崔守娟　欒榮華　張萍華

摘要：裝載機(jī)廣泛應(yīng)用于礦山、機(jī)械、建筑工程以及車站、港口、倉(cāng)庫(kù)、料場(chǎng)等部門的裝載、推運(yùn)、挖掘、牽引、起重等作業(yè)，是一種大、中、小型多用途的工程機(jī)械。根據(jù)裝載機(jī)的工作特點(diǎn)、操作方式及控制系統(tǒng)的總體要求，建立基于PLC的二工位自動(dòng)裝載系統(tǒng)，進(jìn)行系統(tǒng)的程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并給出具體子程序?qū)嵗?，?shí)現(xiàn)了貨物裝卸系統(tǒng)的自動(dòng)控制。系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單、維護(hù)方便，大大提高了控制精度和可靠性。

關(guān)鍵詞：裝載機(jī)；PLC；自動(dòng)化；控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TH243 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1161（2016）08-0011-03

裝載機(jī)廣泛應(yīng)用于城建、礦山、鐵路、公路、水電、油田、國(guó)防及機(jī)場(chǎng)建設(shè)等工施工中[1]。然而，傳統(tǒng)的裝載機(jī)在作業(yè)過(guò)程中，駕駛員不但需要頻繁地變換擋位來(lái)控制車輛的行駛，還要實(shí)時(shí)地調(diào)整動(dòng)臂和鏟斗的位置，使得裝載機(jī)的作業(yè)質(zhì)量和作業(yè)效率取決于駕駛員的操作技巧和熟練程度。

目前，國(guó)外許多公司融合電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)了裝載機(jī)的自動(dòng)化和智能化控制，提高了裝載機(jī)的操縱性、舒適性和工作效率。但是，目前我國(guó)裝載機(jī)產(chǎn)品仍處于傳統(tǒng)的液壓控制、手動(dòng)換擋等較低技術(shù)水平上。為了減輕駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高裝載機(jī)的作業(yè)效率，降低油耗，增強(qiáng)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，迫切需要對(duì)裝載機(jī)的自動(dòng)化和智能化控制技術(shù)進(jìn)行研究[2]。

PLC作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語(yǔ)言易于為工程技術(shù)人員接受，梯形圖語(yǔ)言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開(kāi)關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能[3-4]。

本課題采用三菱PLC為控制器，以二工位自動(dòng)裝載機(jī)為例，根據(jù)控制要求實(shí)現(xiàn)貨物裝卸的自動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和程序設(shè)計(jì)。

1 控制系統(tǒng)的功能要求

二工位自動(dòng)裝載機(jī)的功能是將工件從A處移送到B處，其動(dòng)作示意圖如圖1 所示。抓手的升降和左右移行分別使用了雙線圈的電磁閥，在某方向的驅(qū)動(dòng)線圈失電時(shí)能保持在原位，必須驅(qū)動(dòng)反方向的線圈才能反向運(yùn)動(dòng)。上升、下降對(duì)應(yīng)的電磁閥線圈分別是YV2，YV1，右行、左行對(duì)應(yīng)的電磁閥線圈分別是YV3，YV4。抓手的夾鉗使用單線圈電磁閥YV5，線圈通電時(shí)夾緊工件，斷電時(shí)松開(kāi)工件。通過(guò)設(shè)置限位開(kāi)關(guān)SQ1，SQ2，SQ3，SQ4分別對(duì)抓手的下降、上升、右行、左行進(jìn)行限位，而夾鉗不帶限位開(kāi)關(guān)，它是通過(guò)延時(shí)1.7 s來(lái)表示夾緊、松開(kāi)動(dòng)作的完成的。

裝載機(jī)的操作面板如圖2所示，其能實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、回原位、單步、單周期和連續(xù)5種工作方式。手動(dòng)工作方式時(shí)，用各按鈕的點(diǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的動(dòng)作；回原位工作方式時(shí)，按下“回原位”按鈕，則抓手自動(dòng)返回原位；單步工作方式時(shí)，每按一次起動(dòng)按鈕，抓手向前執(zhí)行一步；單周期工作方式時(shí)，每按一次起動(dòng)按鈕，抓手只運(yùn)行一個(gè)周期就停下；連續(xù)工作方式時(shí)，抓手在原位，只要按下起動(dòng)按鈕，抓手就會(huì)連續(xù)循環(huán)動(dòng)作，直到按下停止按鈕，抓手才會(huì)最后運(yùn)行到原位并停下；而在傳送工件的過(guò)程中，抓手必須升到最高位置才能左右移動(dòng)，以防止抓手在較低位置運(yùn)行時(shí)碰到其他工件。

