CN203689086U - 公路桥梁环保型智能防冰除冰系统的控制子系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种公路桥梁环保型智能防冰除冰系统的控制子系统，包括主控电路、人机接口设备；气象传感器、液位传感器、压力变送器、流量计、压力开关和流量开关的输出端均与主控电路的信号输入端相连；主控电路和人机接口设备置于控制柜中；所述的人机接口设备为触摸显示屏；公路桥梁环保型智能防冰除冰系统包括多条除冰液输出支路；每一条除冰液输出支路处设有一个用于容纳电动球阀、流量开关和压力开关的分站箱；主控电路与分站箱通过光纤连接；该公路桥梁环保型智能防冰除冰系统的控制子系统集成度高，可靠性高，具有智能控制的特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种公路桥梁环保型智能防冰除冰系统的控制子系统，属于交通运输安全与应急保障技术领域。
背景技术
每到冬季，我国大部分地区就会出现冰冻、雨雪天气，使得高速公路上的桥梁、隧道口等局部区域出现结冰现象，此时行驶在此种路面上的汽车容易因车轮打滑而造成严重的交通安全事故。传统的除冰雪方法主要包括机械除冰法、传统融雪剂除冰法和电缆加热除冰法。
机械除冰法虽然具有效力高、机动性强的优点，但机械成本高，由于需要人工操作在恶劣气象条件下存在较大的安全隐患，工作时需要封闭公路影响交通，对路面有巨大的损伤并且除冰不及时；传统融雪剂除冰会加快路面破损，降低路面的使用寿命；电缆加热除冰法是近年出现的一种在道路面层和基层之间加铺电加热装置，通过调整工作电压或电流达到电加热装置发热的目的而实现除冰。此种方法存在安装和后期维护不便、工作能耗过高等缺点。
因而，现有技术存在的除冰不及时、有安全隐患、需要封路、损坏路面、安装不便以及能耗过高、不环保等问题。
因此，有必要设计一种新型的用于公路桥梁的防冰除冰系统，而控制子系统是该系统的核心控制中心。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种公路桥梁环保型智能防冰除冰系统的控制子系统，该公路桥梁环保型智能防冰除冰系统的控制子系统集成度高，可靠性高，具有智能控制的特点。
实用新型的技术解决方案如下：
一种公路桥梁环保型智能防冰除冰系统的控制子系统，包括主控电路、人机接口设备；气象传感器、液位传感器、压力变送器、流量计、压力开关和流量开关的输出端均与主控电路的信号输入端相连；电磁阀用于控制喷淋管路的通断，电磁阀以及公路桥梁环保型智能防冰除冰系统中的潜水泵和离心泵均受控于主控电路；
主控电路和人机接口设备置于控制柜中；所述的人机接口设备为触摸显示屏；公路桥梁环保型智能防冰除冰系统包括多条除冰液输出支路；每一条除冰液输出支路处设有一个用于容纳电动球阀、流量开关和压力开关的分站箱；主控电路与分站箱通过光纤连接；
所述的气象传感器包括用于采集大气温度、湿度、风速、路面冰雪水状况的Vaisala-DSC111路面状况传感器和用于采集路面温度的Vaisala-DST111传感器；
所述的控制子系统还包括与PLC相连的计算机和无线通信模块。
所述的主控电路采用FPGA或PLC。
主控电路为纯硬件的逻辑控制电路，优选采用FPGA或PLC实现，采用FPGA或PLC的优势是可靠性高。
有益效果：
本实用新型的公路桥梁环保型智能防冰除冰系统的控制子系统，能及时根据路面结冰状况主动采取除冰措施，具有实时发现结冰、智能防冰除冰的特点，改变了以往除冰措施中结冰难以及时发现、除冰不及时的缺陷；所述系统选用的除冰剂环保、除冰效率高、对路面无损伤。该系统采用的除冰剂是醋酸类盐(如醋酸钾、醋酸钠与醋酸钾的混合物)，可以生物递降分解为CO2和H2O，避免了传统氯化物除冰剂中氯离子的使用对环境造成污染，对道路设施产生腐蚀等危害。
本实用新型主要可以解决以下几个问题：
针对传统方法难以发现“黑冰”、发现冰冻不及时的情况，上述子系统采用路面气象传感器可以实时、准确的采集到路面温度、湿度和冰雪状况，并处理分析；
