電動(dòng)壓路機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)采用交-直-交傳動(dòng)方式，以柴油發(fā)動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)，由主發(fā)電機(jī)將發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。牽引變流柜將主發(fā)電機(jī)發(fā)出的電壓和頻率固定的三相交流電轉(zhuǎn)化為直流電，并由牽引逆變器將直流電轉(zhuǎn)化為電壓和頻率可控的交流電來(lái)驅(qū)動(dòng)輪轂牽引電機(jī)，輪轂牽引電機(jī)帶動(dòng)車輪實(shí)現(xiàn)推進(jìn)功能。當(dāng)牽引變流柜工作在制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，制動(dòng)能量可通過(guò)牽引逆變器的制動(dòng)控制，將其回饋到直流母線上給電池充電，如果不配置電池則通過(guò)斬波控制將制動(dòng)能量消耗在制動(dòng)電阻柵上，實(shí)現(xiàn)無(wú)摩擦制動(dòng)方式。采用PLC邏輯控制，可實(shí)現(xiàn)壓路機(jī)牽引、制動(dòng)的無(wú)調(diào)速和定速巡航功能。

     輪胎壓路機(jī)的電傳動(dòng)系統(tǒng)由電力推進(jìn)系統(tǒng)、24V電氣系統(tǒng)（硬件）、以及電控系統(tǒng)（軟件）組成。電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要功能是能量傳遞，將柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能驅(qū)動(dòng)輪轂驅(qū)動(dòng)電機(jī)，輪轂牽引電機(jī)把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能驅(qū)動(dòng)車輪實(shí)現(xiàn)行走。電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括永磁同步發(fā)電機(jī)、牽引變流柜、外轉(zhuǎn)子輪轂牽引電機(jī)、制動(dòng)電阻柵等，系統(tǒng)的額定電壓采用480VAC，原理圖如圖1所示

　　圖1 電力推進(jìn)系統(tǒng)原理圖

　　主發(fā)電機(jī)為永磁同步發(fā)電機(jī)，其技術(shù)參數(shù)可根據(jù)用戶要求定制：

　　額定功率：     100- 300kW

　　額定轉(zhuǎn)速：      2200r/min

　　額定電壓：      480VAC

　　額定頻率：      300Hz

　　數(shù)：             12

　　冷卻方式：      水冷（≤145℃）

　　緣等：      F

　　防護(hù)等：      IP54

　　工作制式：      S1

　　牽引變流裝置主要由發(fā)電機(jī)控制器、斬波器、牽引逆變器、吸收電容以及保護(hù)電路等組成，模塊化設(shè)計(jì)，集整流、斬波、變頻變流功能為體，采用一體化鑄鋁外殼，如圖2所示。

　　發(fā)電機(jī)控制器采用三相IGBT電路，將主發(fā)電機(jī)輸出的三相交流電轉(zhuǎn)化為電壓電流可調(diào)的直流電，輸送到斬波器和牽引逆變器。

　　牽引逆變器為電傳動(dòng)系統(tǒng)的技術(shù)核心所在，包括ICU（逆變控制單元）、FC（濾波電容器）、傳感器、逆變器功率模塊。牽引逆變器將直流電轉(zhuǎn)化為電壓和頻率可控的三相交流電，按控制所期望的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)輸出的電壓和電流波形，完成主電路和牽引電機(jī)之間的能量傳輸，實(shí)現(xiàn)壓路機(jī)推進(jìn)和電制動(dòng)的連續(xù)控制。壓路機(jī)在電制動(dòng)時(shí)，牽引逆變器通過(guò)控制，使?fàn)恳姍C(jī)工作在發(fā)電機(jī)模式，將制動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為電能并回饋到直流母線上。

　　斬波器由IGBT和功率二管橋式電路組成，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定母線電壓，消耗制動(dòng)能量的控制功能。系統(tǒng)對(duì)直流母線電壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如果母線電壓高于660VDC的設(shè)定值，斬波器投入工作，將制動(dòng)能量輸送到電阻柵，并由電阻柵把制動(dòng)能量消耗盡。

　　吸收電容用以消除由于母排的雜散電感引起的尖峰電壓，保證直流電壓的品質(zhì)。保護(hù)電路主要有直流母線正負(fù)對(duì)地漏電檢測(cè)保護(hù)電路、緊急放電電路、直流母線帶電指示電路。