2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 輸入/輸出點(diǎn)地址分配

PLC輸入/輸出點(diǎn)分配見(jiàn)表1。

2.2 程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的程序總體結(jié)構(gòu)如圖3所示，分為主程序、自動(dòng)程序、手動(dòng)程序和回原位程序4個(gè)部分。其中自動(dòng)程序包括單步、單周期和連續(xù)運(yùn)行的程序，因它們的工作順序相同，所以可將它們合編在一起。

主程序如圖4所示，當(dāng)Y4復(fù)位、左限位X21和上限位X17接通時(shí)，輔助繼電器M0變?yōu)镺N，表示機(jī)械手在原位。這時(shí)，如果開(kāi)始執(zhí)行用戶程序、系統(tǒng)處于手動(dòng)或回原位狀態(tài)，那么初始步對(duì)應(yīng)的M10被置位，為進(jìn)入單步、單周期、連續(xù)工作方式作好準(zhǔn)備。如果M0為OFF，M10被復(fù)位，系統(tǒng)不能進(jìn)入單步、單周期、連續(xù)工作方式。圖4中的指令ZRST是成批復(fù)位的應(yīng)用指令，當(dāng)X0為ON時(shí)，對(duì)輔助繼電器復(fù)位，以防止系統(tǒng)從自動(dòng)方式轉(zhuǎn)換到手動(dòng)方式，再返回自動(dòng)方式時(shí)出現(xiàn)兩種不同的活動(dòng)步。

手動(dòng)程序如圖5所示，對(duì)應(yīng)抓手的上下左右移行和夾鉗松緊的按鈕。按下不同的按鈕，機(jī)械手執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。在左、右移行的程序中串聯(lián)上限位置開(kāi)關(guān)的動(dòng)合觸點(diǎn)是為了避免抓手在較低位置移行時(shí)碰撞其他工件。為保證系統(tǒng)安全運(yùn)行，程序之間還進(jìn)行了必要的聯(lián)鎖。

回原點(diǎn)程序如圖6所示，在系統(tǒng)處于回原位工作狀態(tài)時(shí)，按下回原位按鈕，M3變?yōu)镺N，抓手松開(kāi)和上升，當(dāng)升到上限位，抓手左行，直到移至左限位才停止，并且M3復(fù)位。

自動(dòng)控制程序具體分為單周期和連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)兩種狀態(tài)，如果選擇其中一種工作模式，另外一種模式禁止。單周期是往復(fù)運(yùn)行一個(gè)工作周期后停在后端，等待下次起動(dòng)；連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)要求裝載機(jī)啟動(dòng)后自動(dòng)往復(fù)運(yùn)行，并不斷循環(huán)。

3 結(jié)語(yǔ)

由于PLC的性能非常優(yōu)越，采用PLC技術(shù)對(duì)裝載機(jī)控制系統(tǒng)全面改造后，極大地提高了控制精度，增強(qiáng)了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾性。該系統(tǒng)成功滿足了設(shè)計(jì)要求的各項(xiàng)指標(biāo)，而且操作方便，維護(hù)工作量小，提高了裝載機(jī)的動(dòng)作效率，PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理、性價(jià)比高、效果優(yōu)良，達(dá)到了預(yù)期要求。

參考文獻(xiàn)

[1] 駱培蔭，廖凱.淺析裝載機(jī)智能控制系統(tǒng)的組成[J].工程機(jī)械，2007（5）：4-6.

[2] 湯以范，葉真，陳小異，等.電氣與可編程序控制器技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[3] 胡學(xué)林.可編程控制器教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004.

Abstract： Loader which is one kind of multipurpose engineering machinery with large， medium and small type is widely used in pushing， digging， pulling， lifting operation in the department of mining， machinery， construction， station， port， warehouse， yard and so on. According to the general requirements of loader's work characteristics， operating mode and control system， we established two station automatic loading system based on PLC， designed the system program structure， and gave specific subroutine examples to achieve automatic control of cargo handling system. The system is easy to operation and maintenance， which greatly improves the accuracy and reliability of the control system.

Key words： loader； PLC； automation； control system