Автоматичні системи керування для асфальтоукладальників

Роботизований тахеометр Trimble ATS

Аналогові прилади, які працюють з механічними засобами копіювання базової поверхні - копірною струною, багатоопорною лижею та короткою лижею - започаткували цей напрям. Незважаючи на те, що ці кошти мають свої недоліки, вони дозволили значно удосконалити якість укладання. Для роботи з ними налагоджено випуск спеціальних приладів. Наприклад, компанія MOBA-Mobile Automation AG (Німеччина) постачає контролери та аналогові датчики сімейства G176/S276.

Контролер (керуючий блок) приймає сигнали від щупа датчика, який ковзає струною чи спирається на лижу. Контролер обробляє дані та визначає відхилення від заданої висоти, подає гідросистемі укладача коригувальні команди. Згідно з отриманими командами гідроциліндри опускають або піднімають плиту. У випадку, коли характеристики гідросистеми не відповідають характеристикам сигналу, що управляє, робота циліндрів буде або надмірно різка, або навпаки, уповільнена, що пошкодить рівні покриття. Грунтуючись на рекомендаціях виробників, слід звернути увагу на узгодженість роботи аналогових систем керування та гідросистем конкретних моделей асфальтоукладальників.

Існують й інші складнощі у роботі з механічним інструментом. Є проблеми при використанні, монтажі та транспортуванні великогабаритної багатоопорної лижі. Сфера її використання обмежена, оскільки вона працює поза робочим габаритом асфальтоукладача. Є ймовірність прилипання лижі та нанесення дорожнього покриття пошкоджень. Вона ковзає по всіх опуклостях, що зустрілися на її шляху, "завищуючи" відповідно середню висоту. Утруднено використання копірної струни у темний час доби. Крім того,її демонтаж та встановлення - досить трудомісткий процес. Ні лижа, ні струна не забезпечують абсолютної відповідності покладеного покриття вимогам проекту.

Не мають даних недоліків системи з будівельниками площини та тахеометрами, а також сучасні цифрові системи керування, в яких застосовуються ультразвукові та лазерні датчики висоти. Цифрові системи, на відміну аналогових систем, можна підлаштовувати під параметри гідроапаратури асфальтоукладателя. За рахунок вироблених стандартів цифрових інтерфейсів одно- та двовимірні системи можуть бути розширені до тривимірних, а сама система може бути скомплектована з модулів різних виробників. Системи 3D відкрили нові перспективи укладання покриття зі складним профілем без розмітки на місцевості та в повній відповідності до проекту.

Укладальник ABG Titan, оснащений системою MOBA-matic

Істотним технічним проривом у питанні стандартизації стала поява шини CAN (Controller Area Network). У 1980-х роках цю новацію запропонував Роберт Бош. Спочатку вона була прийнята для автомобільної промисловості, а потім стандартизована ISO та SAE і стала широко застосовуватись у багатьох галузях.

Топологія мережі CAN - це лінійна шина з резисторами, що узгоджують, на обох кінцях. Вона здатна автоматично відключати несправні вузли, стійка до електромагнітних перешкод і має ефективний механізм виявлення та локалізації помилок. Екранований кабель послідовно з'єднує один з одним вузли мережі та джерело живлення. Шина має обмеження по довжині, проте до неї можна підключати будь-яку кількість вузлів - керуючих та виконавчих механізмів, датчиків. Немає потреби у великих зв'язках проводів, мережу можна легко розширити без використаннядодаткових кабелів.

Створено стандартну версію мережі CAN, яка керує гідравлікою асфальтоукладальників. Компанія MOBA пропонує модульну систему MOBA-maticCAN для машин, обладнаних CAN-інтерфейсом. Гідросистема укладача отримує сигнали, що управляють, від цифрового контролера DLSII. Сам контролер призначений обробки даних. За допомогою кабелю через один роз'єм він з'єднаний з датчиком, а через інший - із гідравлікою плити укладача. Контролер упізнає датчик автоматично, після чого відразу переходить у робочий режим.

