趙瑞玲 陳朝春

1 引言

民爆器材行業(yè)被稱為“能源工業(yè)的能源，基礎(chǔ)工業(yè)的基礎(chǔ)”，因此民爆器材行業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有重要作用。而在生產(chǎn)過程中，我國大多數(shù)民爆器材生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)原料和成品仍采用人工運(yùn)輸方式，工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，安全性差。為了提高生產(chǎn)效率，保證工作人員安全，實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)工序無人操作，采用自動(dòng)運(yùn)料小車來運(yùn)輸生產(chǎn)原料和成品。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

自動(dòng)運(yùn)料小車由防爆車體、載貨箱、光電開關(guān)、接近開關(guān)、警示燈、控制器、蓄電池等構(gòu)成，該控制系統(tǒng)的采樣周期是4.5ms，能夠滿足小車整體實(shí)時(shí)性的要求，其側(cè)面框圖結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 運(yùn)料小車側(cè)面框圖結(jié)構(gòu)

運(yùn)料小車采用四輪驅(qū)動(dòng)方式，結(jié)構(gòu)為兩個(gè)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，如圖2所示。運(yùn)行過程中，四個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)總是處于工作狀態(tài)，便于小車負(fù)重運(yùn)行，提高了工作效率。兩個(gè)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)采用斜齒輪相嚙合連桿傳動(dòng)，該機(jī)構(gòu)能夠改變力的傳動(dòng)方向，實(shí)現(xiàn)兩兩驅(qū)動(dòng)輪同時(shí)同方向的轉(zhuǎn)向，控制結(jié)構(gòu)簡單。而且直流電機(jī)具有優(yōu)良的速度控制性能，實(shí)現(xiàn)了高速運(yùn)行的平穩(wěn)性、穩(wěn)定性和沿曲線移動(dòng)的靈活性。

圖2 運(yùn)料小車結(jié)構(gòu)圖

2.2 小車工作過程

運(yùn)料小車能夠沿著導(dǎo)引線自主前行，它是通過車頭與車尾底部橫向排列的4個(gè)光電開關(guān)檢測(cè)導(dǎo)引線，再發(fā)送信號(hào)到控制器?？刂破鲗?duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行處理，并控制直流電機(jī)校正偏移量，從而實(shí)現(xiàn)巡導(dǎo)引線行走。

巡導(dǎo)引線時(shí)如圖3所示[1]，黑色小圓圈表示光電開關(guān)，共有4個(gè)，車體前后各兩個(gè)，橢圓表示接近開關(guān)，共有兩個(gè)，車體前后各1個(gè)，當(dāng)光電開關(guān)在導(dǎo)引線上時(shí)是低電平，給出0信號(hào)，不在導(dǎo)引線上時(shí)是高電平，給出1信號(hào)。

圖3 小車巡導(dǎo)引線示意圖

當(dāng)運(yùn)料小車自主向右（X1方向）前行時(shí)，接近開關(guān)S2作為小車停止控制信號(hào)，光電開關(guān)G3和G4起到巡導(dǎo)引線的作用，當(dāng)小車處于 C狀態(tài)時(shí)信號(hào)為（1，0），表示小車向左偏了，轉(zhuǎn)向電機(jī)就向順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，至光電開關(guān)G3狀態(tài)為0時(shí)止；B狀態(tài)時(shí)信號(hào)為（0，1），表示小車向右偏了，轉(zhuǎn)向電機(jī)就向逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，至G4光電開關(guān)狀態(tài)為0時(shí)為止；A狀態(tài)時(shí)信號(hào)為（0，0），表示小車在正確位置上，轉(zhuǎn)向電機(jī)不工作，小車保持直行。如此實(shí)時(shí)糾偏，保證小車始終沿正確軌道前進(jìn)。

同樣，運(yùn)料小車自主向左（X0方向）前行時(shí)，接近開關(guān) S1作為小車停止控制信號(hào)，光電開關(guān) G1和G2起到巡導(dǎo)引線的作用。

3 系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)

光電開關(guān)配以外圍電路可以實(shí)現(xiàn)識(shí)別導(dǎo)引線的功能，光電傳感器與控制器的連接框圖如圖4所示[1]。光電傳感器將導(dǎo)引線存在的信號(hào)和電位器的信號(hào)，經(jīng)比較器后輸出電平信號(hào)給控制器，但這種電路穩(wěn)定性差，識(shí)別精度不高。

圖4 光電開關(guān)與控制器的連接框圖

其電路圖如圖5所示[2]。當(dāng)檢測(cè)到導(dǎo)引線，比較器的輸出LM324是低電平，其他輸出是高電平，通過高低電平電壓不同輸出，把該信息交給控制器判斷處理，指揮下一步的運(yùn)行方向，從而達(dá)到巡導(dǎo)引線的功能。

圖5 光電開關(guān)電路圖

小車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制是通過控制器來實(shí)現(xiàn)的，而控制器輸出的信號(hào)是一個(gè)低壓信號(hào)，不能直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，因此需要運(yùn)用共射極放大電路來驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，其驅(qū)動(dòng)電路圖如圖6所示。

圖6 電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路

4 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件主要由傳感器檢測(cè)和電機(jī)控制處理程序，控制運(yùn)料小車自主運(yùn)行。程序在運(yùn)行過程中，不斷查詢外部傳感器信號(hào)，并對(duì)所采集的信號(hào)進(jìn)行判斷處理，其程序框圖如圖7 所示[3,4]。

圖7 程序框圖

控制程序不斷實(shí)時(shí)讀取傳感器的值，并進(jìn)行判斷，將相應(yīng)的電機(jī)控制信號(hào)輸出，最終控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，該自動(dòng)運(yùn)料小車設(shè)計(jì)簡單，易于實(shí)現(xiàn)。

5 總結(jié)

2010年3月，調(diào)試時(shí)采用光電判斷器克服了外界光線干擾，而且選用鋰電池作為電源克服了電源使用時(shí)間不長和壽命的問題，并將調(diào)試完的火工品運(yùn)料小車進(jìn)行試驗(yàn)運(yùn)行，其具備自動(dòng)巡線運(yùn)行功能，但小車運(yùn)行的可靠性與穩(wěn)定性有待進(jìn)一步提高。

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[4] 狄敬國,程繼興,李秀美等.一種基于PLC的運(yùn)料小車設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)裝備技術(shù).2006,32（3）