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(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。其應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)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(tǒng)一的整體，實現(xiàn)分散集中控制。

機器人；PLC；自動控制

1 機器人概述

工業(yè)機器人的興起和發(fā)展是制造業(yè)為提高產(chǎn)品質(zhì)量、縮短產(chǎn)品制造周期和提高勞動生產(chǎn)率推動的?；仡?0世紀50年代以來制造業(yè)的發(fā)展歷程，工業(yè)機器人的發(fā)展源于制造業(yè)自動化發(fā)展需求，成為制造自動化生產(chǎn)線的關鍵設備。工業(yè)機器人的發(fā)展推動了制造業(yè)的思想進步，同時工業(yè)機器人技術及系統(tǒng)也獲得了飛速發(fā)展，因此特種機器人的發(fā)展也要以需求為原則，充分研究我國非制造業(yè)自動化的實際需要，確定特種機器人的研究領域發(fā)展的關鍵技術，發(fā)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(yè)化大生產(chǎn)的推進，廠礦企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)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(yè)的清淤環(huán)境。目前廠礦企業(yè)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(nèi)的清淤方法

根據(jù)我國目前的排水管道清淤的現(xiàn)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(nèi)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(nèi)的工業(yè)廢水和工業(yè)廢渣，其腐蝕性水質(zhì)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(nèi)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(yè)姿態(tài)、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(huán)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(yè)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(chuàng)新

改進在于通過PLC實現(xiàn)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(xiàn)對電量的檢測，對橫貫溝渠內(nèi)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(fā)送指令的和顯示清淤機器人運行狀態(tài)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)簡單經(jīng)濟適用和維修方便。

5.1.4 選擇PLC是考慮生產(chǎn)和工藝改進所需要的余量。

本系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(xiàn)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(zhí)行電器。繼電器控制系統(tǒng)是根據(jù)各種輸入條件去執(zhí)行邏輯控制線路，這些邏輯控制線路是根據(jù)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(fā)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(nèi)外相關課題的調(diào)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(qū)動部分設計：根據(jù)機械標準對傳動系統(tǒng)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(xiàn)狀及清淤技術發(fā)展趨勢.中國農(nóng)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