PLC在ZGC60型渣罐車工作裝置電液控制系統中的應用

吳勁松

(安徽銅冠機械股份有限公司 技術中心， 安徽 銅陵 244061)

PLC在ZGC60型渣罐車工作裝置電液控制系統中的應用

吳勁松

(安徽銅冠機械股份有限公司 技術中心， 安徽 銅陵 244061)

簡述了ZGC60型渣罐車及其工作裝置構成，重點介紹了ZGC60型渣罐車工作裝置電控系統，在控制系統中引入PLC控制，簡化了電路設計，實現了大型設備的智能化和操作的簡單化，提高了設備工作的安全性和可靠性。

渣罐車； 工作裝置； 電控系統； PLC

ZGC60型渣罐車是安徽銅冠機械股份有限公司生產的一種特種運輸作業車輛，主要應用于鋼廠、冶煉廠等爐渣處理工藝中的爐渣運輸環節，可以完成從地面上抱起渣罐到車輛上，在廠區內運輸到指定地點然后傾倒爐渣，再把渣罐放回到地面等工作任務。

ZGC60型渣罐車采用電液一體化控制系統，整機電液控制系統較復雜，按其功能可分為行走驅動電液控制系統、轉向電液控制系統、制動電液控制系統和工作裝置電液控制系統[1]。行走、轉向與制動系統由車輛底盤實現，本文僅介紹其工作裝置電液控制系統。

1 ZGC60型渣罐車工作裝置及其控制系統要求

ZGC60型渣罐車體積較大，由前車頭和后車架組成，其結構如圖1所示，前車頭布置有柴油發動機和駕駛室，后車架承載車廂和工作裝置。它的工作裝置主要包括兩側起提升翻轉作用的大臂工作機構、起穩定支撐作用的雙支腿工作機構、用于穩罐和翻罐的定位銷工作機構以及起隔離作用的百葉窗工作機構。

ZGC60渣罐車的工作過程為叉罐——支撐——抱罐——卡定位銷——轉場——支撐——倒(翻)罐——回場——拔定位銷——卸罐，在上述工作過程中，工作裝置對應的動作主要有：支腿支撐、大臂起落、卡銷拔銷以及工作時打開和行走時關閉的百葉窗啟閉。這些動作是通過兩大臂油缸、兩支腿油缸、兩固定銷油缸和百葉窗油缸的動作實現的，因此，工作裝置的電液控制系統主要實現對這些油缸動作的控制。

渣罐車在工作過程中承受的負載變化大，要求工作裝置動作平穩，對工作裝置的同步度和準確度要求較高，需多部件協同工作，傳統的控制方法因線路復雜、操作煩瑣而難以實現，因此，在其工作裝置的控制系統設計中引入了可編程控制器(簡稱PLC)，實現了渣罐車工作裝置的自動控制，簡化了控制系統的電路設計，大大提高了工作機構動作的靈活性和安全性。

2 工作裝置電控系統硬件構成

ZGC60渣罐車工作裝置的電控系統由PLC、輸入輸出電路、顯示屏和CAN總線組成。PLC采用芬蘭EPEC公司的3724控制器，為工作裝置控制系統的核心；顯示屏采用德國GRAF- SYTECO公司的MCQ4000系列，用于顯示系統的實時工作狀態及系統參數設置，控制器與顯示器之間采用CAN總線連接。

2.1 PLC

電控系統的PLC采用芬蘭EPEC OY公司的3724控制器，3724是一款結構緊湊的多功能控制器，優化的輸入和輸出針腳使其能用于眾多的控制系統。3724控制器是EPEC2024控制器的升級版，它的I/O配置與2024完全兼容，I/O針腳總數為52個，包括開關量輸入輸出、模擬量輸入、脈沖輸入、PWM輸出、電流反饋輸入；具備兩路CAN總線接口，接口遵循CAN2.0規范。3724控制器防護等級達IP67，適用于高震動、大溫度變化、潮濕等長期惡劣環境，采用直流24 V供電，在工程車輛上應用廣泛。

圖2 PLC輸入輸出電路簡圖

2.2 PLC輸入電路

PLC輸入電路，如圖2左側所示，由開關量輸入和模擬量輸入組成。

(1)開關量信號。該部分由操作開關、選擇按鈕、支腿上下限位開關、液壓壓力報警開關、過濾器堵塞報警開關以及來自行走系統的駐車、空檔等安全信號組成，用于采集外部的操作信號及限位、報警等開關量信號。

(2)模擬量信號。該部分由大臂操作手柄、大臂位置傳感器、氣壓、液壓壓力變送器和液壓油溫傳感器等模擬量輸入信號組成。其中大臂操作手柄為0～5 V變化的電壓信號，傳感器及變送器為4～20 mA電流信號。

