高速公路除冰雪系统及其除雪方法
【专利摘要】本发明公开一种高速公路除冰雪系统，该系统包含主站层、与主站层通讯连接的从站层、与从站层通讯连接的除冰雪控制层；除冰雪控制层包含：设置在公路一侧的气道系统，该气道系统设有使空气在内流动的气道，气道上设有能吹风到公路路面的出气口，出气口可以改变方向；设置在气道系统的进气口的鼓风机，用于控制气道系统内的进风量；设置在气道系统中的加热器，用于控制气道系统内空气的温度；设置在气道系统中的电机，用于驱动出气口改变出气方向。本发明采用PLC控制气路和出气口，对冰雪进行清除，便于操作，在不关闭高速公路的情况下，快速清除冰雪，提高冰雪的清除效率稳定性，大大提高工作效率，节约资源。
【专利说明】高速公路除冰雪系统及其除雪方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种除冰雪系统，具体涉及一种基于PLC控制的高速公路除冰雪系统及其除雪方法。
【背景技术】
[0002]为了保持高速公路的快速、畅通，尽快、及时地除去公路上的冰雪，通常需要在下雪或结冰的路段进行除冰雪作业。但是传统的人工除冰雪的方法会消耗大量的人力物力和财力，现在的机械设备除冰雪清扫不干净，并且下雪和结冰时需要长时间关闭高速公路，在环境恶劣的情况下，例如下大雪或路面有冰的时候不能很及时的清除，会影响高速公路的开通，同时耗费很多资源。
【发明内容】
[0003]本发明提供一种高速公路除冰雪系统及其除雪方法，在有雪或冰时，不需要关闭高速公路就可以及时完全地清扫道路上的雪或冰，提高除冰雪的效率和稳定性。
[0004]为实现上述目的，本发明提供一种高速公路除冰雪系统，其特点是，该系统包含主站层、与主站层通讯连接的从站层、与从站层通讯连接的除冰雪控制层；
上述除冰雪控制层包含:
设置在公路一侧的气道系统，该气道系统设有使空气在内流动的气道，气道上设有能吹风到公路路面的出气口，出气口可以改变方向；
设置在上述气道系统的进气口的鼓风机，其通讯连接从站层，用于控制气道系统内的进风量；
设置在上述气道系统中的加热器，其通讯连接从站层，用于控制气道系统内空气的温
度；
设置在上述气道系统中的电机，其通讯连接从站层，用于驱动出气口改变出气方向。
[0005]该系统包含出气口运动机构，该出气口运动机构分别机械连接所述电机和出气口；所述的电机带动出气口运动机构，进而带动出气口，改变出气口的出气方向。
[0006]上述的出气口运动机构包含连接电机的电机输出轴、连接电机输出轴的凸轮机构、连接凸轮机构的固定机构，该固定机构连接出气口。
[0007]上述的凸轮机构包含连接电机输出轴的盘形凸轮和连接盘形凸轮的滚子直动从动件；固定机构为连杆，连杆分别连接滚子直动从动件和出气口。
[0008]上述从站层包含若干通过总线连接主站层的从站，每个从站下通信连接并控制一组或若干组鼓风机、加热器、出气口和电机；所述从站包含从站可编程逻辑控制器。
[0009]上述主站层包含控制室主计算机，以及电路连接该控制室主计算机的主站可编程逻辑控制器，该主站可编程逻辑控制器通过总线连接从站层。
[0010]上述除冰雪控制层包含若干段相互密封的气道系统，每段气道系统中包含有一组或若干组鼓风机、加热器、出气口和电机，分别对其所在的公路路段进行除雪。[0011]上述的气道包含内外两层，内层采用铁质材料、外层采用保温且耐温效材料制成。
[0012]上述的出气口与气道不是一体的，出气口和气道结合处设有球型活动机构，出气口活动的自由度为120°，该出气口和气道之间的球型活动机构设有密封机构。
[0013]一种上述高速公路除冰雪系统的除雪方法，其特点是，该方法包含:
