一种基于PLC控制的扩展方舱的展开系统.pdf

TE CHNI C F ORUM／ 技 术论 坛 I 2 o 1 2 ／ o 2 一 种基于P L C 控制的扩展方舱的展开系统 An E x p a n s i o n S y s t e m f o r E x t e n d e d Sh e l t e r B a s e d o n P L C C o n t r o l 樊 萌 F AN M eng 深圳市凯卓立液压设备有限公司 广东深圳 5 1 8 0 5 5 摘要 针 对某些专 用车厢 内空间不 足 ，需 扩展车 内空 间的问题 ，提 出 了一种扩展 方舱 的展开结 构，并利用液压技术和P L C 技术控制扩展方舱的展开与收回。其中设计的扩展方舱的侧拉箱、地板 依次开闭工序及条件互锁功能，使系统操作简单、性能可靠、安装维护简便。 关键词 专用汽车 液压系统扩展方舱P L C控制 Abs t r a c t F o r t h e f a c t t h a t s o me s pe c i a l p u r p o s e v e h i c l e s n e e d t o e x pa n d t h e i n t e r i o r s p a c e ， a s t r u c t u r e of e x t e n d e d s h e l t e r a n d a c o n t r o l s y s t e m b a s e d o n h y d r a u l i c a n d PLC t e c h n o l o g y we r e pr e s e nt e d i n t h i s pa p e r ． S e t t i n g c o n d i t i o ns i n t e r l o c k a nd ma ki n g t h e e x t e nd e d s h e l t e r a n d f l o o r wo r k o r d e r ly S O t ha t the s y s t e m f e a tur e s s i mpl e o p e r a t i o n ， r e l i a b l e f u n c t i o n， e a s y i n s t a l l a t i o n a n d ma i n t e n a n c e ． K wo r d s s p e c i a l p u r p o s e v e hi c l e ； h yd r a u l i c s y s t e m ； e x t e n d e d s h e l t e r ； PL C； c o nt r o l 中图分 类号 U 4 6 9 ． 6 ． 0 3 文献标识码 A文章编号 1 0 0 4 ． 0 2 2 6 2 0 1 2 0 2 ． 0 0 8 8 0 3 1 引言 随着我 国经济和社会的不断发展 ，各种不同功能的专用汽车 也越 来越多地 走进 我们 的生产和生活 。很 多专用汽车 ，如展示 车 、指挥车等 由于功能要求 ，往往都需要扩展车内空间。本文介 绍 了一种扩展方舱的展开系统 ，提 出了一种 方舱展开的结构 ，并 利用液压技术与P L C 技术控制扩展方舱的展开与收 回。该扩展方 舱的展开系统 主要包括侧拉箱 、地板、翼门、可翻转L E D屏、液 压 系统以及电控系统等 ，其 中设计的侧拉箱、地板开闭顺序工作 及条件互锁功能 ，使系统操作简单、性能可靠、安装维护简便。 2 扩展方舱展开 结构 如图l 、2 为一种扩展方舱的展开状态，该扩展方舱左右两侧分 别设有一个侧拉箱 ，通过侧拉油缸的伸出带动侧拉箱的左右伸出， 实现方舱扩展的目的。右侧拉箱设有一个侧门，可通过控制侧门推 起油缸伸出而打开 ，安装楼梯后可上下人员 ；上部有一个可翻转 L E D 屏幕 ，由L E D 推起油缸控制翻转，可用于产品广告宣传。 左右侧拉箱分别与一块可折叠的地板相 连，地板中间由铰链 连接 。