８０ 基于专用可编程控制器的垃圾车控制系统设计 基于专用可编程控制器的垃圾车控制系统设计 Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｇａｒｂａｇｅ Ｔｒｕｃｋ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｓｐｅｃｉ￣ｉ ＰＬＣ 栾晓梅’ 高 波 冯开林 许 雷’ （１山东科技大学研究生教育学院，山东青岛２６６５１０；２山东科技大学机器人研究中心，山东青岛２６６５１０） 摘 要 目前，国内的后装压缩式垃圾车的控制系统多数是基于进口或者通用可编程控制器设计的，存在成本较高，性价比低，通 用性差，难于进行二次开发等缺点。针对该问题，采用自主研制的专用可编程控制器，设计垃圾车控制系统ｏ、经在中集公司的垃 圾车上试验表明，该控制系统安全，可靠，成本低，对环境的适应力强，符合垃圾车控制系统的要求，具有较高的应用价值。 关键词：垃圾车，专用可编程控制器，梯形图 Ａｂｓｔｒａｃｔ Ａｔ ｐｒｅｓｅｎｔ，ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｄｏｍｅｓｔｉｃ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｇａｒｂａｇｅ ｔｒｕｃｋ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｄｒｉｆｖｅｒｓａｌ ＰＥＣ．Ｔｈｅｒｅ ｗｅｒｅ ｓｏｍｅ ｄｉｓａｄＶａｎｌａｇｅｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｈｉｇｈ－ｃｏｓｔ，ｌｏｗ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｔｏ ｐｒｉｃｅ ａｎｄ ｓｏ ｏｎ．Ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ，ｓｅｌｆ－ｄｅｓｉｇｎｅｄ ＰＬＣ ｉｓ ａｄｐｏｔｅｄ ｔｏ ｄｅｓｉｇｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ．Ａｆｔｅｒ ｄｅｓｉｇｎ，ｉｔ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｔｅｓｔｅｄ ｏｎ ｇａｒｂａｇｅ ｔｒｕｃｋ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｇａｒｂａｇｅ ｔｒｕｃｋ，ｓｐｅｃｉａｌ ＰＬＣ。ｌａｄｄｅｒ ｄｉａｇｒａｍ 目前，国内垃圾压缩车生产厂家主要通过引进技术进行消 化吸收，或依靠模仿和适度创新，形成自己的生产开发能力，但 是垃圾车的控制系统主要采用的是进口可编程控制器，使得控 制系统成本较高，且不能适应国内的生产研发情况。本文在已有 技术的基础上，针对垃圾车控制系统成本较高的问题，采用一种 拥有自主知识产权的专用可编程控制器代替原有的进口可编程 控制器，重新设计垃圾车控制系统，降低垃圾车的成本，同时优 化程序，提高系统的可靠性。 １ 垃圾车专用可编程控制器简介 垃圾车专用可编程控制器是针对垃圾车应用工况而分析与 设计的，硬件部分是专用可编程控制器区别于通用型的核心部 分。其输出模块采用了两种方案，一种是目前采用较多的汽车专 用继电器方案，由集成驱动电路驱动，这种方案技术成熟，但成 本较高；另外一种方案采用的是大功率ＭＯＳ管，其抗冲击电流 、部件之间的碰撞，减少噪声，降低部件的损坏，延长垃圾车的使 用寿命。 ３垃圾车可编程控制系统设计 ３．１压缩式垃圾车对控制系统的要求 １）压缩式垃圾车的动作分装载和卸载两组动作。