主站层判断需要除冰雪，则通过从站层控制鼓风机从气道系统通过出气口向路面吹风，通过加热器对通过鼓风机进入到气道内的风进行加热；
从站层通过电机带动出气口运动机构而改变出气口的方向；
主站层根据路面的结冰情况，使从站层控制鼓风机的鼓风量和加热器的加热温度； 主站层根据结冰所在路段，通过相应从站层控制结冰路段的气道系统对路面进行吹
风；
主站层判断高速路上除雪完成后，通过从站层关闭鼓风机、加热器和电机。
[0014]本发明高速公路除冰雪系统及其除雪方法和现有技术相比，其优点在于，本发明采用PLC控制气路和出气口，对冰雪进行清除，便于操作，在不关闭高速公路的情况下，快速清除冰雪，提高冰雪的清除效率稳定性，大大提高工作效率，节约资源。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本发明高速公路除冰雪系统的总体框图；
图2为本发明高速公路除冰雪系统的气道系统的俯视图；
图3为本发明高速公路除冰雪系统的气道系统的侧视图；
图4为本发明高速公路除冰雪系统的气道系统的局部图；
图5为本发明高速公路除冰雪系统的出气口运动机构的示意图；
图6为本发明高速公路除冰雪系统的气道系统及出气口的布置示意图。
【具体实施方式】
[0016]以下结合附图，进一步说明本发明的具体实施例。
[0017]如图1所示，本发明公开一种基于可编程逻辑控制器(PLC)高速公路除冰雪系统包含:主站层1、与主站层I通讯连接的从站层2、与从站层2通讯连接的除冰雪控制层3。
[0018]主站层I包含:控制室主计算机11，以及电路连接该控制室主计算机11的主站可编程逻辑控制器12，该主站可编程逻辑控制器12通过总线连接从站层2。
[0019]从站层2包含若干个从站21，每个从站21包含有从站可编程逻辑控制器，每个从站可编程逻辑控制器通过总线连接至主站层1，并且通信连接并控制除冰雪控制层3下的一组或若干组组件，每组组件包含:加热器31、鼓风机32和电机33。从站层2中还包含有变频器22，用于变频控制除冰雪控制层3的加热器31、鼓风机32和电机33。
[0020]本实施例中，本系统通过主站层I的控制室主计算机11来控制主站可编程逻辑控制器12和从站可编程逻辑控制器21，主站层I是用来监控与管理整个除冰雪系统PR0FIBUS-DP网络的情况，主站层I的每一个总控制室里的控制室主计算机11可控制十段路，十段路可共设置十个从站21，每个从站的PLC用来控制除冰雪控制层3下每段道路的用于除冰雪的组件。
[0021]除冰雪控制层3包含:出气口运动机构35、气道系统34、以及设置在气道系统34中的电机33、鼓风机32和加热器31。
[0022]如图2并结合图3和图4所示，气道系统34设置在公路路边，该气道系统34设有向一个方向运输空气的气道341，该气道系统34设有能吹风到公路路面的若干出气口 342，气道系统34通过该出气口 342与外界连通，每个出气口 342由其对应电机33驱动出气口运动机构35控制来改变方向。气道系统34在路边形成气路网络体系。鼓风机32设在气道341的进气口处，加热器31设置在气道341中，电机33与出气口运动机构35设置在气道341外。
[0023]进一步的，电机33、鼓风机32和加热器31及其对应的出气口运动机构35和出气口 342分成若干组分别布置在气道系统34中。每组电机33、鼓风机32和加热器31分别通讯连接其所在地区的从站21，鼓风机32由从站21控制，控制鼓风机32的转速，从而控制气道内进风的多少；加热器31由从站21控制，用于控制加热器31的发热量，从而控制气道内空气的温度。电机33由从站21控制，用于控制电机33带动的出气口运动机构35，从而改变对应的出气口 342的出风方向，进而可以改变出气口 342出来的气流方向，保证整个路面都能吹到。气道341采用内部为铁质的材料、外部为有保温且耐温效材料制成。
