一種清掃設(shè)備的電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李超 楊曉鴻 胡翰林 范慶波 李瑞

[摘? ? 要]為了提高原煤卸料后的清掃效率，降低人工清掃時的安全隱患。設(shè)計(jì)了一種可以為原煤車皮內(nèi)部清掃的清掃機(jī)構(gòu)，該設(shè)備主體結(jié)構(gòu)包括了機(jī)械結(jié)構(gòu)和電控系統(tǒng)，文章主要研究了該機(jī)構(gòu)的電控程序設(shè)計(jì)問題，給出了一整套基于西門子1200系列PLC的操作控制系統(tǒng)。經(jīng)過校正后。該系統(tǒng)能夠較好地滿足清掃機(jī)構(gòu)的清掃要求，同時提高了安全保障，降低了人工的勞動強(qiáng)度。

[關(guān)鍵詞]清掃機(jī)構(gòu);PLC控制;梯形圖

[中圖分類號]TM615 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）11–00–03

Design of an Electric Control System for Cleaning Equipment

Li Chao， Yang Xiao-hong， Hu Han-lin， Fan Qing-bo， Li Rui

[Abstract]In order to improve the cleaning efficiency of raw coal after unloading and reduce the potential safety hazards during manual cleaning. A cleaning mechanism which can clean the inside of raw coal wagon is designed. The main structure of the equipment includes mechanical structure and electric control system. This paper mainly studies the electric control program design of the mechanism， and gives a complete set of operation control system based on Siemens 1200 series PLC. After correction. The system can better meet the cleaning requirements of the cleaning mechanism， improve the safety guarantee and reduce the labor intensity.

[Keywords]cleaning mechanism; PLC control; ladder diagram

鐵路作為煤炭供給運(yùn)輸?shù)闹饕绞剑捎诖嬖谥\(yùn)輸瓶頸的客觀因素制約，運(yùn)力配置不平衡，因此煤炭運(yùn)輸?shù)馁|(zhì)量和品質(zhì)至關(guān)重要。原煤車皮作為主要運(yùn)輸原煤的火車，在運(yùn)輸過程中會遇到各種天氣，造成車廂內(nèi)部存在復(fù)雜多變的情況。因此，本著改善和解決該現(xiàn)象設(shè)計(jì)了一套專門用來清掃車皮的清掃設(shè)備的控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過多個不同的控制模塊組合起來以此靈活控制清掃機(jī)構(gòu)的動作，并以此實(shí)現(xiàn)自動清掃的目標(biāo)。

1 清掃機(jī)器人的控制方式

本文研究的清掃設(shè)備使用上位機(jī)和下位機(jī)通過RS485進(jìn)行串行通信的形式。其中作為上位機(jī)的觸摸屏主要是為了實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，實(shí)時查看設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和機(jī)器人運(yùn)行時的參數(shù)輸入。下位機(jī)則是由PLC作為CPU實(shí)現(xiàn)機(jī)器人邏輯運(yùn)行功能，滿足工藝需求。機(jī)器人電氣控制系統(tǒng)主要由以下幾個部分組成：觸摸屏監(jiān)控系統(tǒng)（上位機(jī)）、PLC控制系統(tǒng)（下位機(jī)）、控制元器件、變頻電機(jī)及變頻器。一方面，PLC通過指令直接控制清掃設(shè)備電機(jī)的各種動作;另一方面，不間斷實(shí)時收集各類型傳感器傳輸回的數(shù)據(jù)并通過軟件處理后顯示在觸摸屏上。

2 清掃機(jī)器人PLC控制系統(tǒng)

清掃機(jī)器人PLC控制系統(tǒng)主要由西門子1200PLC、電機(jī)控制電路、信號采集傳輸電路、電源電路組成。

2.1 西門子1200系列PLC

作為原煤K車皮清掃機(jī)器人控制系統(tǒng)的最關(guān)鍵核心器件，經(jīng)過反復(fù)的比較與選型，選取西門子1215C作為PLC的型號，1215C為100 KB工作存儲器;

24VDC電源，板載DI14x24VDC漏型/源型，DQ10x24VDC及AI2和AQ2;板載6個高速計(jì)數(shù)器和4個脈沖輸出;信號板擴(kuò)展板載I/O;多達(dá)3個通信模塊用于串行通信;多達(dá)8個信號模塊用于I/O擴(kuò)展;0.04 ms/1000條指令;2個PROFINET端口用于編程，HMI和PLC間的通信。

