PLC相連的計算機和無線通信模塊；操作人員利用遠程終端通過所述的無線通信模塊與PLC通信，實現(xiàn)遠程監(jiān)視和控制?！緹o線通信模塊為GPRS模塊或3G、4G模塊】
[0049]其中的壓力開關(guān)采用高精度、高穩(wěn)定性能的壓力傳感器和變送電路，再經(jīng)專用CPU模塊化信號處理技術(shù)，實現(xiàn)對介質(zhì)壓力信號的檢測、顯示、報警和控制信號輸出。流量開關(guān)主要是在水、氣、油等介質(zhì)管路中在線或者插入式安裝監(jiān)控水系統(tǒng)中水流量的大小。在水流量高于或者低于某一個設(shè)定點時候觸發(fā)輸出報警信號傳遞給機組，系統(tǒng)獲取信號后即可作出相應(yīng)的指示動作。給流量開關(guān)設(shè)定上限或者下限，當(dāng)流量達到此次限定值時，流量開關(guān)發(fā)出信號或報警，系統(tǒng)將運行或停止。一般要求對流量進行控制的系統(tǒng)會采用流量開關(guān)。
[0050]控制中心(控制柜)與分站箱采用光纖進行通訊，分站箱通過電纜控制8個執(zhí)行設(shè)備組?？刂浦行牟捎梦鏖T子S7-300PLC模塊，通過串口與昆侖通態(tài)公司生產(chǎn)的MCGS觸摸屏通訊，完成數(shù)據(jù)的實時顯示；PLC與分站箱連接，采用光纖通訊，電纜供電；分站箱再與電磁閥、流量開關(guān)、壓力開關(guān)連接，分別控制各噴嘴電磁閥的開合，并對系統(tǒng)運行狀況進行監(jiān)測；3個PLC串口通訊模塊分別實現(xiàn)與電磁流量計、氣象傳感器的通訊，I個串口通訊模塊實現(xiàn)與GPRS的通訊；控制模塊PLC采用專用的GPRS無線數(shù)據(jù)通信模塊SINAUTMD720-3，該模塊主要由GPRS調(diào)制解調(diào)器、天線和GPRS通訊管理軟件等組成，實現(xiàn)S7-300PLC的GPRS無線連接，把現(xiàn)場采集到的實時數(shù)據(jù)通過GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到工作人員手機。工作人員可以實時掌握橋梁路面狀況、系統(tǒng)的工作狀態(tài)、儲液罐剩余除冰液量、系統(tǒng)是否存在故障，為工作人員下一步?jīng)Q策提供詳 細的參數(shù)。
【權(quán)利要求】
1.一種公路橋梁環(huán)保型智能防冰除冰系統(tǒng)的控制子系統(tǒng)，其特征在于，包括主控電路、人機接口設(shè)備；氣象傳感器、液位傳感器、壓力變送器、流量計、壓力開關(guān)和流量開關(guān)的輸出端均與主控電路的信號輸入端相連；電磁閥用于控制噴淋管路的通斷，電磁閥以及公路橋梁環(huán)保型智能防冰除冰系統(tǒng)中的潛水泵和離心泵均受控于主控電路； 主控電路和人機接口設(shè)備置于控制柜中；所述的人機接口設(shè)備為觸摸顯示屏；公路橋梁環(huán)保型智能防冰除冰系統(tǒng)包括多條除冰液輸出支路；每一條除冰液輸出支路處設(shè)有一個用于容納電動球閥、流量開關(guān)和壓力開關(guān)的分站箱；主控電路與分站箱通過光纖連接； 所述的氣象傳感器包括用于采集大氣溫度、濕度、風(fēng)速、路面冰雪水狀況的Vaisala-DSClll路面狀況傳感器和用于采集路面溫度的Vaisala-DSTlll傳感器；所述的控制子系統(tǒng)還包括與PLC相連的計算機和無線通信模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的公路橋梁環(huán)保型智能防冰除冰系統(tǒng)的控制子系統(tǒng)，其特征在于，所述的主控電路采用FPGA或PLC。
【文檔編號】E01H10/00GK203689086SQ201420013116
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年1月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月9日
【發(fā)明者】袁銅森, 章照宏, 謝立新, 孫大志, 蔡向陽, 吳金波, 萬智, 黃達, 萬劍平, 蔡艷鋒, 謝剛, 劉凱華, 楊春林 申請人:長沙同成交通科技有限公司