该系统根据气象分析结果，实时判断是否启动喷淋系统喷洒除冰液，能实时、智能的防冰除冰，消除传统方法除冰的滞后性、需要封闭交通的不足，提高了冰冻季节道路的行车安全，保障了桥梁等关键节点的畅通；
该系统在自动控制模式下路面状况检测、喷淋启动都是智能控制的，无需人员维护，开创了道路养护新方法；
与现有技术相比，本实用新型不仅在技术上有显著的进步，而且具有巨大的经济和社会效益：
首先，在技术上本实用新型的公路桥梁环保型智能防冰除冰系统的控制子系统，将气象、喷淋和控制进行了有效的集成，可以根据路面气象状况的变化实时智能开启和关闭喷淋系统，而且喷洒的除冰液均匀全覆盖，提高了除冰剂的使用效率；同时，养护人员可通过远程主机实时了解系统工作状态和除冰液的现有量，便于决策；系统不但节省能耗和人力，降低路面养护成本，而且工作效果不受天气和工作人员的影响，即便在恶劣天气也能发挥作用，且没有安全隐患；对路面没有损坏。
其次，从经济效益方面分析，由于本实用新型可以保障冰冻季节的道路畅通，减少封闭交通时间、降低交通事故率、对桥梁无损害和环境无污染，每年每座桥梁可以带来直接经济效益至少520万元。
最后，从社会效益方面，本实用新型是采用智能交通技术解决交通安全问题的一种创新方法，能实时、高效、环保、以及自动化地去除桥梁黑冰、公路冰雪，它对道路交通安全应急保障、保障人民群众行车安全，保障陆路交通通畅，都具有极大的意义。
附图说明
图1为喷淋子系统的原理图；
图2为控制子系统的原理图。
标号说明：1-除冰液工作罐，2-过滤器，3-潜水泵，4-手动截止阀，5-液位计，6-空气过滤器，7-离心泵，8-流量计，9-压力变送器，10-压力表，11-压力表开关，12-电磁阀，13-流量开关，14-压力开关；16-喷嘴。17-冰液制作罐。
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明：
实施例1：
如图2所示，一种公路桥梁环保型智能防冰除冰系统的控制子系统，包括PLC(或FPGA，下同)、人机接口设备；气象传感器、液位传感器、压力变送器、流量计、压力开关和流量开关的输出端均与PLC的信号输入端相连；电磁阀用于控制喷淋管路的通断，电磁阀以及公路桥梁环保型智能防冰除冰系统中的潜水泵和离心泵均受控于PLC；
PLC和人机接口设备置于控制柜中；所述的人机接口设备为触摸显示屏；公路桥梁环保型智能防冰除冰系统包括多条除冰液输出支路；每一条除冰液输出支路处设有一个用于容纳电动球阀、流量开关和压力开关的分站箱；PLC与分站箱通过光纤连接；
所述的气象传感器包括用于采集大气温度、湿度、风速、路面冰雪水状况的Vaisala-DSC111路面状况传感器和用于采集路面温度的Vaisala-DST111传感器；
所述的控制子系统还包括与PLC相连的计算机和无线通信模块。
对公路桥梁环保型智能防冰除冰系统的介绍：
公路桥梁环保型智能防冰除冰系统包括喷淋子系统和控制子系统；
如图1，所述的喷淋子系统包括除冰液制作罐17、除冰液工作罐1、除冰液输出总管、多条除冰液输出支路和多个喷嘴15；除冰液制作罐内设置有潜水泵3，潜水泵3的出口经管路与除冰液工作罐的入口相接；除冰液工作罐的出口接除冰液输出总管；除冰液输出总管上设有离心泵7；多条除冰液输出支路均接在除冰液输出总管上；每一条除冰液输出支路上均设有电磁阀12；每一条除冰液输出支路上均设有至少一个所述的喷嘴；
所述的电动球阀、潜水泵和离心泵均受控于控制子系统。
与潜水泵3出口相连的管路以及除冰液输出总管上均设有手动截止阀4；
在除冰液输出总管上设有压力变送器9和流量计8；在除冰液输出支路上设有压力开关14和流量开关13；除冰液工作罐上安装有液位传感器5；
液位传感器、压力变送器、流量计、压力开关和流量开关的输出信号均传送至控制子系统。
每一条除冰液输出支路上均设有8个所述的喷嘴。
防冰除冰方法介绍：PLC通过气象传感器输出的湿滑系数判断是否存在路面结冰，若湿滑系数小于阀值(需根据实际情况确定，一般取0.33)确定为路面结冰，则PLC自动打开电动球阀启动喷嘴喷洒除冰液以清除路面上的冰层；