装载分垃 圾桶提升、刮板翻转、刮板翻转到位滑板下降、滑板下降到位刮 板刮合、刮合到位滑板上升排出板后退、滑板上升到位这七步； 卸载分锁钩打开、填装器上升、清理垃圾、排出板推出、排出板返 回、填装器下降、填装器下降到位锁钩锁紧这七步。不论装载还 是卸载，都只允许有且只有一步动作，后一步动作是在前一步动 作完成的基础上进行的。 ２）设置紧急制动按钮并编写相应的程序，使垃圾压填作业 装置能在任何状态或任何位置停止，保障作业人员的安全以及 机构的安全和可靠性。当按下装载按钮时将恢复到按紧急制动 按钮之前的状态，不影响垃圾车接下来的动作。 能力已能满足需要，具有寿命长，可靠性好，可以有效保护负载， 并有自恢复功能，体积小的优点，解决了传统的专用的可编程控 制器输出模块因采用汽车专用触点式继电器而占据很大成本份 额的问题。通讯模块上根据要求仅保留了ＲＳ２３２接口，实现用 ３）各机构的工作均有自动和手动两种操作方式，手动控制 主要是针对某些特殊情况而设定的。自动控制即垃圾车的各组 动作是衔接自动进行的，节省工作时间。 户梯形图程序的下载与读出，同时作为用户程序与其它串ＩＺｌ设 备的通讯接口。 ２后装式压缩垃圾车的基本结构 ２．１装载机构 ４）装载模式分一次装载和连续装载两种。一次装载即垃圾 车自动完成一次装载动作之后停止；连续装载即垃圾车自动不 停的重复装载，除非人为操作按钮才能令动作停止。当垃圾较多 的时候，可以采用连续装载模式，节省装载垃圾的时间，提高工 作效率。 装载机构由滑板、刮板和油缸组成。滑板可沿尾箱侧壁上的 导轨做斜上或斜下运动。刮板与滑板铰接。工作时，刮板在油缸 的推动下绕绞点转动。 ２＿２卸载机构 ５）发动机功率输出自动控制。发动机功率输出控制即油门控 制可通过电气系统实现全自动控制，满足垃圾压填循环和推挤卸 料时对功率的要求，在其它工况下，发动机自动处于怠速状态。 ３＿２可编程控制器的输入输出配置 卸载机构由排出板油缸和排出板构成，主要是靠排出板油 缸推动排出板把垃圾排出。 不论是装载机构还是卸载机构，每个动作机构的动作限位 处都安有接近开关，当执行机构到达限位后，接近开关动作，给 根据后装压缩式垃圾车作业过程，确定所需的用户输入／输 出设备，并给其分配相应的可编程控制器输入／输出口。 ３．３设计垃圾车工作流程图 可编程控制器相应的输入信号，梯形图程序执行并产生相应的 输出信号，输出信号控制该执行机构停止动作，同时令下一组执 压缩式垃圾车作业流程分两个循环：装载循环和卸载循环。 装载循环分如下四个阶段： 行机构开始动作，这样可以使各组动作衔接起来，同时避免各个 第一阶段：刮板向上翻转，做好插入松散垃圾内的准备。 《工业控制计算机｝２０１０年第２３卷第４期 第二阶段：滑板带动刮板向下移动，插入料槽的松散垃圾中。 第三阶段：刮板向内作圆弧摆 动，开始将垃圾刮进车箱中。 第四阶段：滑板带动刮板向上 移动，将垃圾填装到车厢中去，这 样就完成一次装载循环。 卸载循环分如下四个阶段： 第一阶段：填装器上升，为卸 载做好准备。 第二阶段：刮板翻转，清理料 槽中残余的垃圾。 第三阶段：排出板推出垃圾。 第四阶段：排出板返回，填装 器下降，垃圾卸载完毕。 的垃圾车作业流程图如图１所示。根据垃圾车作业流程，设计出 图１垃圾车作业流程图 根据设汁好的垃圾车作业流程图设计的垃圾车控制系统电 气原理如图２所示。 ± ｒ ｒ———— —— ５ ２÷ ， 拉芏闭— 一后 ＃ 启 ｍ ＯＯＭ１ 卦戴 ｒ装载ｊ － ４；５ Ｉ ３ 锁钩镄紧确认ｓ０ ＸＯ ” ： — 滑扳上限筐 — 堑 Ｉ匿滑Ｉ扳Ｔ 位ｓ０ ，ｘ６ Ｖ［Ｙ５４卜 Ⅱ＿ Ｙ６ 廿 急停止ｓ Ｈ【 紧急停止∞（右・ ，ｘＩＩ Ｙ７ 第＝急停∞ ， ［ ：二 Ｌ —Ｙ』１０ｕ ｌｌ Ｙ１３ 横式转接” 庄续 ’ｘ－２ｉ ？一女 ． ｖｆ，● ｌ４ 洁埋ｒ扒出ｊ∞ ， Ｘ？