吳勁松

(安徽銅冠機(jī)械股份有限公司 技術(shù)中心， 安徽 銅陵 244061)

PLC在ZGC60型渣罐車工作裝置電液控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

吳勁松

(安徽銅冠機(jī)械股份有限公司 技術(shù)中心， 安徽 銅陵 244061)

簡(jiǎn)述了ZGC60型渣罐車及其工作裝置構(gòu)成，重點(diǎn)介紹了ZGC60型渣罐車工作裝置電控系統(tǒng)，在控制系統(tǒng)中引入PLC控制，簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了大型設(shè)備的智能化和操作的簡(jiǎn)單化，提高了設(shè)備工作的安全性和可靠性。

渣罐車； 工作裝置； 電控系統(tǒng)； PLC

ZGC60型渣罐車是安徽銅冠機(jī)械股份有限公司生產(chǎn)的一種特種運(yùn)輸作業(yè)車輛，主要應(yīng)用于鋼廠、冶煉廠等爐渣處理工藝中的爐渣運(yùn)輸環(huán)節(jié)，可以完成從地面上抱起渣罐到車輛上，在廠區(qū)內(nèi)運(yùn)輸?shù)街付ǖ攸c(diǎn)然后傾倒?fàn)t渣，再把渣罐放回到地面等工作任務(wù)。

ZGC60型渣罐車采用電液一體化控制系統(tǒng)，整機(jī)電液控制系統(tǒng)較復(fù)雜，按其功能可分為行走驅(qū)動(dòng)電液控制系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向電液控制系統(tǒng)、制動(dòng)電液控制系統(tǒng)和工作裝置電液控制系統(tǒng)[1]。行走、轉(zhuǎn)向與制動(dòng)系統(tǒng)由車輛底盤實(shí)現(xiàn)，本文僅介紹其工作裝置電液控制系統(tǒng)。

1 ZGC60型渣罐車工作裝置及其控制系統(tǒng)要求

ZGC60型渣罐車體積較大，由前車頭和后車架組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，前車頭布置有柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和駕駛室，后車架承載車廂和工作裝置。它的工作裝置主要包括兩側(cè)起提升翻轉(zhuǎn)作用的大臂工作機(jī)構(gòu)、起穩(wěn)定支撐作用的雙支腿工作機(jī)構(gòu)、用于穩(wěn)罐和翻罐的定位銷工作機(jī)構(gòu)以及起隔離作用的百葉窗工作機(jī)構(gòu)。

ZGC60渣罐車的工作過(guò)程為叉罐——支撐——抱罐——卡定位銷——轉(zhuǎn)場(chǎng)——支撐——倒(翻)罐——回場(chǎng)——拔定位銷——卸罐，在上述工作過(guò)程中，工作裝置對(duì)應(yīng)的動(dòng)作主要有：支腿支撐、大臂起落、卡銷拔銷以及工作時(shí)打開(kāi)和行走時(shí)關(guān)閉的百葉窗啟閉。這些動(dòng)作是通過(guò)兩大臂油缸、兩支腿油缸、兩固定銷油缸和百葉窗油缸的動(dòng)作實(shí)現(xiàn)的，因此，工作裝置的電液控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)這些油缸動(dòng)作的控制。

渣罐車在工作過(guò)程中承受的負(fù)載變化大，要求工作裝置動(dòng)作平穩(wěn)，對(duì)工作裝置的同步度和準(zhǔn)確度要求較高，需多部件協(xié)同工作，傳統(tǒng)的控制方法因線路復(fù)雜、操作煩瑣而難以實(shí)現(xiàn)，因此，在其工作裝置的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中引入了可編程控制器(簡(jiǎn)稱PLC)，實(shí)現(xiàn)了渣罐車工作裝置的自動(dòng)控制，簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)，大大提高了工作機(jī)構(gòu)動(dòng)作的靈活性和安全性。

2 工作裝置電控系統(tǒng)硬件構(gòu)成

ZGC60渣罐車工作裝置的電控系統(tǒng)由PLC、輸入輸出電路、顯示屏和CAN總線組成。PLC采用芬蘭EPEC公司的3724控制器，為工作裝置控制系統(tǒng)的核心；顯示屏采用德國(guó)GRAF- SYTECO公司的MCQ4000系列，用于顯示系統(tǒng)的實(shí)時(shí)工作狀態(tài)及系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置，控制器與顯示器之間采用CAN總線連接。

