自動(dòng)運(yùn)料小車設(shè)計(jì)

文/孟令江,天津礦山工程有限公司

自動(dòng)運(yùn)料小車設(shè)計(jì)

文/孟令江,天津礦山工程有限公司

PLC的定義有許多種。國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）對(duì)PLC的定義是：可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。其應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使PLC與PLC之間、PLC與上位計(jì)算機(jī)以及其他設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散集中控制。

機(jī)器人；PLC；自動(dòng)控制

1 機(jī)器人概述

工業(yè)機(jī)器人的興起和發(fā)展是制造業(yè)為提高產(chǎn)品質(zhì)量、縮短產(chǎn)品制造周期和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率推動(dòng)的?；仡?0世紀(jì)50年代以來制造業(yè)的發(fā)展歷程，工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展源于制造業(yè)自動(dòng)化發(fā)展需求，成為制造自動(dòng)化生產(chǎn)線的關(guān)鍵設(shè)備。工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展推動(dòng)了制造業(yè)的思想進(jìn)步，同時(shí)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及系統(tǒng)也獲得了飛速發(fā)展，因此特種機(jī)器人的發(fā)展也要以需求為原則，充分研究我國(guó)非制造業(yè)自動(dòng)化的實(shí)際需要，確定特種機(jī)器人的研究領(lǐng)域發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，發(fā)展具有我國(guó)特色的特種機(jī)器人技術(shù)。

2 清淤裝置自動(dòng)控制綜述

隨著工業(yè)化大生產(chǎn)的推進(jìn)，廠礦企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，排污溝渠的清淤問題也受到越來越多的重視。而市場(chǎng)上的通用清淤設(shè)備如挖泥機(jī)，灌渠清淤機(jī)等無(wú)法適用于廠礦企業(yè)的清淤環(huán)境。目前廠礦企業(yè)排污清淤只要靠人力進(jìn)行清淤，這種方法不但清淤效率低，成本高，而且對(duì)人的身體健康造成很大的危害，在某些情況下無(wú)法進(jìn)行人力清淤。為此設(shè)計(jì)了一種機(jī)械自動(dòng)化清淤裝置，本次設(shè)計(jì)主要完成清淤機(jī)器人控制部分，包括上位機(jī)，下位機(jī)，載體的自動(dòng)運(yùn)行，遇障情況以及與小車的對(duì)接等等。

3 當(dāng)前國(guó)內(nèi)的清淤方法

根據(jù)我國(guó)目前的排水管道清淤的現(xiàn)狀，常用的清淤方法有人工清淤，和水利清淤法（高壓水射流清淤法和水沖刷清淤法）和機(jī)械清淤法等方式。

3.1 人工清淤法

工作人員在配備安全保護(hù)措施的情況下借助簡(jiǎn)單的工具，進(jìn)入溝渠內(nèi)部進(jìn)行清淤工作，并通過手推車將淤泥送到井口，達(dá)到一定量后由井口挖掘機(jī)挖出。但這些設(shè)備需要人工進(jìn)入管道進(jìn)行實(shí)地操作，并且只適用于人可進(jìn)入的溝渠，勞動(dòng)強(qiáng)度大，清淤速度慢，對(duì)工作人員的人身安全無(wú)法很好的保障。

3.2 機(jī)械清淤法

由于管道內(nèi)的工業(yè)廢水和工業(yè)廢渣，其腐蝕性水質(zhì)還會(huì)腐蝕水泥管道和金屬管道，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起管道破裂，管道破裂處或接口損壞處常有地下水夾雜的泥沙滲入，造成接口錯(cuò)位，管道堵塞等嚴(yán)重情況，再加上管道內(nèi)空間狹小等特殊情況。上述情況，嚴(yán)重制約了管道清淤機(jī)械的尺寸、體積，也給清淤機(jī)械的行走方式，作業(yè)姿態(tài)、操作工具、載體動(dòng)力、檢測(cè)動(dòng)力、檢測(cè)手段、控制方式等關(guān)鍵技術(shù)的研制增加很大難度。因?yàn)閯?dòng)力的限制，清淤機(jī)械應(yīng)設(shè)計(jì)成以自動(dòng)檢測(cè)為主，兼做人力不可及和危險(xiǎn)性，危害性較大的環(huán)境下的自動(dòng)清淤工作。清淤機(jī)械的機(jī)構(gòu)宜采用組合型體，分成機(jī)械載體，檢測(cè)控制裝置和清淤裝置三大部分。機(jī)械載體和作業(yè)裝置之間的連接可采用搭勾脫扣機(jī)構(gòu)能方便的連接和解脫。

