自动运料小车设计

文/孟令江,天津矿山工程有限公司

自动运料小车设计

文/孟令江,天津矿山工程有限公司

PLC的定义有许多种。国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。其应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC之间、PLC与上位计算机以及其他设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。

机器人；PLC；自动控制

1 机器人概述

工业机器人的兴起和发展是制造业为提高产品质量、缩短产品制造周期和提高劳动生产率推动的。回顾20世纪50年代以来制造业的发展历程，工业机器人的发展源于制造业自动化发展需求，成为制造自动化生产线的关键设备。工业机器人的发展推动了制造业的思想进步，同时工业机器人技术及系统也获得了飞速发展，因此特种机器人的发展也要以需求为原则，充分研究我国非制造业自动化的实际需要，确定特种机器人的研究领域发展的关键技术，发展具有我国特色的特种机器人技术。

2 清淤装置自动控制综述

随着工业化大生产的推进，厂矿企业的生产规模不断扩大，排污沟渠的清淤问题也受到越来越多的重视。而市场上的通用清淤设备如挖泥机，灌渠清淤机等无法适用于厂矿企业的清淤环境。目前厂矿企业排污清淤只要靠人力进行清淤，这种方法不但清淤效率低，成本高，而且对人的身体健康造成很大的危害，在某些情况下无法进行人力清淤。为此设计了一种机械自动化清淤装置，本次设计主要完成清淤机器人控制部分，包括上位机，下位机，载体的自动运行，遇障情况以及与小车的对接等等。

3 当前国内的清淤方法

根据我国目前的排水管道清淤的现状，常用的清淤方法有人工清淤，和水利清淤法（高压水射流清淤法和水冲刷清淤法）和机械清淤法等方式。

3.1 人工清淤法

工作人员在配备安全保护措施的情况下借助简单的工具，进入沟渠内部进行清淤工作，并通过手推车将淤泥送到井口，达到一定量后由井口挖掘机挖出。但这些设备需要人工进入管道进行实地操作，并且只适用于人可进入的沟渠，劳动强度大，清淤速度慢，对工作人员的人身安全无法很好的保障。

3.2 机械清淤法

由于管道内的工业废水和工业废渣，其腐蚀性水质还会腐蚀水泥管道和金属管道，严重时会引起管道破裂，管道破裂处或接口损坏处常有地下水夹杂的泥沙渗入，造成接口错位，管道堵塞等严重情况，再加上管道内空间狭小等特殊情况。上述情况，严重制约了管道清淤机械的尺寸、体积，也给清淤机械的行走方式，作业姿态、操作工具、载体动力、检测动力、检测手段、控制方式等关键技术的研制增加很大难度。因为动力的限制，清淤机械应设计成以自动检测为主，兼做人力不可及和危险性，危害性较大的环境下的自动清淤工作。清淤机械的机构宜采用组合型体，分成机械载体，检测控制装置和清淤装置三大部分。机械载体和作业装置之间的连接可采用搭勾脱扣机构能方便的连接和解脱。

4 清淤机械改革和创新

改进在于通过PLC实现一对多的无线控制，自带蓄电池供电，省去了通过电缆供电和通讯控制电缆的繁琐。而且实现对电量的检测，对横贯沟渠内的管道躲避和对遇障距离的测量。上位机采用遥控和显示结合的一体方式，有发送指令的和显示清淤机器人运行状态显示的功能。淤泥小车和机器载体采用电磁铁连接，在淤泥小车中的淤泥达到一定量后，淤泥小车和机器载体自动分离，机器载体停止运动淤泥小车自动后退。等到淤泥小车中的淤泥被清理干净，淤泥小车开始运行，当淤泥小车和机器载体连接上，整个清淤机器人再次正常工作。

5 三菱FX系列PLC简述

5.1 PLC控制系统设计的基本原则

5.1.1 最大限度的满足被空对象的控制要求。

5.1.2 保证控制系统的安全可靠。

5.1.3 满足上面条件的前提下，力求使控制系统简单经济适用和维修方便。

5.1.4 选择PLC是考虑生产和工艺改进所需要的余量。

本系统选用的是三菱系列PLC，三菱PLC的特点:三菱PLC是小形化，高速度，高性能，除输入出16～25点的独立用途外，还可以适用于多个基本组件间的连接，模拟控制，定位控制等特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的PLC。

系统配置即固定又灵活；

1.编程简单；

2.备有可自由选择，丰富的品种；

3.令人放心的高性能；

4.高速运算；

5.使用于多种特殊用途；

6.外部机器通讯简单化；

7.共同的外部设备。

5.2 PLC的基本工作原理

任何一种继电器控制系统都有三个部分组成的，即输入部分，逻辑部分，输入部分，其中输入部分是指各类按钮、开关等；逻辑部分是指由各种继电器及其触电组成的实现一定逻辑功能的控制线路；输出部分是指各种电磁阀线圈，接通电动机的各种接触器以及信号指示灯等执行电器。继电器控制系统是根据各种输入条件去执行逻辑控制线路，这些逻辑控制线路是根据控制对象的需要以某种固定的线路连接好的，所以不能灵活变更。

6 清淤装置载体部分软件设计

对载体：按下载体遥控器载体启动按钮，载体遥控器与 PLC1（CPU226）通信，PLC1接收到载体启动信号后立即通过通信模块向PLC2发送载体启动信号，履带电机（M1）启动，并且对其相应的P WM控制设定前进时的脉宽值。挖斗电机（M2）和传送电机（M3）同时启动，载体向前运行并且进行正常的清淤工作。

当小车上的 PLC2接受到载体启动信号后，控制电磁铁吸合。这样载体拉动小车向前清淤，挖斗挖起来的淤泥通过传送带往复不断地倒入小车车斗里面。

前进过程中，清淤机器人同时进行两方面的判断：1）PLC2判断小车载重量是否过载。2）PLC1和PLC2共同控制遇障问题。

结论

通过设计任务的分析与国内外相关课题的调研，提出较为合理的设计方案，完成了设计任务，主要进行了以下几个方面的设计：

（1）驱动部分设计：根据机械标准对传动系统进行结构设计。

（2）对控制部分的设计：控制部分的软件设计。

[1］查跃华，孙三梅.我国湖塘清淤机械现状及清淤技术发展趋势.中国农机化2005.2:32-36

［2］陆体成，李正飞，樊宝康，罗勇.机械清淤在挡潮闸下港道中的应用.江苏水利2007.6:88-89