　　圖2 牽引變流裝置三維圖

　　牽引變流裝置技術(shù)參數(shù)如下：

　　輸入電壓：      480VAC

　　額定功率：      100-300kW

　　斬波電壓：      660VDC

　　斬波功率：      100-300kW

　　輸出電壓：      0~480VAC

　　工作頻率：      1~300Hz

　　冷卻方式：      水冷（≤80℃）

　　防護(hù)等：      IP65

　　電阻柵將斬波器傳送過(guò)來(lái)的制動(dòng)能量以電阻發(fā)熱的形式消耗掉。電阻選用耐高溫材料Cr20Ni35。電阻柵外形尺寸及溫度曲線如圖3所示。

　　圖3 電驅(qū)系統(tǒng)電阻柵尺寸及溫升曲線

　　電阻柵技術(shù)參數(shù)如下：

　　斬波電壓：                660VDC

　　額定功率：                20-200kW（詳見(jiàn)制動(dòng)功率計(jì)算）

　　阻值（20℃）：         8.7Ω±5%

　　緣電阻：                ≤10MΩ

　　工頻耐壓：                2500VAC 1min不擊穿

　　電阻溫度：         不允許超過(guò)500℃

　牽引電機(jī)采用11臺(tái)外轉(zhuǎn)子輪轂電機(jī)，單臺(tái)技術(shù)參數(shù)如下：

　　額定功率：      10-28kW

　　額定電壓：      480VAC

　　額定轉(zhuǎn)速：      200r/min

　　峰值轉(zhuǎn)速：      900r/min

　　過(guò)載能力：      2.5倍

　　冷卻方式：      水冷（≤145℃）

　　防護(hù)等：      IP54

　　工作制式：      S1

　　24V電氣系主要由PLC（可編程控制器）、操縱桿（集成調(diào)速和換檔功能）、HMI（人機(jī)界面，可編程觸摸屏顯示器）、故障復(fù)位開關(guān)、以及信號(hào)采集傳感器等硬件組成，原理圖如圖4所示。

       可編程控制器PLC采用基于CoDeSys編程平臺(tái)的工程車輛用移動(dòng)控制器C310。C310是款基于CoDeSysV2.3軟件平臺(tái)開發(fā)的可現(xiàn)場(chǎng)編程控制器，在惡劣環(huán)境如高振動(dòng)、寬溫度變化和潮濕等條件下仍能正常工作，具有高可靠性和安性。

