一種清掃設備的電控系統(tǒng)設計

李超 楊曉鴻 胡翰林 范慶波 李瑞

[摘? ? 要]為了提高原煤卸料后的清掃效率，降低人工清掃時的安全隱患。設計了一種可以為原煤車皮內(nèi)部清掃的清掃機構，該設備主體結構包括了機械結構和電控系統(tǒng)，文章主要研究了該機構的電控程序設計問題，給出了一整套基于西門子1200系列PLC的操作控制系統(tǒng)。經(jīng)過校正后。該系統(tǒng)能夠較好地滿足清掃機構的清掃要求，同時提高了安全保障，降低了人工的勞動強度。

[關鍵詞]清掃機構;PLC控制;梯形圖

[中圖分類號]TM615 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）11–00–03

Design of an Electric Control System for Cleaning Equipment

Li Chao， Yang Xiao-hong， Hu Han-lin， Fan Qing-bo， Li Rui

[Abstract]In order to improve the cleaning efficiency of raw coal after unloading and reduce the potential safety hazards during manual cleaning. A cleaning mechanism which can clean the inside of raw coal wagon is designed. The main structure of the equipment includes mechanical structure and electric control system. This paper mainly studies the electric control program design of the mechanism， and gives a complete set of operation control system based on Siemens 1200 series PLC. After correction. The system can better meet the cleaning requirements of the cleaning mechanism， improve the safety guarantee and reduce the labor intensity.

[Keywords]cleaning mechanism; PLC control; ladder diagram

鐵路作為煤炭供給運輸?shù)闹饕绞?，由于存在著運輸瓶頸的客觀因素制約，運力配置不平衡，因此煤炭運輸?shù)馁|(zhì)量和品質(zhì)至關重要。原煤車皮作為主要運輸原煤的火車，在運輸過程中會遇到各種天氣，造成車廂內(nèi)部存在復雜多變的情況。因此，本著改善和解決該現(xiàn)象設計了一套專門用來清掃車皮的清掃設備的控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過多個不同的控制模塊組合起來以此靈活控制清掃機構的動作，并以此實現(xiàn)自動清掃的目標。

1 清掃機器人的控制方式

本文研究的清掃設備使用上位機和下位機通過RS485進行串行通信的形式。其中作為上位機的觸摸屏主要是為了實現(xiàn)人機交互，實時查看設備運行狀態(tài)和機器人運行時的參數(shù)輸入。下位機則是由PLC作為CPU實現(xiàn)機器人邏輯運行功能，滿足工藝需求。機器人電氣控制系統(tǒng)主要由以下幾個部分組成：觸摸屏監(jiān)控系統(tǒng)（上位機）、PLC控制系統(tǒng)（下位機）、控制元器件、變頻電機及變頻器。一方面，PLC通過指令直接控制清掃設備電機的各種動作;另一方面，不間斷實時收集各類型傳感器傳輸回的數(shù)據(jù)并通過軟件處理后顯示在觸摸屏上。

2 清掃機器人PLC控制系統(tǒng)

清掃機器人PLC控制系統(tǒng)主要由西門子1200PLC、電機控制電路、信號采集傳輸電路、電源電路組成。

2.1 西門子1200系列PLC

作為原煤K車皮清掃機器人控制系統(tǒng)的最關鍵核心器件，經(jīng)過反復的比較與選型，選取西門子1215C作為PLC的型號，1215C為100 KB工作存儲器;

24VDC電源，板載DI14x24VDC漏型/源型，DQ10x24VDC及AI2和AQ2;板載6個高速計數(shù)器和4個脈沖輸出;信號板擴展板載I/O;多達3個通信模塊用于串行通信;多達8個信號模塊用于I/O擴展;0.04 ms/1000條指令;2個PROFINET端口用于編程，HMI和PLC間的通信。

2.2 電機驅(qū)動部分

圖1是PLC的接線端口圖，電機的控制及其轉(zhuǎn)速控制是通過PLC端口與變頻器鏈接后通過變頻器控制電機轉(zhuǎn)速。通過PLC程序按一定得控制目的運算后，由AO模塊（模擬量輸出模塊）輸出控制信號（電流或電壓信號）至變頻器，即可實現(xiàn)PLC——電機的調(diào)速。

2.3 傳感器感應部分

對射型光電開關的特點在于：可辨別不透明的反光物體，有效距離大，不易受干擾，高靈敏度，高解析，高亮度，低功耗，響應時間快，使用壽命長。廣泛應用于投幣機、小家電、投幣機、自動感應器、傳真機、掃描儀等設備上面如圖2所示。

本清掃設備設置二組對射型光電開關，第一組光電檢測車廂的開始運動;當?shù)诙M光電開關起作用后行走機構移動到指定位置，設備開始自動運行。

圖3為光電開關的部分PLC程序梯形圖，當接收到感應信號后，清掃機器人各部分開始置位預啟動和復位等待接收信號指令。

3 清掃設備控制程序

清掃裝置的程序由一個主程序作為主體，各子程序模塊嵌入其中。清掃裝置的子程序分為：手動模塊、計數(shù)模塊、轉(zhuǎn)換模塊、自動回原點模塊、AUTO自動模塊、故障模塊、找平模塊和位移開關模塊。各子模塊組合到一起來實現(xiàn)對清掃機構的整體控制。圖4為控制主程序。

3.1 手動模塊

圖5為手動模塊部分梯形圖，手動模塊是在清掃機構開始啟動時做手動調(diào)試和試運行的模塊。當設備電源打開后，通過觸摸屏上按鈕啟動變頻器等頻率達到50Hz時在進行清掃機構的各部位手動調(diào)試，以此來確定設備的整體狀態(tài)。

3.2 計數(shù)模塊

圖6為計數(shù)模塊部分程序梯形圖，計數(shù)模塊是通過前后光電開關來對清掃完成的車廂進行計數(shù)統(tǒng)計來實時顯示當前的清掃車廂數(shù)。

3.3 自動運行模塊

圖7為清掃機構的自動運行模塊的部分程序梯形圖，該模塊為使清掃機構具備自動運行的程序模塊，通過掃描上升沿指令、轉(zhuǎn)移值指令、比較指令、接通延時指令來對清掃機構的自動運行過程中的操作順序進行編排與設計。

3.4 故障模塊

圖8為故障模塊的程序梯形圖，該模塊為當任何一處點位發(fā)生故障時，會給出相應的報警指示，提示當前故障故障位置。

3.5 位移開關模塊

圖9為位移開關模塊的部分程序梯形圖，該模塊為當清掃機構使用自動運行模塊時通過值范圍指令來判斷清掃機構相應分布動作是否完成到位，以此來繼續(xù)進行下一階段的動作。

4 結語

根據(jù)清掃設備清掃技術要求，提出了一種以觸摸屏結合PLC為核心的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)實現(xiàn)了遠程操控清掃機器人完成復雜清掃功能的技術要求，解決了清掃設備在清掃車皮內(nèi)部復雜環(huán)境時遇到的清掃困難等問題。

參考文獻

[1] 劉金琨.機器人控制系統(tǒng)的設計與MATLAB仿真[M].北京：清華大學出版社，2008.

[2] 都家宇.智能清掃機器人行走驅(qū)動系統(tǒng)設計[J].科技資訊，2017，15（30）：100-103.