2.2 電機(jī)驅(qū)動部分

圖1是PLC的接線端口圖，電機(jī)的控制及其轉(zhuǎn)速控制是通過PLC端口與變頻器鏈接后通過變頻器控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。通過PLC程序按一定得控制目的運(yùn)算后，由AO模塊（模擬量輸出模塊）輸出控制信號（電流或電壓信號）至變頻器，即可實(shí)現(xiàn)PLC——電機(jī)的調(diào)速。

2.3 傳感器感應(yīng)部分

對射型光電開關(guān)的特點(diǎn)在于：可辨別不透明的反光物體，有效距離大，不易受干擾，高靈敏度，高解析，高亮度，低功耗，響應(yīng)時間快，使用壽命長。廣泛應(yīng)用于投幣機(jī)、小家電、投幣機(jī)、自動感應(yīng)器、傳真機(jī)、掃描儀等設(shè)備上面如圖2所示。

本清掃設(shè)備設(shè)置二組對射型光電開關(guān)，第一組光電檢測車廂的開始運(yùn)動;當(dāng)?shù)诙M光電開關(guān)起作用后行走機(jī)構(gòu)移動到指定位置，設(shè)備開始自動運(yùn)行。

圖3為光電開關(guān)的部分PLC程序梯形圖，當(dāng)接收到感應(yīng)信號后，清掃機(jī)器人各部分開始置位預(yù)啟動和復(fù)位等待接收信號指令。

3 清掃設(shè)備控制程序

清掃裝置的程序由一個主程序作為主體，各子程序模塊嵌入其中。清掃裝置的子程序分為：手動模塊、計(jì)數(shù)模塊、轉(zhuǎn)換模塊、自動回原點(diǎn)模塊、AUTO自動模塊、故障模塊、找平模塊和位移開關(guān)模塊。各子模塊組合到一起來實(shí)現(xiàn)對清掃機(jī)構(gòu)的整體控制。圖4為控制主程序。

3.1 手動模塊

圖5為手動模塊部分梯形圖，手動模塊是在清掃機(jī)構(gòu)開始啟動時做手動調(diào)試和試運(yùn)行的模塊。當(dāng)設(shè)備電源打開后，通過觸摸屏上按鈕啟動變頻器等頻率達(dá)到50Hz時在進(jìn)行清掃機(jī)構(gòu)的各部位手動調(diào)試，以此來確定設(shè)備的整體狀態(tài)。

3.2 計(jì)數(shù)模塊

圖6為計(jì)數(shù)模塊部分程序梯形圖，計(jì)數(shù)模塊是通過前后光電開關(guān)來對清掃完成的車廂進(jìn)行計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)來實(shí)時顯示當(dāng)前的清掃車廂數(shù)。

3.3 自動運(yùn)行模塊

圖7為清掃機(jī)構(gòu)的自動運(yùn)行模塊的部分程序梯形圖，該模塊為使清掃機(jī)構(gòu)具備自動運(yùn)行的程序模塊，通過掃描上升沿指令、轉(zhuǎn)移值指令、比較指令、接通延時指令來對清掃機(jī)構(gòu)的自動運(yùn)行過程中的操作順序進(jìn)行編排與設(shè)計(jì)。

3.4 故障模塊

圖8為故障模塊的程序梯形圖，該模塊為當(dāng)任何一處點(diǎn)位發(fā)生故障時，會給出相應(yīng)的報警指示，提示當(dāng)前故障故障位置。

3.5 位移開關(guān)模塊

圖9為位移開關(guān)模塊的部分程序梯形圖，該模塊為當(dāng)清掃機(jī)構(gòu)使用自動運(yùn)行模塊時通過值范圍指令來判斷清掃機(jī)構(gòu)相應(yīng)分布動作是否完成到位，以此來繼續(xù)進(jìn)行下一階段的動作。

4 結(jié)語

根據(jù)清掃設(shè)備清掃技術(shù)要求，提出了一種以觸摸屏結(jié)合PLC為核心的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程操控清掃機(jī)器人完成復(fù)雜清掃功能的技術(shù)要求，解決了清掃設(shè)備在清掃車皮內(nèi)部復(fù)雜環(huán)境時遇到的清掃困難等問題。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉金琨.機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與MATLAB仿真[M].北京：清華大學(xué)出版社，2008.

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