2.1 PLC

電控系統(tǒng)的PLC采用芬蘭EPEC OY公司的3724控制器，3724是一款結(jié)構(gòu)緊湊的多功能控制器，優(yōu)化的輸入和輸出針腳使其能用于眾多的控制系統(tǒng)。3724控制器是EPEC2024控制器的升級(jí)版，它的I/O配置與2024完全兼容，I/O針腳總數(shù)為52個(gè)，包括開(kāi)關(guān)量輸入輸出、模擬量輸入、脈沖輸入、PWM輸出、電流反饋輸入；具備兩路CAN總線接口，接口遵循CAN2.0規(guī)范。3724控制器防護(hù)等級(jí)達(dá)IP67，適用于高震動(dòng)、大溫度變化、潮濕等長(zhǎng)期惡劣環(huán)境，采用直流24 V供電，在工程車輛上應(yīng)用廣泛。

圖2 PLC輸入輸出電路簡(jiǎn)圖

2.2 PLC輸入電路

PLC輸入電路，如圖2左側(cè)所示，由開(kāi)關(guān)量輸入和模擬量輸入組成。

(1)開(kāi)關(guān)量信號(hào)。該部分由操作開(kāi)關(guān)、選擇按鈕、支腿上下限位開(kāi)關(guān)、液壓壓力報(bào)警開(kāi)關(guān)、過(guò)濾器堵塞報(bào)警開(kāi)關(guān)以及來(lái)自行走系統(tǒng)的駐車、空檔等安全信號(hào)組成，用于采集外部的操作信號(hào)及限位、報(bào)警等開(kāi)關(guān)量信號(hào)。

(2)模擬量信號(hào)。該部分由大臂操作手柄、大臂位置傳感器、氣壓、液壓壓力變送器和液壓油溫傳感器等模擬量輸入信號(hào)組成。其中大臂操作手柄為0～5 V變化的電壓信號(hào)，傳感器及變送器為4～20 mA電流信號(hào)。

2.3 PLC輸出電路

PLC輸出電路，如圖2右側(cè)所示，由開(kāi)關(guān)量輸出和脈沖寬度調(diào)制(PWM)輸出信號(hào)組成。

(1)開(kāi)關(guān)量輸出。用于繼電器、散熱器、指示燈、系統(tǒng)報(bào)警輸出以及其它輔助設(shè)備的控制等。

(2)PWM輸出。PWM輸出信號(hào)用于電液比例閥的控制，實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)壓力、流量、流向的調(diào)節(jié)和工作機(jī)構(gòu)動(dòng)作快慢的調(diào)整。

2.4 顯示屏

在當(dāng)今信息時(shí)代，電子監(jiān)視器早已取代駕駛室功能單一的儀表盤。ZGC60渣罐車駕駛室操作臺(tái)上安裝有MCQ4000- 12型顯示屏。該顯示屏為德國(guó)GRAF- SYTECO產(chǎn)品，它集成了一個(gè)操作面板，具備10個(gè)功能按鈕和1個(gè)旋鈕，具有遵循CAN2.0協(xié)議規(guī)范的CAN總線接口。顯示屏可自由編程，它與PLC通過(guò)CAN總線進(jìn)行通訊，將總線上來(lái)自PLC的各項(xiàng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化處理后以文字、圖形方式展示給操作者，同時(shí)接受操作者設(shè)定的參數(shù)值并傳遞給PLC，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)的設(shè)定與調(diào)整。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 PLC通道設(shè)置

EPEC3724控制器通道接點(diǎn)多達(dá)52路，通道定義靈活，很多通道既可作為輸入接點(diǎn)，也可作為輸出接點(diǎn)，既有開(kāi)關(guān)量通道，也有PWM通道，因此在使用前，需根據(jù)硬件手冊(cè)和電氣設(shè)計(jì)圖紙對(duì)I/O通道進(jìn)行定義。EPEC公司提供的Multitool軟件，可以方便的對(duì)控制器每一通道進(jìn)行功能定義，減少編程工作量，降低出錯(cuò)率。同時(shí)，組態(tài)控制器的CAN接口，定義通訊參數(shù)，令其具備CAN總線數(shù)據(jù)收發(fā)能力。

