自動裝載機控制系統設計

崔守娟　欒榮華　張萍華

摘要：裝載機廣泛應用于礦山、機械、建筑工程以及車站、港口、倉庫、料場等部門的裝載、推運、挖掘、牽引、起重等作業，是一種大、中、小型多用途的工程機械。根據裝載機的工作特點、操作方式及控制系統的總體要求，建立基于PLC的二工位自動裝載系統，進行系統的程序結構設計，并給出具體子程序實例，實現了貨物裝卸系統的自動控制。系統操作簡單、維護方便，大大提高了控制精度和可靠性。

關鍵詞：裝載機；PLC；自動化；控制系統

中圖分類號：TH243 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2016）08-0011-03

裝載機廣泛應用于城建、礦山、鐵路、公路、水電、油田、國防及機場建設等工施工中[1]。然而，傳統的裝載機在作業過程中，駕駛員不但需要頻繁地變換擋位來控制車輛的行駛，還要實時地調整動臂和鏟斗的位置，使得裝載機的作業質量和作業效率取決于駕駛員的操作技巧和熟練程度。

目前，國外許多公司融合電子技術、計算機技術、控制技術、通信技術實現了裝載機的自動化和智能化控制，提高了裝載機的操縱性、舒適性和工作效率。但是，目前我國裝載機產品仍處于傳統的液壓控制、手動換擋等較低技術水平上。為了減輕駕駛員的勞動強度，提高裝載機的作業效率，降低油耗，增強國際競爭力，迫切需要對裝載機的自動化和智能化控制技術進行研究[2]。

PLC作為通用工業控制計算機，是面向工礦企業的工控設備。它接口容易，編程語言易于為工程技術人員接受，梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用PLC的少量開關量邏輯控制指令就可以方便地實現繼電器電路的功能[3-4]。

本課題采用三菱PLC為控制器，以二工位自動裝載機為例，根據控制要求實現貨物裝卸的自動控制系統的硬件結構和程序設計。

1 控制系統的功能要求

二工位自動裝載機的功能是將工件從A處移送到B處，其動作示意圖如圖1 所示。抓手的升降和左右移行分別使用了雙線圈的電磁閥，在某方向的驅動線圈失電時能保持在原位，必須驅動反方向的線圈才能反向運動。上升、下降對應的電磁閥線圈分別是YV2，YV1，右行、左行對應的電磁閥線圈分別是YV3，YV4。抓手的夾鉗使用單線圈電磁閥YV5，線圈通電時夾緊工件，斷電時松開工件。通過設置限位開關SQ1，SQ2，SQ3，SQ4分別對抓手的下降、上升、右行、左行進行限位，而夾鉗不帶限位開關，它是通過延時1.7 s來表示夾緊、松開動作的完成的。

裝載機的操作面板如圖2所示，其能實現手動、回原位、單步、單周期和連續5種工作方式。手動工作方式時，用各按鈕的點動實現相應的動作；回原位工作方式時，按下“回原位”按鈕，則抓手自動返回原位；單步工作方式時，每按一次起動按鈕，抓手向前執行一步；單周期工作方式時，每按一次起動按鈕，抓手只運行一個周期就停下；連續工作方式時，抓手在原位，只要按下起動按鈕，抓手就會連續循環動作，直到按下停止按鈕，抓手才會最后運行到原位并停下；而在傳送工件的過程中，抓手必須升到最高位置才能左右移動，以防止抓手在較低位置運行時碰到其他工件。

2 控制系統設計

2.1 輸入/輸出點地址分配

PLC輸入/輸出點分配見表1。

2.2 程序設計

系統的程序總體結構如圖3所示，分為主程序、自動程序、手動程序和回原位程序4個部分。其中自動程序包括單步、單周期和連續運行的程序，因它們的工作順序相同，所以可將它們合編在一起。

主程序如圖4所示，當Y4復位、左限位X21和上限位X17接通時，輔助繼電器M0變為ON，表示機械手在原位。這時，如果開始執行用戶程序、系統處于手動或回原位狀態，那么初始步對應的M10被置位，為進入單步、單周期、連續工作方式作好準備。如果M0為OFF，M10被復位，系統不能進入單步、單周期、連續工作方式。圖4中的指令ZRST是成批復位的應用指令，當X0為ON時，對輔助繼電器復位，以防止系統從自動方式轉換到手動方式，再返回自動方式時出現兩種不同的活動步。

手動程序如圖5所示，對應抓手的上下左右移行和夾鉗松緊的按鈕。按下不同的按鈕，機械手執行相應的動作。在左、右移行的程序中串聯上限位置開關的動合觸點是為了避免抓手在較低位置移行時碰撞其他工件。為保證系統安全運行，程序之間還進行了必要的聯鎖。

回原點程序如圖6所示，在系統處于回原位工作狀態時，按下回原位按鈕，M3變為ON，抓手松開和上升，當升到上限位，抓手左行，直到移至左限位才停止，并且M3復位。

自動控制程序具體分為單周期和連續運轉兩種狀態，如果選擇其中一種工作模式，另外一種模式禁止。單周期是往復運行一個工作周期后停在后端，等待下次起動；連續運轉要求裝載機啟動后自動往復運行，并不斷循環。

3 結語

由于PLC的性能非常優越，采用PLC技術對裝載機控制系統全面改造后，極大地提高了控制精度，增強了控制系統的穩定性和抗干擾性。該系統成功滿足了設計要求的各項指標，而且操作方便，維護工作量小，提高了裝載機的動作效率，PLC控制系統設計合理、性價比高、效果優良，達到了預期要求。

參考文獻

[1] 駱培蔭，廖凱.淺析裝載機智能控制系統的組成[J].工程機械，2007（5）：4-6.

[2] 湯以范，葉真，陳小異，等.電氣與可編程序控制器技術[M].北京：機械工業出版社，2004.

[3] 胡學林.可編程控制器教程[M].北京：電子工業出版社，2004.

Abstract： Loader which is one kind of multipurpose engineering machinery with large， medium and small type is widely used in pushing， digging， pulling， lifting operation in the department of mining， machinery， construction， station， port， warehouse， yard and so on. According to the general requirements of loader's work characteristics， operating mode and control system， we established two station automatic loading system based on PLC， designed the system program structure， and gave specific subroutine examples to achieve automatic control of cargo handling system. The system is easy to operation and maintenance， which greatly improves the accuracy and reliability of the control system.

Key words： loader； PLC； automation； control system