２ ＿卜 －・——————————— Ｙ１５ ｆ 排±板推出退目 ． ， ｘ２３ 开芏 推 ｊ ｃ ， Ｙ１６ ，～ ＾ｎ ＿口Ｉ 锁构松开填装Ｈ上 返 １ 升Ｙｖ 篇 ～ｓ ＹＩ７ 填装器镇勾锁紧Ｙｖ 一 Ｔ 一Ｉｉ ， ｘ２６ 图２控制系统电气原理 图２中将主控开关打到装载，按下装人按钮，Ｘ１４有输入信 号，使得Ｙ５产生输出信号，驱动刮板开始翻转；刮板翻转到位 时，刮板翻转限位开关ＳＱ闭合，Ｘ１０有输入信号，使得Ｙ６有输 出信号，驱动滑板连带刮板一起下降；滑板下降到位时，滑板下 限位开关ＳＱ闭合，×６有输入信号，使得Ｙ７产生输出信号，驱 动刮板开始刮合；刮板刮合到位时，刮板刮合限位开关ＳＱ闭 合，Ｘ７有输入信号，使得Ｙ１０产生输出，驱动滑板开始上升；滑 板上升到位时，滑板上限位开关ＳＱ闭合，×５有信号，使得Ｙ１０ 无输出信号，滑板停止动作，装载完毕。 主控开关打到卸载，当把填装器开关打到上升的位置，Ｘ２５ 有输入信号，使得Ｙ１、Ｙ１６产生输出信号，填装器开始上升；填 ８１ 装器上升到位之后，按下清理垃圾按钮，Ｘ２２有输入信号，Ｙ５产 生输出信号，驱动刮板开始清理垃圾；刮板清理垃圾结束后将排 出板开关打到推出位置，Ｘ２３有输入信号，Ｙ１４产生输出信号， 驱动排出板将垃圾推出；垃圾排除之后，将排出板开关打到返回 位置，使得Ｘ２４有输入，Ｙ１５有输出，令排出板返回；接着将填装 器按钮打到下降位置，使得Ｘ２６有输入，Ｙ１３有输出，驱动填装 器下降；填装器下降到位之后，Ｘ２有输入，Ｙ１７有输出，填装器 锁钩锁紧，到此卸载完毕。 ３．４设计垃圾车控制系统梯形图 采用垃圾车专用可编程控制器集成控制，控制电路在ＰＬＣ 内生成。根据已经设计好的垃圾车作业流程图，采用专有的编程 软件改编垃圾车控制系统梯形图程序。梯形图程序分装载和卸 载两部分。因为装载的每一个动作都是衔接进行的，所以上一组 动作完成的信号是下一组动作的启动信号。图３是其中的部分 控制系统梯形图。 龆 ～ 图３部分控制系统梯形图 图３中Ｙ６是由×１０的通断来决定是否有输出信号的。而 只有前一个动作——刮板翻转到位之后，×１Ｏ才有信号，Ｙ６才 能有输出，开始滑板下降，从而实现刮板翻转和滑板下降之间的 衔接。同理来设计其他的输出控制程序。 紧急停止设计：为了保障作业人员的安全以及机构的安全 和可靠性，加入紧急停止按钮×１１和Ｘ１３，按下其中任何一个， 都可以令所有的动作停止，而×１４是装入开关，当按下Ｘ１４之 后，所有的动作又恢复到按紧急按钮之前的状态。以Ｙ６为例。按 下×１ １，Ｍ３、Ｍ４均断开，Ｙ６无输出；按下Ｘ１４，Ｍ３、Ｍ４又闭合， Ｙ６有输出。同理，每个输出控制程序中都加入紧急停止程序和 恢复动作的程序。 连续装载模式设计：在第一步动作——刮板翻转的控制程 序中加入Ｘ２１，Ｘ２１是连续转载的控制输入，当按下Ｘ２１时，一 次装载结束之后又回到刮板翻转这一步，然后其他的装载动作 依次连续不断进行。 发动机功率输出自动控制设计：发动机输出功率是由油门 控制器控制的，不论装载还是卸载，Ｙ６（ＰＣ油门信号）都有输 出，Ｙ６的输出作为油门控制器的启动信号。 ４结束语 该垃圾车可编程控制系统已经在中集环境保护有限公司的 垃圾车上进行了功能验证试验，通过试验结果分析，该控制系统 能够满足垃圾车控制系统的要求，同时该可编程控制系统的成 本比采用进口可编程控制器的系统成本低，有利于垃圾车的推 广与普及。 参考文献 ［１］王敏，于英．压缩式垃圾车综述［Ｊ］商用汽车，２００８（５）：９０—９２ ［２］高波，冯开林，于志豪，等．一种垃圾车专用可编程控制器的设计［Ｊ］ 专用汽车，２００９（５）：４６—４７ ［３］刘长虹．后装压缩式垃圾车压缩机构控制系统［Ｊ］专用汽车，１９９７ （２）：２０－２３ ［４］皮晓明，何真伟后装式压缩垃圾车的液压系统及ＰＬＣ控制系统设 计［Ｊ］．机械设计与制造，２００６（８）：１２３－１２４ ［５］盂祥德，李立顺，詹隽青，等．应用ＰＬＣ的自装卸控制系统设计［Ｊ］．现 代制造工程，２００７（２）：１０６－１０７ 『收稿日期：２００９．１１．１４］