3.2 PLC編程

PLC控制程序采用Codesys軟件編制，根據(jù)ZGC60渣罐車工作原理以及工作裝置各部分聯(lián)控要求，按照單部件手動(dòng)控制和多部件自動(dòng)聯(lián)控原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。如圖3所示，PLC接受來(lái)自操作手柄和控制按鈕的指令信號(hào),發(fā)出動(dòng)作指令，同時(shí)采集限位、變送器、傳感器等信號(hào)，監(jiān)視比例閥反饋信號(hào)，處理后產(chǎn)生控制信號(hào)(PWM信號(hào)),并通過(guò)PLC內(nèi)部驅(qū)動(dòng)電路控制電液比例閥電流大小,實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓系統(tǒng)壓力、流量的精確調(diào)節(jié)，使工作裝置穩(wěn)定、平順的完成各項(xiàng)動(dòng)作。

圖3 控制系統(tǒng)原理框圖

3.3 顯示屏人機(jī)界面編制

顯示屏人機(jī)界面采用GRAF公司的GDS Designer軟件編制，采用多界面設(shè)計(jì)，各界面實(shí)現(xiàn)不同的功能，主要有工作狀態(tài)監(jiān)視畫(huà)面(見(jiàn)圖4)、報(bào)警瀏覽畫(huà)面、參數(shù)設(shè)置畫(huà)面(見(jiàn)圖5)、PLC輸入輸出檢測(cè)等畫(huà)面。人機(jī)界面中的數(shù)據(jù)從CAN總線取得，經(jīng)處理轉(zhuǎn)化，以文本和圖形方式展現(xiàn)給操作者；操作者根據(jù)工況和經(jīng)驗(yàn)修改設(shè)定參數(shù)，參數(shù)由顯示屏處理后經(jīng)CAN總線發(fā)往PLC，PLC根據(jù)這些參數(shù)作出動(dòng)作調(diào)整，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。

圖4 工作狀態(tài)監(jiān)視畫(huà)面

圖5 參數(shù)設(shè)定畫(huà)面

4 結(jié)束語(yǔ)

目前ZGC60型渣罐車已在多家冶煉廠投入使用，它結(jié)構(gòu)合理、自動(dòng)化程度高、能適應(yīng)惡劣的作業(yè)環(huán)境，大幅度的改善了工人的勞動(dòng)環(huán)境，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。由于控制系統(tǒng)中采用了PLC和顯示屏, 它的操作變得十分簡(jiǎn)單、直觀,全部工作只需要幾個(gè)手柄和操作按鈕即可完成，并可根據(jù)實(shí)際情況, 方便的修改工作參數(shù),實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話。在實(shí)際使用中，還將轉(zhuǎn)向行走系統(tǒng)和制動(dòng)系統(tǒng)的部分功能也接入控制系統(tǒng)中，將渣罐車各工作裝置有機(jī)的聯(lián)系在一起,實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向、行走、制動(dòng)裝置與工作裝置的聯(lián)控，極大的提高了作業(yè)的安全性和可靠性，實(shí)現(xiàn)了大型設(shè)備的機(jī)、電、液一體化和智能化。

[1] 郭銳，趙靜一.基于電液控制系統(tǒng)的大型抱罐車發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)[J].液壓氣動(dòng)與密封，2010，(8):15-18.

[2] 孟泓宇，郭彥敬.EPEC2024控制器在掘進(jìn)機(jī)電控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2014，(6):127-129.

[3] 周泉.基于多工業(yè)總線融合的鋼渣抱罐車控制系統(tǒng)研究[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2013，26(7):27-30.

Application of PLC in Electric-hydraulic Control System of ZGC60 Slag Pot Car Working Device

WU Jin-song

This paper briefly describes the working device and composition of ZGC60 slag pot car, mainly introduces electric control system of the working device. The introduction of PLC in the control system, simplifies the circuit design, realizes intelligence of large equipment and simplification of operations, and improves the safety and reliability of the equipment.

slag pot car； working device； electric control system； PLC

2014-12-10

吳勁松(1971-)，男，安徽銅陵人，工程師，大學(xué)本科，主要從事自動(dòng)化控制方面工作。

TF341

B

1003-8884(2015)01-0026-03