4 清淤機(jī)械改革和創(chuàng)新

改進(jìn)在于通過PLC實(shí)現(xiàn)一對(duì)多的無(wú)線控制，自帶蓄電池供電，省去了通過電纜供電和通訊控制電纜的繁瑣。而且實(shí)現(xiàn)對(duì)電量的檢測(cè)，對(duì)橫貫溝渠內(nèi)的管道躲避和對(duì)遇障距離的測(cè)量。上位機(jī)采用遙控和顯示結(jié)合的一體方式，有發(fā)送指令的和顯示清淤機(jī)器人運(yùn)行狀態(tài)顯示的功能。淤泥小車和機(jī)器載體采用電磁鐵連接，在淤泥小車中的淤泥達(dá)到一定量后，淤泥小車和機(jī)器載體自動(dòng)分離，機(jī)器載體停止運(yùn)動(dòng)淤泥小車自動(dòng)后退。等到淤泥小車中的淤泥被清理干凈，淤泥小車開始運(yùn)行，當(dāng)淤泥小車和機(jī)器載體連接上，整個(gè)清淤機(jī)器人再次正常工作。

5 三菱FX系列PLC簡(jiǎn)述

5.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則

5.1.1 最大限度的滿足被空對(duì)象的控制要求。

5.1.2 保證控制系統(tǒng)的安全可靠。

5.1.3 滿足上面條件的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)適用和維修方便。

5.1.4 選擇PLC是考慮生產(chǎn)和工藝改進(jìn)所需要的余量。

本系統(tǒng)選用的是三菱系列PLC，三菱PLC的特點(diǎn):三菱PLC是小形化，高速度，高性能，除輸入出16～25點(diǎn)的獨(dú)立用途外，還可以適用于多個(gè)基本組件間的連接，模擬控制，定位控制等特殊用途，是一套可以滿足多樣化廣泛需要的PLC。

系統(tǒng)配置即固定又靈活；

1.編程簡(jiǎn)單；

2.備有可自由選擇，豐富的品種；

3.令人放心的高性能；

4.高速運(yùn)算；

5.使用于多種特殊用途；

6.外部機(jī)器通訊簡(jiǎn)單化；

7.共同的外部設(shè)備。

5.2 PLC的基本工作原理

任何一種繼電器控制系統(tǒng)都有三個(gè)部分組成的，即輸入部分，邏輯部分，輸入部分，其中輸入部分是指各類按鈕、開關(guān)等；邏輯部分是指由各種繼電器及其觸電組成的實(shí)現(xiàn)一定邏輯功能的控制線路；輸出部分是指各種電磁閥線圈，接通電動(dòng)機(jī)的各種接觸器以及信號(hào)指示燈等執(zhí)行電器。繼電器控制系統(tǒng)是根據(jù)各種輸入條件去執(zhí)行邏輯控制線路，這些邏輯控制線路是根據(jù)控制對(duì)象的需要以某種固定的線路連接好的，所以不能靈活變更。

6 清淤裝置載體部分軟件設(shè)計(jì)

對(duì)載體：按下載體遙控器載體啟動(dòng)按鈕，載體遙控器與 PLC1（CPU226）通信，PLC1接收到載體啟動(dòng)信號(hào)后立即通過通信模塊向PLC2發(fā)送載體啟動(dòng)信號(hào)，履帶電機(jī)（M1）啟動(dòng)，并且對(duì)其相應(yīng)的P WM控制設(shè)定前進(jìn)時(shí)的脈寬值。挖斗電機(jī)（M2）和傳送電機(jī)（M3）同時(shí)啟動(dòng)，載體向前運(yùn)行并且進(jìn)行正常的清淤工作。

當(dāng)小車上的 PLC2接受到載體啟動(dòng)信號(hào)后，控制電磁鐵吸合。這樣載體拉動(dòng)小車向前清淤，挖斗挖起來的淤泥通過傳送帶往復(fù)不斷地倒入小車車斗里面。

前進(jìn)過程中，清淤機(jī)器人同時(shí)進(jìn)行兩方面的判斷：1）PLC2判斷小車載重量是否過載。2）PLC1和PLC2共同控制遇障問題。

結(jié)論

通過設(shè)計(jì)任務(wù)的分析與國(guó)內(nèi)外相關(guān)課題的調(diào)研，提出較為合理的設(shè)計(jì)方案，完成了設(shè)計(jì)任務(wù)，主要進(jìn)行了以下幾個(gè)方面的設(shè)計(jì)：

（1）驅(qū)動(dòng)部分設(shè)計(jì)：根據(jù)機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

（2）對(duì)控制部分的設(shè)計(jì)：控制部分的軟件設(shè)計(jì)。

[1］查躍華，孫三梅.我國(guó)湖塘清淤機(jī)械現(xiàn)狀及清淤技術(shù)發(fā)展趨勢(shì).中國(guó)農(nóng)機(jī)化2005.2:32-36

［2］陸體成，李正飛，樊寶康，羅勇.機(jī)械清淤在擋潮閘下港道中的應(yīng)用.江蘇水利2007.6:88-89