侧拉油缸伸 出带动侧拉箱伸出 ，侧拉箱牵动可折叠地板 ， 伸出到位时地板展平；侧拉油缸收回时带动侧拉箱收回，侧拉箱 收回到位 时地 板折叠竖起 。由于侧 拉箱伸出到位 时地板 完全展 平 ，在收 回时将无 法折起 ，强行折起会造成系统结构件损坏 ，故 需控 制顶板油缸伸 出，使其仅将地板顶起 ，使地板折起 一个微小 的角度 顶板油缸行程为1 0 0 mm，相对侧拉缸行程1 5 0 0 m m则较 小 ，考虑该结构存在一定间隙以及地板的弹性变形 ，这个角度 是允许 的 ；此时再收 回侧 拉箱 ，就可以 比较轻松地 带动地 板折 起 ；待地 板折到一定 角度时停 止侧拉箱收 回 ，而将顶板油缸收 第一作 者 樊 萌 ，男 ， 1 9 8 7 年 生， 助理工程师，现从事专用汽 车液压 系统设计。 图1 展 开后 的扩 展方舱 后视 图 导轨 图2展 开后 的扩展 方舱俯视 图 回，防止地板折叠竖起夹坏顶板油缸；顶板油缸收回到位 ，最后 将侧拉箱收 回到位。此套动作通过按钮 “ 侧拉箱收回”控制 ，松 开按钮侧拉箱即停在 当前位置 ，操作简便 。由于顶板油缸的行程 较短 ，伸缩 时间也较短 ，故在实际操作 中侧拉箱的收回是基本连 贯的。 3 液压系统 系统液压原理图如图3 所示。直流电机带动油泵工作 ，是液压 系统的动力源 ，并通过 电磁换 向阀控制液压油的流 向，达到控制 执行油缸动作 的目的。若 电磁换 向阀右侧通 电，油泵泵出的高压 油进入油缸的无杆腔 ，有杆腔的油通过电磁换向阀回油箱 ，油缸 伸出 反之亦然 ，若电磁换 向阀左侧通 电，则油缸收回。 如图2 所示 ，每侧侧拉箱布置两支侧拉油缸 ，通过油缸的伸出 和收回实现侧拉箱 的打 开和收回 。若两支油缸 伸出或收回不 同 步 ，侧拉箱会受到油缸的扭力而导致变形甚至损坏 ，所以在该回 路上需串联一支 同步缸保证系统的同步性 ，确保系统安全。如果 在侧 门或者L E D屏为展开状态时油管突然爆裂，则侧 门和L E D 屏 会由于自重而突然翻下，可能造成人员伤亡和设备损伤 ，故需在 液压 回路上使用双向液压锁 ，将油缸两腔油路锁死。 图3 系统 液压 原理 围 1 电机2油泵3单向阀4 溢流 阀5 ． 电磁换 向阀6 同步油缸 7左侧拉 油缸8右侧 拉油缸9侧 门推起油缸l O L E D推起油缸 1 1双向液压锁1 2右顶板油缸1 3左顶板 油缸 4 电控系统 4 ． 1 逻辑关系设置 电控系统的设计原则为各功能条件互锁 ，通过操作 自复位按 钮控制系统 ，其互锁条件和动作可总结如下 a ． 侧拉箱打开。侧拉油缸伸出，到位停止。 b ． 侧拉箱收 回。确认L E D 屏幕已经收回到位 右侧拉箱有此设 置 ，在侧拉箱伸出到位至伸出一半的位置时 ，顶板油缸顶升 ，顶 升到位后停止 ；侧拉油缸收回，收回到一半距 离时停止 ；顶板油 缸收回，到位后停止；侧拉油缸收回，到位停止。 c ． 侧 门展开。侧f - ] fh 缸伸出。 d ． 侧门收回。侧 门油缸收回。 e ． L E 1 D 屏幕打开。确认右侧拉箱打开到位 ， L E D 推起油缸伸出。 f ． L E D屏幕收回。L E D 推起油缸收回 ，到位停止。 4 ． 2 l ， 0端子分配 根据控制需要，对P L C 的 I ／ O 端子做如下分配 a ． 输入端。自复位 按钮控 制 8 点 ；用于位置控 制的行程开 TE C HNI C F oRUM／ 技 术论 坛 J 2 o 1 2 ／ o 2 关 1 1 点 。 b ． 输出端 。执行 电机接触器 工作 1 点 。执行 电磁阀工作 1 2 点 。 表l 为P L C 控制I ／ O 端子分配表。 表1 P L C 控制器I ／ O 端子分配 图4 电路接线 图 4 ． 3电路接线图及其原理 电控系统的电路接线图如图4 所示。钥匙开关打开时，系统通 电；操作五工位开 关选择档位 ，1 档控制侧拉箱 ，2 档控 制侧 门， 下转第9 2 页 曩曩{ 簿8 9 T ECHNI C F OR UM／ 技术 论坛I 2 o 1 2 ／ o 2 优化前后的重力矩 曲线和弹簧反力矩曲线如图4 所示。其中角 度为7 3 。 时是牵 引架与牵引车的脱开状态 ，角度 为9 0 。 是牵引架与 牵引车对接状态 。