PLC在环卫压缩站液压系统中的应用.pdf

第 3期 总第 1 6 0期 2 0 1 0年 6月 机 械工 程 与自 动 化 MECHANI CAL ENGI NEERI NG ＆ AUT0M ATI oN No． 3 J u n ． 文章 编 号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 1 0 0 3 0 1 3 9 - 0 3 P I C在环卫压缩站液压 系统 中的应用 操 火森 ，王 高潮 ，李 娟 ，常 春 ，董洪波 南 昌航 空大学 航 空制造工程学院 ，江 西 南昌 3 3 0 0 6 3 摘要 对环 卫压 缩站的总体结构和 工作 流程进 行 了概述 ， 阐述 了改造后液压 系统 的工作原理及 方式 ， 并根据系 统控制要 求对 P L C控 制程 序的设计思路、 参数设定 以及程序 的编辑做 出了详细介绍 。 采用 P L C对液压系统进 行控制 ，能大 大提 高其可靠性、安全性及 自动化水平 。 关键词 环卫压缩 站；P L C；液压系统 中图分类号 T P 2 7 3 T H1 3 7 文 献标 识码 A 0 引言 环卫 压 缩站是 一 种新 型分 体 落地厢 式 垃圾 压缩 中 转 站 ，由 1辆底 盘汽 车 、2个 活动 垃圾装 载 大厢 体 、2 个 固定 在 中转 站场 地 内 的垃圾 压 缩箱 、1套液 压 泵 站 操作台等机构组成 。环卫压缩站中的液压系统是一个 关 键部分 ，也是 主要 的工 作部 件 。推进 液 压系统 的协 调 动作 可 以使 压 缩站 压 缩 垃圾 运 行 保 持 合适 的姿 态 ， 是环 卫压 缩站 能够 快速 有效 地 压缩 垃圾 的前 提 。可 编 程 控 制 器 P r o g r a mma b l e I o g i c C o n t r o l l e r ， 简 称 P I C 是一种专为在工业环境应用 而设计的数字运算 电子系统 ，它将计算机技术 、自动控制技术和通讯技 术融 为一 体 ，成为 实现 单机 、车 间、工 厂 自动化 的核 心设备， 具有可靠性高、 抗干扰能力强、 组合灵活、编 程 简单 、维修方 便 等诸 多优 点 。本 文采 用 三菱 Q 系列 可编 程控 制器 等部 件构成 环 卫压 缩站 液 压系统 的电气 控制 系统 ，以达到 控制 要求 。 1 液压 系统工 作原 理及 控 制要 求 1 ． 1液压 系统工作 原 理 本 液 压 系 统 是 在 NC HUI P C1 5环 卫 压 缩 站 原 液压 系统 的基础 上 ，从 系统 的必 要性 、可行性 和 经济 性 几方 面考 虑 改进 而得 ，系 统根 据移 动式 环卫 压 缩站 的结构 特点 ，设 计 为整体 可 推拉 抽屉 式 。 液压系统工作原理如图 1所示 ，其采用集成油路 结构，全部液压控制元件集成在油路块上 ，以单元组 建形 式 布置 于油路 块 的侧 面 ；油 路块 靠近 油箱 侧 面底 部 安装 了 中位可 泄荷 的三 位 四通 电磁 换 向 阀 2 2 ，配合 收稿 日期 2 0 0 9 一 l l 一 0 2 ；修 回 日期 2 0 1 0 - O l 一 2 0 作者简介 操火森 1 9 8 4 一 ， 男， 江西鄱阳人 ， 在读硕士研究生 。 两 个叠 加式 溢 流 阀 2 3 、2 4控制 油 泵系 统 的供 油状 态 ， 并 限制 系统 压力 和 分级 调 压 ；油路 块上 部侧 面对 称 的 两 组 阀用 于实现 推 头油 缸 的动 作 ，其 中一路 电磁 换 向 阀 2 6控制主压缩缸的往复动作 ，另一路 电磁换向阀 2 7 提供主压缩缸的前推差动 快进 功能 ； 油路块 中部 侧 面对 称 的两 组三 位 四通 阀 2 O用 于 实现 翻料 油 缸 的 快 、慢 速及 上 、下 翻转 动作 ，并通过 叠 加式 液控单 向 阀 1 9实现油缸的任意位置可锁紧状态 ； 一个板式单 向 阀 2 5 用 于 实 现 系统 的差 动 功能 ，一个 管 式单 向阀 1 3 用于叶片泵的保护 ；传感器 9把系统压力转换为电信 号给 P I C电器控制系统 ， 用以控制压缩系统动作的切 换 ；压力 表 1 4 用 于 测试 系统 压 力 。 