Кабелі з кількох датчиків, підключених до контролера, з'єднуються трійниками. Датчик Sonic-Ski призначений для контролю поздовжнього профілю. Він обладнаний п'ятьма ультразвуковими сенсорами, що заміряють висоту п'яти точок на відрізку 25. 30 см. Мінімальний і максимальний результат не враховується, а три, що залишилися, усереднюються. Після виключення випадкових перешкод або одиничних відхилень датчик Sonic-Ski дає ближчий до проектного поздовжній профіль. Розташований під прямим кутом до інших, шостий сенсор необхідний визначення швидкості звуку у конкретних атмосферних умовах і коригування отриманих результатів.

Комбінація із трьох датчиків Sonic-Ski покращує рівність покриття. Вони розташовані на аналогу довгої лижі – легкої 12-метрової балки. Кожен із трьох датчиків працює однаково, обчислюючи середню висоту трьох точок. Отримані результати всіх датчиків усереднюються контролером. Компанія Moba називає цей інструмент Big-Sonic-Ski. Для роботи у двовимірному просторі, що вимагає контролю як поперечного, так і поздовжнього ухилів, застосовується датчик ухилу Digi-Slope. Спеціальні механізми компенсують нагрівання та вібрацію.

Голландська компанія ROADware створила цікаву альтернативу довгоюлижі – систему RSS (Road Scanning System). Вона складається з двох компонентів - пульта керування та лазерного сканера, які по черзі підключаються до контролера. Система підключається до вже встановленої системи керування.

Контролер Moba DLSII на укладальнику Demag

Сканер створює лазерний імпульс та реєструє його відображення, обчислює відстань до поверхні на підставі даних про час проходження імпульсом шляху до покриття та назад. Вимірюючи відстань через кожен градус, сканер здатний обстежити сектор 180 ° за 13 мкс. Отримані вимірювання направляються в комп'ютер, який виключає суттєві відхилення і розраховує середню висоту поверхні по точках, що залишилися.

Сканер встановлюють на бічному важелі плити укладача, що несе, або на бічному щитку на висоті 2. 2,5 м над поверхнею дороги. Він здатний сканувати зону позаду і перед собою довжиною до 30 м зовні або всередині робочого габариту укладача. Це дає можливість використовувати систему при укладанні покриття на вузьких вулицях, де утруднене або неможливе застосування інструменту, що виступає за бічний габарит плити, що особливо актуально, наприклад, на міських вулицях.

Системі перед початком роботи задають точку відліку, "мертву зону" - мінімальну частку достовірних точок у масиві вимірювань (55. 80%) та відрізок зони сканування, що припадає на плиту, що вигладжує. Зміна висоти сканера та скорочення довжини зони сканування (не менше 9 м) залежить від конкретних атмосферних та дорожніх умов. Компанія ТОВ "Дорожник-92" (м. Санкт-Петербург) одна з перших дорожньо-будівельних організацій в Україні почала використовувати систему RSS.

Лазерний приймач як датчик висоти (наприклад, Moba LS-250) використовується приукладання великих площ, як під ухилом, і горизонтальних, зокрема двосторонніх. Він встановлюється на боковину плити на висоті до 4,5 с. Який працює на довжині хвилі 670. 1000 нм ротаційний лазерний будівельник площині ставлять у зоні видимості. Обертаючи навколо горизонтальної осі, лазерний промінь створює площину навколо будівельника. Приймач під час руху асфальтоукладача реєструє відхилення від даної площини та передає сигнал котроллеру, який коригує положення плити.

Японська корпорація Topcon формує свою лінійку апаратури за тими самими принципами, що й компанія MOBA. Частиною її системи Paver System 5 є контролер із РК-дисплеєм, до якого підключають датчики ухилу, а також ультразвукові датчики висоти. Датчики є аналогом довгої лижі Smoothtrac і включають чотири датчики Sonic Tracker II на легкій довгій несучій. Система сумісна з попередньою System 4. лазерний приймач Topcon 9130, що працює з будівельником площини RT-5S, можна підключати замість датчиків висоти. Асфальтоукладач обладнаний бортовим комп'ютером із сенсорним екраном Leica Machine Computer MPC, до якого підключена призма та двоосьовий сенсор ухилу. Призма встановлена на бічному важелі, що несе вигладжує плити на щоглі.

