基于PLC的小型純電動清掃車控制系統(tǒng)設(shè)計

摘要：本文以小型純電動清掃車為研究對象，根據(jù)清掃車的結(jié)構(gòu)和工作原理，分析清掃系統(tǒng)的控制需求，基于PLC控制器設(shè)計了清掃系統(tǒng)的電路和控制程序，實車測試后表明該控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，可靠性高。

關(guān)鍵詞：純電動清掃車 控制系統(tǒng) PLC

0 引言

汽車尾氣排放所引起的空氣污染問題和石油危機問題，使得采用綠色能源的電動汽車受到越來越多的人的關(guān)注。人們普遍認為純電動汽車將是未來汽車工業(yè)的發(fā)展趨勢，但是受到現(xiàn)有電池技術(shù)水平的限制，電池能量密度普遍偏低，導致純電動汽車的續(xù)駛里程有限，另外充電設(shè)施建設(shè)以及安全問題，使得純電動化在家用乘用車和長途貨運領(lǐng)域的發(fā)展受到極大的限制。

小型清掃車作為面向住宅區(qū)、廠區(qū)的清掃專用車，具有區(qū)域化工作，里程固定，使用時間短等特點，可以忽略上述限制，非常適合純電動化。本文將研究以鉛酸電池為能源，電池為驅(qū)動系統(tǒng)的小型電動清掃車，設(shè)計出操作簡單，工作可靠的控制系統(tǒng)。

1 電動清掃車結(jié)構(gòu)

此小型清掃車為吸掃式結(jié)構(gòu)，為了避免清掃時掃盤引起的二次揚塵污染問題，在掃盤前端加裝了灑水噴頭，同時為了解決垃圾箱內(nèi)垃圾塵土與空氣分離問題，加裝了吸式除塵裝置。該小型純電動清掃車的總體結(jié)構(gòu)可以分為行駛系統(tǒng)（如圖1）和清掃系統(tǒng)（如圖2）兩部分。

行駛系統(tǒng)部分主要實現(xiàn)車輛的行駛，轉(zhuǎn)向等功能，由車輛底盤、驅(qū)動電機、電池組和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等組成。該車輛底盤為清掃車專用底盤，預留了清掃系統(tǒng)的安裝空間，為整個車身提供承載；驅(qū)動電機為他勵直流電機，后置后驅(qū)結(jié)構(gòu)，可滿足行駛功率需求；電池組由8塊12V鉛酸電池組串并聯(lián)后組成，為行駛系統(tǒng)和清掃系統(tǒng)提供電源。

清掃系統(tǒng)部分主要由掃盤、滾刷、傳送帶和垃圾收集系統(tǒng)為主要的功能部件。噴嘴向路面灑水，前邊刷將垃圾和塵土向滾刷前部集中，再由滾刷將垃圾塵土掃入垃圾傳送帶，傳送帶將垃圾送入垃圾箱內(nèi)。風機吸入路面上的垃圾塵土，經(jīng)除塵設(shè)備濾塵，使垃圾塵土與流動氣流分離，最后將干凈空氣排出。最后垃圾箱中可通過自卸結(jié)構(gòu)傾倒，將垃圾倒出至垃圾處理點。前掃盤可以升降和左右移動，滾刷也可以升降，只有在清掃時，掃盤和滾刷才下降至預定位置。

2 控制需求分析

根據(jù)清掃車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理，可以將驅(qū)動控制和清掃控制電路進行分析，驅(qū)動控制主要是車輛的行駛控制，由于該他勵電機有專門的電機控制器來驅(qū)動，通過加速踏板的開度信號可以控制驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速，從而控制車輛的行駛速度。而車輛的前進或后退可以通過在轉(zhuǎn)向盤上設(shè)置檔位開關(guān)來實現(xiàn)。本文將主要分析清掃控制系統(tǒng)的功能需求及實現(xiàn)方法。