另外 在 辅助 系统 中 ，油 路 块侧 面 的一个 三位 四通 换 向 阀 1 8用 于实 现尾 门油 缸 的动 作 ， 并 通过 叠加 式液 控单 向阀 1 9实 现油 缸 的任 意位 置 可锁 紧状 态 ； 一个 管 式单 向阀 1 7用 于小 叶 片泵 的保 护 ；一个 溢流 阀 1 6用 于 限制 系统 压力 和分 级 调压 。 1 ． 2液压 系统控 制 要 求 液压系统控制要求如下 ①主、辅两系统都具有 独立 的操 作控 制功 能 ， 都能 通过 P I C实 现油泵 的启 停 和液 压 系统 压力 、 ． 流量 的调 节 ；② 可实 现油 温 的 自动 检测和报警 ，油箱上安装有温度传感器 ，用于 自动监 测液油温度 ，当温度高于设定值时，会 自动开启冷却 系统 ；③可实现超压报警卸荷 ，在主压力油路上安装 压力 继 电器 ，当系统 压力 高 于设 定值 时继 电器 实现 超 压报警卸荷 ，以增加液压能源的安全性 ；④可实现污 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 4 0 机 械 工 程 与 自 动 化 2 0 1 0年第 3 期 染报警 ，在回路过滤器上安装有污染报警装置 ，实现 污染报警 ，并预 留油液在线检测接口。 1 一油箱；2 ，5 ，8 一滤油器 ；3 一压力传感器 ；4 一滤清器；6 一齿轮泵 ；7 一小电机 ；9 一传感器 ；1 o 一叶片泵；1 1 一联轴器 ；1 2 一电动机 l 3 ，1 7 ，1 9 ，2 5 一单向阀 ；1 4 一压力表 ；1 5 一风冷却器 ；1 6 ，2 3 ，2 4 一溢流阀 ；1 8 ，2 0 ，2 2 ，2 6 ，2 7 一 电磁换 向阀；2 l 一节流阀 图 1环卫压缩站液压 系统工作原理图 2 P L C控 制 系统设计 2 ． 1 P LC 输 入 、 输 出的 地 址 分 配 由于环卫压缩站的工作环境 比较恶劣 ，如采用触 点式的继电器控制系统， 则控制系统体积和重量较大 ， 不利于缩短辅助机时， 而且外故障点多 ， 不便维护， 因 此采用三菱公司的F X2 N系列 P L C小型控制器 。 根据 控制对象的具体要求 ， 确定 P L C的输入点数， 其输入 输出地址分配见表 1 。 表 1 输入输出地址分 配表 输入信 号 编号 P L C地址 输出信号 编号 P L C地址 手动／ 自动 S A1 X0 O 油泵电机控 制 KA1 YO O 启动 S B l X0 1 工作警告 KA2 YO 1 停止 S B 2 XO 2 压头溢流控 制 KA3 YO 2 翻转 上 S B 3 XO 3 翻转溢流控 制 KA4 YO 3 翻转下 S B 4 X0 4 翻转下慢速控制 KA5 Y0 4 压头前进 S B 5 XO 5 翻转上慢速控制 K A6 Y0 5 压头后退 S B 6 XO 6 翻转上快速控制 K A7 YO 6 车门开／ 单次循环 S B 7 X0 7 翻转下快速控制 K A8 Y0 7 车门关／ 多次循环 S B 8 X1 0 压头后退控制 KA9 Y1 0 翻转上限位 S L1 X1 l 压头前进控制 KA1 0 Yl 1 翻转下限位 S L2 X1 2 压头差动控制 KA1 1 Y1 2 压满传感器 KA2 4 X1 3 车 门开 KA1 2 Y1 3 油滤堵塞 KA2 3 X1 4 车 门关 KA1 3 Y1 4 过载保护 F R1 X1 5 车门电机启动 KA1 6 Y1 5 相序保护 S J 1 X1 6 报警指示灯 HL 2 Y2 5 急停 S B O XZ 2 自动指示灯 HK3 Y2 6 压头前限位 S B9 X2 3 蜂鸣器控制 HA1 Y2 7 尾 门开限位 S B 1 O XZ 4 2 ． 2 P LC控制 流程 图 P I C软件设计的主要任务是根据控制要求将工 艺流程图转换为梯形图，程序编写是软件设计的具体 表现。图 2为工作主控部分的程序流程图，其 中包括 翻转缸装料 、压缩缸压紧垃圾 的控制。 2 ． 3 P I C程 序设 计 图 3为 环 卫 压 缩 站 核 心 控 制 部 分 程 序 S F C S e q u e n t i a l F u n c t i o n C h a r t 图 。在程 序设计 中，采 用 了顺序控制法，此外还使用了主控指令 ，程序分析如 下 1 整个程序分 自动控制与手动调整控制两大部 分 ，S A1是 自动／ 单周及手动的控制开关 。 