[0024]如图4所示，可活动的出气口 342与气道341不是一体的，气道341设置出气口342处设有开口，开口上设有半封闭的球型密封罩。出气口 342的尾端设有和气道341上球型密封罩形状大小相适配的球型端，出气口 342的球型端的形状大小稍小于气道341的球型密封罩的形状大小，并且出气口 342的球型端套设在气道341的球型密封罩中，气道341的球型密封罩上出气口 342处设有弧度角度约为120°的开口，气道341在该开口中可自由转动。出气口 342的球型端与气道341的球型密封罩之间设有密封机构，防止漏风。
[0025]如图5并结合图2、图3所示，为了能够对整个路面的冰雪进行清理，利用电机33通过凸轮机构实现出气口 342的左右运动。出气口运动机构35包括电机输出轴351、盘形凸轮352、轮子直动从动件353、和连杆354组成。电机输出轴351 —端连接电机33、一端与盘形凸轮352连接，盘形凸轮352与滚子直动从动件353连接，滚子直动从动件353通过连杆354与出气口 342相连，出气口 342固定在连杆354上。盘形凸轮352和滚子直动从动件353组成了凸轮机构。电机33转动时，电机输出轴351带动盘形凸轮352转动，滚子直动从动件353会沿着盘形凸轮352的轮廓左右运动，同时通过连杆354带动出气口 342左右运动，从而实现出气口向路面左右吹气，保证整个路面都能吹到。出气口运动机构采用铁质、不易变形的材料制成。
[0026]如图6所示，气道系统34设置在高速公路超车道的一侧，本发明的另一个实施例中，高速公路除冰雪系统包含有若干段水平设置、依次连接的气道系统34，各个气道系统34中的气道341相互密封，每段气道341都设置为一字形，每段气道系统中包含有合理数量的一组或若干组鼓风机、加热器、出气口和电机，分别对其所在的公路路段进行除雪，其中每段气道都设置有合理数量及位置的出气口 342，出气口 342正对路面，出气口 342运动后可以吹向整个路面。
[0027]通常气道系统34和出气口运动机构35设置在路段相应位置。当需要在某一路段需要除冰雪时，主站层I向从站层2中对应该路段的从站21发送指令，该从站21控制其下加热器31打开、鼓风机32启动、电机33启动，通过出气口 342对有冰或雪路面进行吹热风，可以根据雪或冰的大小调节加热器31和鼓风机32的大小，从而使路面上的冰或雪融化。[0028]当不需要除冰雪时或冰雪清扫完后，主站层I向从站层2中对应该路段的从站21发送指令，该从站21控制其下气加热器31关闭、鼓风机32关闭、电机33关闭。
[0029]由于在某个路段下雪或结冰的不确定性，所以本发明中设计每个路段除冰雪系统中的气道系统34都是独立控制的，可以根据下雪或结冰的具体情况对各个的气道系统34独立控制。
[0030]本发明还公开一种基于可编程逻辑控制器(PLC)控制的高速公路除冰雪系统的单段除冰雪系统的控制方法包含以下内容:
主站层I判断是否需要开启除冰雪系统，若是开启除冰雪系统，则通过从站层2控制电机33启动、鼓风机32启动和加热器31开启，鼓风机32向气道内鼓风，加热器31对加入到气道341内的空气进行加热，提高气道341内空气温度，电机31带动出气口运动机构35，进而带动出气口 342，使从气道341内出来的热空气吹向有雪或结冰的路面，主站层I通过判断各个路段的下雪或结冰情况，可以通过从站层2调节相应路段的加热器31加热强度和鼓风机32鼓风的大小。并且主站层I根据结冰所在路段，通过相应从站层2控制结冰路段的气道系统对路面进行吹风。