PLC通过液位计监控除冰液工作罐的液位状况；PLC分别通过流量计和压力变送器监控除冰液输出总管中的流量和压力。
PLC为纯硬件模块，本实用新型不涉及方法和软件程序，前述的比较等操作属于PLC内部的自带的功能(或者通过FPGA中的由内部逻辑门组成的比较器实现，为成熟的硬件解决方案)，特此说明。
在除冰液输出总管上设有压力变送器和流量计；在除冰液输出支路上设有压力开关14和流量开关13；除冰液工作罐上安装有液位传感器5；
液位传感器、压力变送器、流量计、压力开关和流量开关的输出信号均传送至控制子系统；
PLC根据压力开关或流量开关的输出信号判断是否有故障产生，实现故障自诊断和报警；
判断方法为：当电磁阀应该处于开启状态时，若压力开关检测到管道内压力低于设定值，则说明管道或喷嘴出现泄漏，若流量开关检测到管道内流量低于设定值时，则说明电磁阀未正常开启；当电磁阀应该处于关闭状态时，流量开关检测到管道内流量大于设定值，则说明电磁阀未正常关闭。
公路桥梁环保型智能防冰除冰系统的控制子系统还包括与PLC相连的计算机和无线通信模块；操作人员利用远程终端通过所述的无线通信模块与PLC通信，实现远程监视和控制。【无线通信模块为GPRS模块或3G、4G模块】
其中的压力开关采用高精度、高稳定性能的压力传感器和变送电路，再经专用CPU模块化信号处理技术，实现对介质压力信号的检测、显示、报警和控制信号输出。流量开关主要是在水、气、油等介质管路中在线或者插入式安装监控水系统中水流量的大小。在水流量高于或者低于某一个设定点时候触发输出报警信号传递给机组，系统获取信号后即可作出相应的指示动作。给流量开关设定上限或者下限，当流量达到此次限定值时，流量开关发出信号或报警，系统将运行或停止。一般要求对流量进行控制的系统会采用流量开关。
控制中心(控制柜)与分站箱采用光纤进行通讯，分站箱通过电缆控制8个执行设备组。控制中心采用西门子S7-300PLC模块，通过串口与昆仑通态公司生产的MCGS触摸屏通讯，完成数据的实时显示；PLC与分站箱连接，采用光纤通讯，电缆供电；分站箱再与电磁阀、流量开关、压力开关连接，分别控制各喷嘴电磁阀的开合，并对系统运行状况进行监测；3个PLC串口通讯模块分别实现与电磁流量计、气象传感器的通讯，1个串口通讯模块实现与GPRS的通讯；控制模块PLC采用专用的GPRS无线数据通信模块SINAUTMD720-3，该模块主要由GPRS调制解调器、天线和GPRS通讯管理软件等组成，实现S7-300PLC的GPRS无线连接，把现场采集到的实时数据通过GSM网络发送到工作人员手机。工作人员可以实时掌握桥梁路面状况、系统的工作状态、储液罐剩余除冰液量、系统是否存在故障，为工作人员下一步决策提供详细的参数。
Claims (2)
1.一种公路桥梁环保型智能防冰除冰系统的控制子系统，其特征在于，包括主控电路、人机接口设备；气象传感器、液位传感器、压力变送器、流量计、压力开关和流量开关的输出端均与主控电路的信号输入端相连；电磁阀用于控制喷淋管路的通断，电磁阀以及公路桥梁环保型智能防冰除冰系统中的潜水泵和离心泵均受控于主控电路；
主控电路和人机接口设备置于控制柜中；所述的人机接口设备为触摸显示屏；公路桥梁环保型智能防冰除冰系统包括多条除冰液输出支路；每一条除冰液输出支路处设有一个用于容纳电动球阀、流量开关和压力开关的分站箱；主控电路与分站箱通过光纤连接；
所述的气象传感器包括用于采集大气温度、湿度、风速、路面冰雪水状况的Vaisala-DSC111路面状况传感器和用于采集路面温度的Vaisala-DST111传感器；所述的控制子系统还包括与PLC相连的计算机和无线通信模块。
2.根据权利要求1所述的公路桥梁环保型智能防冰除冰系统的控制子系统，其特征在于，所述的主控电路采用FPGA或PLC。
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