2 手动控制过程 将开关 S A1扳至 “ 手动”位 置 ， 此时， X0 0 0常开闭合 ， 常闭断开 ， 利用主控指令 ， 通 过点 动控 制按 钮 S B 3 、 S B 4实现 压缩缸 的压 、 退运 动 的手动调整 ； 通过 电动控制按钮 S B 5 、 S B6 实现翻转缸 的上 、下运 动 。 3 自动控制过程 将 S A1扳向 “ 自动” 位置， 未 接通 XO 0 0 ， 即XO 0 0 处于常开断开， 常闭闭合状态， 程 序直接跳至 自动处 ，利用 P L C初始化脉冲 M8 0 0 2使 程序进人初始状态 S 0 。 此时， 按下电机启动按钮 S B 1 ， 然后按下车门开启动按钮 S B 7 ，XO 0 7常开闭合， 2 0 被置位 ，而 S O自动复位， 2 0被置位后 ，驱动它后面 所连接的负载工作 ，随着各转换条件的满足 ，系统将 按要求 自动完成每步工作 ，实现液压系统 自动运行的 工作要求 。 4 按液压系统设计用双油路控制翻转缸的快慢 速度 ，程序中快慢运行时间由定时器确定 ，启动和停 止均采用慢速以确保机械运行的安全性 ，同时减少损 伤 ，增加使用寿命。 3结束 语 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 0年第 3期 操 火森 ，等 P L C在 环卫压缩站液压 系统中的应用 1 4 1 采用 P L C作为环卫压缩站系统的主要控制器 ， 不 但使垃圾装料、压缩、卸料的整体 自动化、智能化控 制的可靠性得到了提高 ，而且便于其他辅助系统的控 制 如泵的启停、 相序保护、 液压的限制等 ，同时 ，还 使环卫压缩站系统成为一个独立 的自主监测、 自主控 制的系统 ， 完善了辅助控制功能， 便于系统的维护， 有 利于系统安全正常地运行 。 图 2 主 控 部 分 程 序 流 程 图 s 2 o 图 3程序 S F C图 参考文献 [ 1 ] 周启 君． 垃 圾收 集一 压缩一转 运一体 化方 案 E J ] ． 专 用汽 车 ， 2 0 0 6 2 8 4 8 6 ． [ 2 ] 陈洁． 现代 P L C控制 技术 与发展E J ] ． 精密制造与 自动 化 ， 2 0 0 4 4 4 8 4 9 ． [ 3 ] 国娟． 基 于 P L C控制系统 的设计 与调试 [ J ] ． 中 国新 技术 新产品 ， 2 0 0 9 1 3 2 8 ． [ 4 ] 段锦 良， 马俊 功． P L C在液压能源 系统中 的应用 [ J ] ． 仪器 仪表 学报 ， 2 0 0 4 2 5 6 5 6 6 5 8 ． [ 5 ]张利平． 液 压站 E M] ． 北京 化学 工业 出版社 机械 电气 分社 ， 2 0 0 8 ． [ 6 ] 张建 民． 机 电一体 化系统 设计 E M] ． 北京 北京 理工大 学 出版社 ， 1 9 9 6 ． 英文 摘 要转 第 1 4 4页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 4 4 机 械 工 程 与 自 动 化 2 0 1 0年第 3 期 滑模控制器的鲁棒性。 1 6 l 2 ≤8 ． 4 O 1 6 1 2 8 4 - 1 ． ． 、 、 、 、 0 ．1 O ． 2 0 ． 3 t ／s a P I 控制 ＼ ● - ＼ ＼ - J 0 0 ． 1 0 ． 2 0 ． 3 t ／ s b S MC控制 图 2 车速为 1 0 k m／ h制动时的充电电流变化 曲线 5 结束 语 本文针对永磁无刷直流电机的特点，为了有效克 服系统的参数摄动、 负载扰动等不确定因素的影响， 采 用滑模变结构理论， 设计了电动 自行车回馈控制系统， 仿真结果表 明滑模控制策略与传统 P I 控制器相 比具 有鲁棒性强、波动小及运行稳定的优点。 参考文献 [ 1 ] 周鹤 良， 王 天顺． 加速 电动 自行车产业 化E J ] ． 中国机 电工 业 ， 2 0 0 1 5 1 6 1 7 ． [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 3 [ 7 ] E 8 ] 陈清泉． 现代 电动汽车技术 [ M] ． 北京 北京理 工大学 出 版社 ， 2 0 0 2 ． Zho u Ha ob i n， Lon g Bo， Ca o Bi n gga n g．