[0031]主站层I判断某路段雪或冰已经清除完，需要关闭相应路段的除冰雪系统时，通过从站层2关闭相应的加热器31、鼓风机32和电机33。
[0032]尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
【权利要求】
1.一种高速公路除冰雪系统，其特征在于，该系统包含主站层、与所述主站层通讯连接的从站层、与所述从站层通讯连接的除冰雪控制层； 所述除冰雪控制层包含: 设置在公路一侧的气道系统，该气道系统设有使空气在内流动的气道，气道上设有能吹风到公路路面的出气口，出气口可以改变方向； 设置在所述气道系统的进气口的鼓风机，其通讯连接所述从站层，用于控制气道系统内的进风量； 设置在所述气道系统中的加热器，其通讯连接所述从站层，用于控制气道系统内空气的温度； 设置在所述气道系统中的电机，其通讯连接所述从站层，用于驱动出气口改变出气方向。
2.如权利要求1所述的高速公路除冰雪系统，其特征在于，该系统包含出气口运动机构，该出气口运动机构分别机械连接所述电机和出气口 ；所述的电机带动出气口运动机构，进而带动出气口，改变出气口的出气方向。
3.如权利要求2所述的高速公路除冰雪系统，其特征在于，所述的出气口运动机构包含连接电机的电机输出轴、连接电机输出轴的凸轮机构、连接凸轮机构的固定机构，该固定机构连接出气口。
4.如权利要求3所述的高速公路除冰雪系统，其特征在于，所述的凸轮机构包含连接电机输出轴的盘形凸轮和连接盘形凸轮的滚子直动从动件；固定机构为连杆，连杆分别连接滚子直动从动件和出气口。
5.如权利要求1所述的高速公路除冰雪系统，其特征在于，所述从站层包含若干通过总线连接主站层的从站，每个从站下通信连接并控制一组或若干组鼓风机、加热器、出气口和电机；所述从站包含从站可编程逻辑控制器。
6.如权利要求1所述的高速公路除冰雪系统，其特征在于，所述主站层包含控制室主计算机，以及电路连接该控制室主计算机的主站可编程逻辑控制器，该主站可编程逻辑控制器通过总线连接从站层。
7.如权利要求1或5所述的高速公路除冰雪系统，其特征在于，所述除冰雪控制层包含若干段相互密封的气道系统，每段气道系统中包含有一组或若干组鼓风机、加热器、出气口和电机，分别对其所在的公路路段进行除雪。
8.如权利要求1所述的高速公路除冰雪系统，其特征在于，所述的气道包含内外两层，内层采用铁质材料、外层采用保温且耐温效材料制成。
9.如权利要求1所述的高速公路除冰雪系统，其特征在于，所述的出气口与气道不是一体的，出气口和气道结合处设有球型活动机构，出气口活动的自由度为120°，该出气口和气道之间的球型活动机构设有密封机构。
10.一种如权利要求1至9中任意一项权利要求所述高速公路除冰雪系统的除雪方法，其特征在于，该方法包含: 主站层判断需要除冰雪，则通过从站层控制鼓风机从气道系统通过出气口向路面吹风，通过加热器对通过鼓风机进入到气道内的风进行加热； 从站层通过电机带动出气口运动机构而改变出气口的方向；主站层根据路面的结冰情况，使从站层控制鼓风机的鼓风量和加热器的加热温度；主站层根据结冰所在路段，通过相应从站层控制结冰路段的气道系统对路面进行吹 风； 主站层判断高速路上除雪完成后，通过从站层关闭鼓风机、加热器和电机。
【文档编号】E01C11/26GK103938521SQ201410202271
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年5月14日 优先权日:2014年5月14日
【发明者】张永奎, 潘涛, 雷凤泽, 王洪航 申请人:上海海事大学