2.3 PLC輸出電路

PLC輸出電路，如圖2右側所示，由開關量輸出和脈沖寬度調制(PWM)輸出信號組成。

(1)開關量輸出。用于繼電器、散熱器、指示燈、系統報警輸出以及其它輔助設備的控制等。

(2)PWM輸出。PWM輸出信號用于電液比例閥的控制，實現液壓系統壓力、流量、流向的調節和工作機構動作快慢的調整。

2.4 顯示屏

在當今信息時代，電子監視器早已取代駕駛室功能單一的儀表盤。ZGC60渣罐車駕駛室操作臺上安裝有MCQ4000- 12型顯示屏。該顯示屏為德國GRAF- SYTECO產品，它集成了一個操作面板，具備10個功能按鈕和1個旋鈕，具有遵循CAN2.0協議規范的CAN總線接口。顯示屏可自由編程，它與PLC通過CAN總線進行通訊，將總線上來自PLC的各項數據轉化處理后以文字、圖形方式展示給操作者，同時接受操作者設定的參數值并傳遞給PLC，實現系統各項參數的設定與調整。

3 軟件設計

3.1 PLC通道設置

EPEC3724控制器通道接點多達52路，通道定義靈活，很多通道既可作為輸入接點，也可作為輸出接點，既有開關量通道，也有PWM通道，因此在使用前，需根據硬件手冊和電氣設計圖紙對I/O通道進行定義。EPEC公司提供的Multitool軟件，可以方便的對控制器每一通道進行功能定義，減少編程工作量，降低出錯率。同時，組態控制器的CAN接口，定義通訊參數，令其具備CAN總線數據收發能力。

3.2 PLC編程

PLC控制程序采用Codesys軟件編制，根據ZGC60渣罐車工作原理以及工作裝置各部分聯控要求，按照單部件手動控制和多部件自動聯控原則進行設計。如圖3所示，PLC接受來自操作手柄和控制按鈕的指令信號,發出動作指令，同時采集限位、變送器、傳感器等信號，監視比例閥反饋信號，處理后產生控制信號(PWM信號),并通過PLC內部驅動電路控制電液比例閥電流大小,實現對液壓系統壓力、流量的精確調節，使工作裝置穩定、平順的完成各項動作。

圖3 控制系統原理框圖

3.3 顯示屏人機界面編制

顯示屏人機界面采用GRAF公司的GDS Designer軟件編制，采用多界面設計，各界面實現不同的功能，主要有工作狀態監視畫面(見圖4)、報警瀏覽畫面、參數設置畫面(見圖5)、PLC輸入輸出檢測等畫面。人機界面中的數據從CAN總線取得，經處理轉化，以文本和圖形方式展現給操作者；操作者根據工況和經驗修改設定參數，參數由顯示屏處理后經CAN總線發往PLC，PLC根據這些參數作出動作調整，實現人機交互。

圖4 工作狀態監視畫面

圖5 參數設定畫面

4 結束語

目前ZGC60型渣罐車已在多家冶煉廠投入使用，它結構合理、自動化程度高、能適應惡劣的作業環境，大幅度的改善了工人的勞動環境，降低了工人的勞動強度。由于控制系統中采用了PLC和顯示屏, 它的操作變得十分簡單、直觀,全部工作只需要幾個手柄和操作按鈕即可完成，并可根據實際情況, 方便的修改工作參數,實現人機對話。在實際使用中，還將轉向行走系統和制動系統的部分功能也接入控制系統中，將渣罐車各工作裝置有機的聯系在一起,實現轉向、行走、制動裝置與工作裝置的聯控，極大的提高了作業的安全性和可靠性，實現了大型設備的機、電、液一體化和智能化。

[1] 郭銳，趙靜一.基于電液控制系統的大型抱罐車發展現狀與趨勢[J].液壓氣動與密封，2010，(8):15-18.

[2] 孟泓宇，郭彥敬.EPEC2024控制器在掘進機電控系統中的應用[J].現代礦業，2014，(6):127-129.

[3] 周泉.基于多工業總線融合的鋼渣抱罐車控制系統研究[J].工業控制計算機，2013，26(7):27-30.

Application of PLC in Electric-hydraulic Control System of ZGC60 Slag Pot Car Working Device

WU Jin-song

This paper briefly describes the working device and composition of ZGC60 slag pot car, mainly introduces electric control system of the working device. The introduction of PLC in the control system, simplifies the circuit design, realizes intelligence of large equipment and simplification of operations, and improves the safety and reliability of the equipment.

slag pot car； working device； electric control system； PLC

2014-12-10

吳勁松(1971-)，男，安徽銅陵人，工程師，大學本科，主要從事自動化控制方面工作。

TF341

B

1003-8884(2015)01-0026-03