H i nf i n i t y r o bus t c o n t r o l l e r f o r e l e c t r i c b i c y c l e s [ G] ／ ／ P r o c e e d i n g o f 2 0 0 8 W o r k s h o p o n Po we r El e c t r o n i c s a n d I n t e l l i g e n t Tr a n s p 0 r t a t i o n S y s t e m． G u a n g z h o u E s ． n ． ] ， 2 0 0 8 1 3 1 - 1 35 ． Cha u K T，Cha n C C ，Li u Chun hua ．Ov e r v i e w of pe r ma n e nt ma g ne t b r us hl e s s dr i v e s f or e l e c t r i c a n d h y b r i d e l e c t r i c v e h i c l e s[ J ] ．I E EE Tr a n s a c t i o n s o n I n d u s t r i a l El e c t r o n i c s ， 2 0 0 8， 5 5 6 2 2 4 6 2 2 5 7 ． Li a ng Chi Yi ng，Li n W a i - Ho n，Cha n g Br uc e ．Appl yi n g f u z z y l o g i c c o n t r o l t o a n e l e c t r i c b i c y c l e[ C] ／ ／ F i r s t I n t e r na t i ona l Co nf e r e nc e o n I nno va t i v e Comp ut i ng， I n f o r m a t i o n a n d C o n t r o 1 ． B e i j i n g E s ． n ． ] ， 2 0 0 6 5 1 3 5 1 6 ． 骆再 飞． 滑模变结 构理论 及其在交 流伺服 系统 中的应用 研究[ D] ． 杭州 浙江大学 ， 2 0 0 3 1 0 2 0 ． Somc ha i won g N ，Pong l a ng ka W ．Re ge ne r a t i v e p owe r c o n t r o l f o r e l e c t r i c b i c y c l e[ C] ／ ／ 2 0 0 6 S I C E～ I C A S E I n t e r n a t i o n a l J o i n t Co n f e r e n c e ．Bu s a n S I CE I CAS E， 2 00 6 43 6 一 43 65 ． 张 占松 ， 蔡 宣三． 开关 电源 的原理与设计[ M] ． 北京 电子 工 业 出版 社 ， 1 9 9 8 ． Re g e ne r a t i ng Br a k e o f El e c t r i c Bi c y c l e Ba s e d o n S l i d e M o d e Co n t r o l W U Chu a n yu C o l l e g e o f M e c h a n i c a l a n d E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g ，F u j i a n Ag r i c u l t u r e a n d F o r e s t r y Un i v e r s i t y ，F u z h o u 3 5 0 0 0 2 ，C h i n a Ab s t r a c t Re ge n e r a t i ng br a ke i s t h e e f f e c t i v e a ppr oa c h t o e x t e nd e n dur an c e mi l e a ge ． I n o r d e r t o ov e r c ome t he pa r a me t e r p e r t u r b a t i o n，l o a d d i s t u r b a n c e s ，t h e s l i d e mo d e c o n t r o l S MCt h e o r y i s i n t r o d u c e d i n t h i s p a p e r ，a n d a s l i d e mo d e c o n t r o l l e r o f e n e r g y r e c o v e r y s y s t e ms f o r e l e c t r i c b i c y c l e i s d e s i g n e d ．