Призма, що входить до 3D-системи Leica

На зручне місце у зоні видимості (не більше 600 м) встановлюється роботизований тахеометр Leica (серії TPS1200, TCA1800, TCA2003, TC2003) із завантаженими даними проекту. Тахеометр по двох-трьох опорних точках прив'язується до системи координат будівельного майданчика та відстежує призму в автоматичному режимі. Дані про поточне положення призми він передає до бортового комп'ютера за підключеним до нього радіомодемом (TCPS27S). Тудиж надходять дані від датчика ухилу про додаткові геометричні параметри. Комп'ютер на підставі отриманих даних будує тривимірну модель плити, що вигладжує, після чого звіряє її з проектом. Якщо є розбіжності, комп'ютер сигналізує про це контролерам MOBA-matic або контролеру для того, щоб вони виправили положення плити. Тахеометр переміщують на нове місце після того, як укладальник йде з його зони видимості. Схема з двома тахеометрами дозволяє виключити простої укладача, які не відповідають вимогам безперервного укладання. Укладач перемикається між тахеометрами за допомогою програмної утиліти Leapfrog Assistant.

За допомогою комплексу Leica Machine Guidance System – Road Paver (LMGS-P) швейцарської компанії Leica Geosystems система MOBA-matic розширюється до тривимірної. У цьому випадку вона здатна виконувати складні проекти з віражами, ухилами та частою зміною профілю дороги.

Американська компанія Trimble Navigation представляє аналогічну тривимірну систему. Її комплексом BladePro 3D або GCS900 оснащуються бульдозери, дорожні фрези та асфальтоукладачі. Комплекс складається з універсального програмного забезпечення Terramodel, бортового комп'ютера, що встановлюється на телескопічній щоглі плити, що вирівнює, призми, датчиків поперечного і поздовжнього ухилу, роботизованого тахеометра Trimble ATS.

Система здатна працювати у двовимірному режимі з будівельником площини та лазерними приймачами або з ультразвуковими датчиками висоти цієї компанії. Тахеометр після прив'язки та включення системи здатний самостійно знайти призму, після чого безперервно відстежувати її положення. Налаштування дозволяють визначати її координати з частотою до 6 разів на секунду.

Поверхні,площини, що влаштовуються за допомогою лазерного будівельника

Координати передаються тахеометром до бортового комп'ютера із завантаженими проектними даними з радіомодему. Після порівняння даних від датчиків ухилу та тахеометра з проектними даними комп'ютер обчислює коригувальні дії гідросистеми, які виконуються в автоматичному режимі або водієм вручну. У цій ситуації водій виходить із інформації, що виводиться на сенсорний екран комп'ютера. Система Topcon System 5 може бути розширена до тривимірної Topcon 3D Machine з аналогічним складом – призмою, бортовим комп'ютером, датчиками ухилу та тахеометром.

Постійна рівність шарів виключає перевитрату асфальту. Система забезпечує комплексне виконання з високим ступенем точності складних проектів з описом віражів, кривих і т.д. В обладнання входять кілька невеликих за розміром модулів, відповідно, немає труднощів з його транспортуванням, маневруванням укладача, монтажем та демонтажем. Це вигідно відрізняє цю систему від систем із багатоопорною лижею або струною. Також виключено вплив базової поверхні на рівність шару, що укладається. Якщо немає контакту з поверхнею, то не відбувається механічного зношування компонентів системи. Є можливість роботи цілодобово: водій орієнтується виходячи із показань приладів. Можливе підключення до тахеометра GPS-приймача, що дозволить здійснити прив'язку тахеометра до системи координат.

Роботи виконуються у більш короткі терміни при застосуванні систем із роботизованими тахеометрами. Це з зменшенням трудомістких операцій із контролю після кожного проходу укладача і винесення проекту на натуру.