　　主要點(diǎn)如下：

　　16bit,40MHZ處理器；

　　2路CAN接口，1路RS232接口；

　　集成功率輸出供電管理，對(duì)輸出功能起到保護(hù)作用；

　　帶主板溫度檢測(cè)，可對(duì)PLC的運(yùn)行提供參數(shù)及保護(hù)；

　　帶主板電壓檢測(cè)，可實(shí)時(shí)掌握PLC的電源運(yùn)行情況；

　　集成鑰匙開關(guān)和保持開關(guān)，可對(duì)PLC的上電、斷電進(jìn)行軟件控制；

　　帶輸出故障檢測(cè)，可在任意時(shí)刻監(jiān)測(cè)PLC的輸出管腳是否正常；

　　可讀取用戶編碼，對(duì)用戶的程序及參數(shù)提供保護(hù)；

　　具有上電冷態(tài)檢測(cè)功能，可檢測(cè)PLC每個(gè)輸出管腳是否開路或短路（大于8A，帶FB功能管腳除外）；

　　高防護(hù)等IP67；連接器鍍金接觸、密封良好；

　　個(gè)8針AMP接插件和三個(gè)23針AMP接插件。

　　圖4 電控系統(tǒng)原理圖

　　圖5 PLC

　  調(diào)速-檔位操縱桿選用SEK系列，適用于礦山機(jī)械、船用機(jī)械、工程機(jī)械，如圖6所示。操縱桿具有以下點(diǎn)：

　　操縱桿集成調(diào)速信號(hào)和換檔信號(hào)，減少操作復(fù)雜性，節(jié)省安裝空間；

　　操縱桿金屬結(jié)構(gòu)安可靠，系統(tǒng)按IP65 等設(shè)計(jì)，防塵防水方面表現(xiàn)突出；

　　操縱桿配備模塊化電路輸出，性價(jià)比高；

　　操縱桿人性化設(shè)計(jì)，手柄握持感強(qiáng)，操作方便；

　　操縱桿帶中心零位鎖定，防止誤操作；

　　操縱桿采用摩擦定位，手動(dòng)復(fù)位，便于實(shí)現(xiàn)定速巡航控制。

　　圖6 集調(diào)速和換檔功能為體的操縱桿

　圖7 HMI

　　人機(jī)界面HMI選用上海鴻昶7寸CAN總線可編程觸摸屏，CAN總線口支持CAN2.0標(biāo)準(zhǔn)的所有CAN通訊協(xié)議，包括主流的CANopen和J1939協(xié)議，在工程機(jī)械、種車輛等域大量的應(yīng)用。HMI主要技術(shù)參數(shù)如下：

　　操作系統(tǒng)：      WINCE組態(tài)軟件

　　顯示尺寸：      7 寸真彩TFT（152.0W×91.0Hcm）

　　分辨率：          800×480

　　通訊口：      COM1：RS232/RS422/RS485/CAN，COM2：RS232C/RS485

　　工作溫度：      -10～60℃

　　工作濕度：      10～90％RH（無(wú)冷凝）

　　防震度：          10 ～25 Hz（X、Y、Z 方向2G/30min）

　　防護(hù)等：      IP65（面板）

　　電控系統(tǒng)通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)電傳動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集處理、控制算法邏輯分析、控制信號(hào)輸出、總線數(shù)據(jù)通信等功能。軟件由PLC主控制程序和顯示器程序兩部分組成，實(shí)現(xiàn)壓路機(jī)的推進(jìn)和電制動(dòng)轉(zhuǎn)矩控制、定速巡航、以及車輛狀態(tài)顯示/報(bào)警等人機(jī)交互功能。

　　主控制程序裝載于PLC中，按功能模塊編程，主要模塊包括：輸入口數(shù)據(jù)采集處理模塊、推進(jìn)控制功能模塊、信息分析處理模塊、故障診斷模塊、顯示器數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)通信模塊、信號(hào)輸出口控制模塊。

　　主控制程序的功能為，裝載控制軟件程序，實(shí)時(shí)檢測(cè)輸入口的指令信號(hào)，在滿足功能條件后，啟動(dòng)相應(yīng)功能模塊的控制程序，通過(guò)邏輯運(yùn)算輸出信號(hào)控制執(zhí)行元件工作，實(shí)現(xiàn)推進(jìn)、電制動(dòng)、狀態(tài)顯示等功能。PLC的數(shù)據(jù)顯示功能模塊接收牽引變流柜和發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并傳輸?shù)斤@示器進(jìn)行顯示，故障信息可進(jìn)行聲光報(bào)警，以提示駕駛?cè)藛T。

　　顯示器程序包括畫面制作和數(shù)據(jù)組態(tài)兩部分。顯示器畫面制作分為開機(jī)歡迎屏、主顯示屏、狀態(tài)監(jiān)控和報(bào)警屏，畫面顯示內(nèi)容為壓路機(jī)工作狀態(tài)的數(shù)據(jù)監(jiān)控和報(bào)警，包括電傳動(dòng)系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、以及發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)時(shí)工作狀態(tài)，并對(duì)故障信息進(jìn)行聲光報(bào)警和提示。顯示和報(bào)警功能由PLC和HMI共同實(shí)現(xiàn)，主要包括：工作狀態(tài)顯示，故障信息記錄和報(bào)警，人機(jī)交互操作。工作狀態(tài)顯示主要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、電傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。

　　輪胎壓路機(jī)的基本參數(shù)要求如下：

　　整機(jī)重量:                                  15-80t

　　發(fā)電機(jī)額定功率：                     100-300kW

　　工作速度：                                0～5km/h

　　行駛速度:                                11.5km/h

　　爬坡度:                                     20%

       輪轂電機(jī)數(shù)量：                          11臺(tái)

　　單臺(tái)輪轂電機(jī)額定功率：            10-28kW

　　輪轂電機(jī)峰值功率：                     2.5倍額定功率

　　輪轂電機(jī)額定轉(zhuǎn)速：                     200r/min