S i mu l a t i o n r e s u l t s s h o w t h a t t h e c o n t r o l l e r b a s e d o n s l i d e mo d e t h e o r y h a s b e t t e r s t a bi l i t y，r o bus t ne s s， a nd a nt i d i s t u r ba n c e t ha n t r a di t i o na l PI c o nt r o l l er ． Ke y wo r d s e l e c t r i c b i c y c l e ； r e g e n e r a t i n g b r a k e ； s l i d e mo d e c o n t r o l 上 接第 1 4 1 页 De s i g n o f Hy dr a u l i c S y s t e m a nd PLC Co nt r o l S y s t e m a bo u t t he Env i r o nme nt a l S a ni t a t i o n Co mpr e s s i o n S t a t i o n C AO Hu o s e n，W ANG Ga o c h a o， LI J u a n， C HANG Ch u n，DONG Ho n g b o Sc h o o l o f Av i a t i o n Ma n u f a c t u r i n g En g i n e e r i n g，Na n c ha n g Ha n g k o n g Un i v e r s i t y，Na n c h a n g 3 3 0 0 6 3 ，Chi n a Ab s t r a c t Th i s p a p e r d e s c r i b e d t h e s t r u c t u r e a n d t h e wo r k f l o w o f a n e n v i r o n me n t a l s a ni t a t i o n c o mp r e s s i o n s t a t i o n．I t e l a b o r a t e d o n t h e wo r k i n g p r i n c i p l e a n d wa y o f t h e r e c o n s t r u c t e d h y d r a u l i c s y s t e m ． An d t h e PLC c o n t r o l p r o g r a m d e s i g n i d e a s ， p a r a me t e r s e t t i n g s a nd t he e di t or i al pr o c e s s we r e d e s c r i be d i n de t a i l a c c o r di ng t o t he s ys t e m c o nt r ol r e qu i r e me nt s． Th e r el i ab i l i t y， s e c ur i t y a n d t he l e ve l of a ut oma t i o n o f hy dr aul i c s y s t e m wa s h i g hl y i mpr o v e d by t he us e of PLC． Ke y wo r dse nv i r on me nt a l s a ni t a t i o n c omp r e s s i o n s t a t i o n； PLC；hyd r a ul i c s ys t e m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m