2.1 清掃動作

清掃時，掃刷、滾刷、傳送帶和風機會同時動作，因此可以統(tǒng)一由一個清掃按鍵控制。當此鍵按下時，掃刷電機、滾刷電機、傳送帶電機和風機同時工作。

2.2 掃刷電機的移動控制

前掃刷可上下升降或左右橫向移動，各通過兩個直線電機的換向驅(qū)動實現(xiàn)，在清掃過程中，左、右掃刷可能需要隨時根據(jù)路面寬度調(diào)整橫向距離，因此其橫向移動應(yīng)該分別獨立控制。而工作區(qū)域道路平整度良好，左右掃刷的工作高度可以一致，因此其升降動作可以一起控制。所以前掃刷的移動控制應(yīng)通過六個自復位按鍵來實現(xiàn)控制。

2.3 灑水控制

灑水動作通過水泵實現(xiàn)，不需要一直工作，通過灑水開關(guān)獨立控制。

2.4 傾倒控制

垃圾箱有傾倒和回位兩個動作，通過控制液壓泵和液壓閥實現(xiàn)，由自復位按鍵開關(guān)控制。

3 控制系統(tǒng)設(shè)計

清掃車的控制系統(tǒng)設(shè)計遵循簡單可靠的原則，實現(xiàn)清掃智能化。電氣控制系統(tǒng)采用IC200UDR040 PLC（上圖3）作為主控器，PLC上電自檢完成后，將點亮儀表READY信號，方可接收駕駛員的按鍵動作，控制機構(gòu)執(zhí)行相應(yīng)的動作。

3.1 掃刷橫向移動控制

掃刷的橫向移動控制電路由三個車用繼電器實現(xiàn)，如圖4所示。繼電器KA2和KA3均有一個常閉端和一個常開端，未動作前，KA2和KA3的常閉端與電源負極相連，動作時，只需控制KA2（或KA3）的常開端閉合即可。

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圖4 邊刷橫向控制電路

左邊刷橫向控制流程如圖5所示，當有鍵按下時，繼電器KA1吸合。由于操作方式為自復位按鈕，存在同時按下的可能，左、右按鍵在控制程序中做了軟件互鎖。左移鍵按下，繼電器KA1吸合，掃刷左移；右移鍵按下，繼電器KA3吸合，掃刷右移。按鍵松開時，KA1在KA2（或KA3）斷開前先斷開，這樣可以防止由于電機自感導致繼電器觸點斷開時引起打火爬電而引起的瞬間短路。

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圖5 左邊刷橫向控制流程

3.2 清掃控制

當清掃按鍵閉合時，PLC將清掃標志位置1，滾刷自動下降至預定位置，接近開關(guān)輸出低電平信號，PLC控制接觸器閉合，清掃系統(tǒng)電機（左右邊刷、滾刷和傳送帶電機）通電工作。當清掃按鍵處于斷開狀態(tài)，檢測到清掃標志位為1時，PLC控制接觸器斷開，清掃系統(tǒng)電機斷電停止，滾刷上升至行程底部自動停止（該過程為延時控制），清掃標志位清0。清掃控制流程如圖6所示。

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圖6 清掃控制流程

4 結(jié)語

本文以小型電動清掃車為研究對象，根據(jù)其工作特點設(shè)計了基于PLC控制器的電氣控制系統(tǒng)，整個系統(tǒng)操作簡單可靠，實現(xiàn)清掃車的智能化控制。在實車上應(yīng)用后，改善了駕駛員的操縱便利性，有利于純電動清掃車品質(zhì)提升。

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[3]沈潔，丁偉等.基于PLC的太陽能追光系統(tǒng)的設(shè)計.工業(yè)控制計算機，2011（24），113-114.

課題來源：2012年度湖南省科技廳研究項目（項目號：2012GK3051自動型電動環(huán)保清掃車的開發(fā)）。

作者簡介：毛華峰（1983-），男，工程師，工學學士，主要從事發(fā)動機及環(huán)衛(wèi)車輛的設(shè)計開發(fā)工作。