自動運料小車設計

文/孟令江,天津礦山工程有限公司

自動運料小車設計

文/孟令江,天津礦山工程有限公司

PLC的定義有許多種。國際電工委員會（IEC）對PLC的定義是：可編程控制器是一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境下應用而設計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內部存貯執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。其應按易于與工業控制系統形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。PLC具有通信聯網的功能，它使PLC與PLC之間、PLC與上位計算機以及其他設備之間能夠交換信息，形成一個統一的整體，實現分散集中控制。

機器人；PLC；自動控制

1 機器人概述

工業機器人的興起和發展是制造業為提高產品質量、縮短產品制造周期和提高勞動生產率推動的。回顧20世紀50年代以來制造業的發展歷程，工業機器人的發展源于制造業自動化發展需求，成為制造自動化生產線的關鍵設備。工業機器人的發展推動了制造業的思想進步，同時工業機器人技術及系統也獲得了飛速發展，因此特種機器人的發展也要以需求為原則，充分研究我國非制造業自動化的實際需要，確定特種機器人的研究領域發展的關鍵技術，發展具有我國特色的特種機器人技術。

2 清淤裝置自動控制綜述

隨著工業化大生產的推進，廠礦企業的生產規模不斷擴大，排污溝渠的清淤問題也受到越來越多的重視。而市場上的通用清淤設備如挖泥機，灌渠清淤機等無法適用于廠礦企業的清淤環境。目前廠礦企業排污清淤只要靠人力進行清淤，這種方法不但清淤效率低，成本高，而且對人的身體健康造成很大的危害，在某些情況下無法進行人力清淤。為此設計了一種機械自動化清淤裝置，本次設計主要完成清淤機器人控制部分，包括上位機，下位機，載體的自動運行，遇障情況以及與小車的對接等等。

3 當前國內的清淤方法

根據我國目前的排水管道清淤的現狀，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措施的情況下借助簡單的工具，進入溝渠內部進行清淤工作，并通過手推車將淤泥送到井口，達到一定量后由井口挖掘機挖出。但這些設備需要人工進入管道進行實地操作，并且只適用于人可進入的溝渠，勞動強度大，清淤速度慢，對工作人員的人身安全無法很好的保障。

3.2 機械清淤法

由于管道內的工業廢水和工業廢渣，其腐蝕性水質還會腐蝕水泥管道和金屬管道，嚴重時會引起管道破裂，管道破裂處或接口損壞處常有地下水夾雜的泥沙滲入，造成接口錯位，管道堵塞等嚴重情況，再加上管道內空間狹小等特殊情況。上述情況，嚴重制約了管道清淤機械的尺寸、體積，也給清淤機械的行走方式，作業姿態、操作工具、載體動力、檢測動力、檢測手段、控制方式等關鍵技術的研制增加很大難度。因為動力的限制，清淤機械應設計成以自動檢測為主，兼做人力不可及和危險性，危害性較大的環境下的自動清淤工作。清淤機械的機構宜采用組合型體，分成機械載體，檢測控制裝置和清淤裝置三大部分。機械載體和作業裝置之間的連接可采用搭勾脫扣機構能方便的連接和解脫。

4 清淤機械改革和創新

改進在于通過PLC實現一對多的無線控制，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。而且實現對電量的檢測，對橫貫溝渠內的管道躲避和對遇障距離的測量。上位機采用遙控和顯示結合的一體方式，有發送指令的和顯示清淤機器人運行狀態顯示的功能。淤泥小車和機器載體采用電磁鐵連接，在淤泥小車中的淤泥達到一定量后，淤泥小車和機器載體自動分離，機器載體停止運動淤泥小車自動后退。等到淤泥小車中的淤泥被清理干凈，淤泥小車開始運行，當淤泥小車和機器載體連接上，整個清淤機器人再次正常工作。

5 三菱FX系列PLC簡述

5.1 PLC控制系統設計的基本原則

5.1.1 最大限度的滿足被空對象的控制要求。

5.1.2 保證控制系統的安全可靠。

5.1.3 滿足上面條件的前提下，力求使控制系統簡單經濟適用和維修方便。

5.1.4 選擇PLC是考慮生產和工藝改進所需要的余量。

本系統選用的是三菱系列PLC，三菱PLC的特點:三菱PLC是小形化，高速度，高性能，除輸入出16～25點的獨立用途外，還可以適用于多個基本組件間的連接，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。

系統配置即固定又靈活；

1.編程簡單；

2.備有可自由選擇，豐富的品種；

3.令人放心的高性能；

4.高速運算；

5.使用于多種特殊用途；

6.外部機器通訊簡單化；

7.共同的外部設備。

5.2 PLC的基本工作原理

任何一種繼電器控制系統都有三個部分組成的，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、開關等；邏輯部分是指由各種繼電器及其觸電組成的實現一定邏輯功能的控制線路；輸出部分是指各種電磁閥線圈，接通電動機的各種接觸器以及信號指示燈等執行電器。繼電器控制系統是根據各種輸入條件去執行邏輯控制線路，這些邏輯控制線路是根據控制對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計

對載體：按下載體遙控器載體啟動按鈕，載體遙控器與 PLC1（CPU226）通信，PLC1接收到載體啟動信號后立即通過通信模塊向PLC2發送載體啟動信號，履帶電機（M1）啟動，并且對其相應的P WM控制設定前進時的脈寬值。挖斗電機（M2）和傳送電機（M3）同時啟動，載體向前運行并且進行正常的清淤工作。

當小車上的 PLC2接受到載體啟動信號后，控制電磁鐵吸合。這樣載體拉動小車向前清淤，挖斗挖起來的淤泥通過傳送帶往復不斷地倒入小車車斗里面。

前進過程中，清淤機器人同時進行兩方面的判斷：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。

結論

通過設計任務的分析與國內外相關課題的調研，提出較為合理的設計方案，完成了設計任務，主要進行了以下幾個方面的設計：

（1）驅動部分設計：根據機械標準對傳動系統進行結構設計。

（2）對控制部分的設計：控制部分的軟件設計。

[1］查躍華，孫三梅.我國湖塘清淤機械現狀及清淤技術發展趨勢.中國農機化2005.2:32-36

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