从图中可以看出 ，优化前弹簧反力矩大小变化 范围 为6 0 0 4 5 0 Nm，而优化后的弹 簧反力矩大小 变化范 围为 9 0 0 7 5 0 N m。优化前后重力矩变化范 围为9 0 0 9 5 0 N m，保 持 不 变。 g 生 ● 竣 R 图4优 化 前后 力矩 曲线 由此可 以得 出操作者 完成牵引架操作所 需的抬升力 变化 曲 线 ，优化前后如图5 所示 。 在抬起牵 引架过程 中，在初始位置时需要一定的力抬起牵引 架 ，抬起过程 中随着重 力矩 的不 断增大和弹簧反 力矩的不断减 小 ，所需的抬升力越来越大 ，在水平位置时达到最大值 。优化前 所需的初始抬升力约为1 3 0 N，最大抬升力约为2 0 0 N，而优化后 初始位 置几乎不用费力，到水平位置时只需要7 8 N左右 ，操作者 可以轻松地完成牵引架的对接和脱开操作。 2 - 围5优 化前 后抬 升力 曲线 5 结语 本文通 过将S o l i d Wo r k s 软 件建 立的模型 导入A D A MS ，利用 A D A MS 仿真软件的优化功能 ，对牵引架的弹簧助 力机构进行参数 化建模、仿真和优化设计 ，解决了牵引架助力机构的优化 问题 ， 得到 了满意的结果。通过该方法优化设计，操作者能够非常轻松地 完成牵引架的对接和脱开操作 ，降低 了劳动强度 ，提高 了效率。 参考 文献 [ 1 ]詹隽 青， 李立顺_ 马维平 ．双 联偏置扭杆 弹簧助 力机构的优 化设计 专用汽 车， 2 0 0 4 4 2 6 2 g ． [ 2 ]曹茹 S o l i d w o r k s 2 0 0 9 维设计及应用程序 第二版 [ M] ．北京机械工业出版社， 20 09 [ 3 ]陈德民， 槐创锋， 张克涛．精通A D A MS 2 0 0 5 ／ 2 0 0 7 虚拟样机技术[ M] ． 北京 化学工 业出版社，2 0 1 0 ． 收稿 日期 2 0 l 1 1 2 0 6 f 上接 第8 9 页 3 档控 IJ L E D 屏幕 ，此时相应指示灯亮，以防止误操作。只有在选 择对相应的档位时 ，相应的按钮才能正常工作 。按钮 为自复位按 钮 ，按住之后P L C II I I 应的输入点得到信号 ，根据 内部编好的梯形 图程序控制相应输出点输 出，接触器或者相应的阀工作 ，系统进 行展开或收回动作 ，反之，松开按钮 ，系统 即停止工作 。 由接线图可看出 ，使用P L C 后接线 比较简单 ，串并联关系一 目了然 ，逻辑关系在P L C中通过简单易学的梯形图编程实现 ，对 设 计者和现场 的安装者要求都不 高 ；而传统的继 电器若要 实现 4 ． 1 所述的逻辑 关系 ，按钮、继 电器、行程开 关、电磁阀线圈之间 的串并联关系将 非常复杂 ，设计难度也大大增加 ，由于行程开关 是安装在控制箱外 ，现场的布线也相对较复杂 ，安装以及检修都 非常困难。 5 结语 该扩展方舱 已投产使 用，能够按照要求平稳展开收回。液压 系统运行可 靠、稳定 ，能全 面满 足功能要求 。这种液压技 术与 P L C 技术的相 结合 ，在专用汽车 中也得到越来越 多的运用。它以 车载蓄 电池为动力 ，取 电方便 ，并能最大限度地利用车载蓄电池 在 汽车空转 、减速、滑行时转换并储备直流 电能 ，节能环保 ；通 过直流 电机 带动液压泵的转动 ，提供液压动 力，通过控制 电磁换 向阀，实现执行油缸的伸出和收回，并可设置相应指 示灯 ，整个 系统 由电控制 ，操作快捷 、简便 ，而传统使用的人力费时费力 ， 气动则操作不直观、管路布置复杂。专用汽车 因其特殊 的功能需 求 ，往往需要设置较繁琐的互锁关系或者联动操作 ，传统 的电控 一 般使用继电器 ，电路串并联复杂 ，实现所有的互锁 关系及联动 也较 困难 ，车上需布置的行程开 关或者接 近开关的接线 也较复 杂 ，安装与检修工 作量大 ，使 用P L C 可 以克服 这些困难 ，可 在 P L C 中通过编程实现逻辑关系 ，外部 只需简单的接线 ，车上需布 置的行程开关与接近开关接线简单 ，大大减轻了现场的安装与检 修工作量。 收稿 日期 2 0 1 1 1 2 ． 2 9