基于PLC的抓斗式起重机控制系统设计.pdf

机械 工程师 纛eHANl 0A 薹燃 l t酗 基 于P L C 的 抓斗式起重机控制系统设计 闻佳栋 ， 郑雄胜 浙江海洋 学院 船舶与海洋工程学院 ， 浙江 舟 山 3 1 6 0 2 1 Co n t r o l S y s t e m De s i g n o f Cl a ms he l l Cr a n e Ba s e d o n P LC W EN J i a d o n g， ZHENG Xi o n g s h e n g s c h o o l o f N a v a l A r c h i t e c t u r e a l 1 d Ma r i n e E n g i n e e r i n g ， Z h e j i a n g O c e a n U n i v e r s i t y ，z h o u s h a n 3 1 6 0 2 1 。C h i n a Ab s t r a c t Th e p a p e r i n t r o d u c e s t h e b a s i c c o mp o s i t i o n s t r u c t u r e o f a c l a ms h e l l c r a n e ．T h e w o r k i n g p r o c e s s o f t h e g r a b d r e d g e r i s a n a l y z e d，t h e h y d r a u l i c c o n t r o l s y s t e m a n d PI C c o n t r o l s y s t e m a r e d e s i g n e d ．Ac c o r d i n g t o t h e wo r k c y c l e o f a g r a b d r e d g e r ，t h e c o r r e s p o n d i n g P L C c o n t r o l p r o g r a m i s d e s i g n e d ． Ke y wo r d s P L Ce l a ms h e l l c r a n ee o n t r o l s y s t e m 0引 言 抓斗式起重机是一种适合于抓斗式挖泥船的水下开 挖输送施T 、 水域1 二 程 治理 的主要设备 ， 主要用于港 口、 码头 、 航道的淤泥疏浚。该设备 主要由抓 斗旋转平台 、 起 重臂架 、 动力 系统 、 变速箱 、 各种起升 、 变幅 、 回转液压系 统和 P L C控制部分等组成 。本文就抓斗式起重机的各个 机构的液压控制 系统和 P I C控制 系统设 计方案进行介 绍。 1 抓斗式起重机结构组成及功能 抓斗式起重机主要 由抓斗升降系统 、 变幅系统 、 旋转 系统 、 抓斗开闭系统等机构组成， 其结构简图如图 1 所示 。 抓斗 式挖泥 船是利用抓斗式 起重机的 吊杆和 钢 索 来 悬 挂 泥 斗，在抓斗本 身 的重 量 作用 下 ， 放 人海底抓取泥 土 ；然后开启斗 索 绞车 ，吊斗索 即通过 吊杆顶端 的滑轮 ，将抓斗 关 闭 ， 升起 ， 再转 动挖泥船 到预定 点将泥卸掉， 然后又 回到挖掘起点。 抓斗式超重机要实现抓斗的起升和抓卸货物，全部 过程都 由液压系统控制 。抓货时 ， 抓斗处于打开状态 ， 两 缆绳同步下降 ， 抓斗保持打开的状态到达货堆上方 ； 在抓 货时 ， 空抓一 i t 到达货堆上方后 ， 继续放松两缆绳 ， 让抓斗 能进入货物中。然后使绳索上升，抓斗逐渐关闭抓取货 物 ； 抓斗闭合后 ， 则载货抓 斗上升 ； 卸货时抓斗被运送到 卸料地点后 ， 放松绳索 ， 抓 斗在下承梁 、 颚板和货物重量 的作用下自动张开并将货物卸 出 。 2 抓斗式起重机的液压系统 2 ． 抓 斗式 起 重机 各液 压子 系统 的功 能 抓斗式起重机的液压系统主要包括 抓斗升降系统 、 抓斗开闭系统 、 臂架变幅系统 、 转台旋转系统抓斗起升 液压系统是起重机械中最重要 、 最基本的机构 ， 作用是提 升或下降货物。 抓斗开闭液压系统的主要作用是让抓斗打 开和闭合 ， 实现对货物抓取和放置。 臂架变幅液压系统的 主要作用是 1 通过改变幅度来改变取物装置 的工作位 置， 以调整起重机整机的起重能力 ； 或者适应装卸路线 的 需要 ； 或者提高非 作状态下的起重机通过能力 。 2 通过 改变幅度使 吊载的物品以起重机 回转中心线为中心作径 向水平移动， 扩大起重机的作业范围， 提高工作的机动性。 转台回转液压系统的作用是绕起重机 的回转 中心线 在水平平面内沿 圆弧弧线运移物 品 ， 当与起升 、 变幅 、 运 行机构配合 动作时 ，能将货物运送到起重机工作空间范 围内的任何地方。其原理图见图 2 E 。 2 ． 2 抓斗式起重机液压控制 系统工作原理 系统的油源为定量泵 4 ， 定压泵的吸油 口设有过滤精 度为 8 的精过滤器 2 。 这个系统 的液压执行器为液压马达 2 l 、 2 9 ， 分别由 2个电液 比例阀 2 4 、 3 1 控制它们的运动方 向和速度 ， 全部采用闭环控制 。液压泵启动后 ， 经过单 向 阀 为了不 让液压油反向逆流 ， 再 到达电液 比例阀 2 4 、 3 1 ， 当接通 s 1 后 ， 液压油经过液 压马达 ， 使液 压马达运 转 ， 让抓斗上升 ； 当接通 S 2 时 ， 液压油经过平衡 阀， 通 向 液压马达 ， 使液压马达反转 ， 让抓 、斗下降。而对于抓 斗的 打开与闭合 ， 其原理与抓斗的上升 、 下降类似 。所 以当 s 4 通电时 ， 抓斗 闭合 ； S 3 通 电时 ， 抓斗打开 。S 1 l 和 S 1 2在 1 5 8 ； 2 0 1 5 年第 1 2 期 网 址- w w w j x g c s ． c o m 电邮 h r b e n g in e e r 1 6 3 ． c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 机 械 工 程 师 M ECt 4 ANi CAL EN ； { NEE 扎 S 1 、 s 2 、 S 3 、 s 4通电时也通 电； 当 S 1 1 和 S 1 2不通电时 ， 液 压油经过 电液 比例阀通向换 向阀 ，并经过换向阀后流向 液压制动器 ，液压制动器在液压油的作用下抱紧液压马 达的输 出轴 ； 当 S 1 1 和 s 1 2 通电时， 通过换 向阀的作用使 液压制 动器中的液压油流回到了油箱 ，液压制动器 由于 弹簧的作用使其缩 回， 不再抱紧液压马达输 轴。 而变幅机构的 目的是让大臂抬升和降低以实现对] _ 作位置 的需求 。大臂的运动能通过液压缸的杆的伸缩来 开始 抓 斗下降 、 打开 满 抓斗闭合 一 l 是 一 _1 一 ◇ l 是 雨 一 满 ＼／ I 是 打开 一 ＼ 、 查 抓斗上升 、 右转 。。。_-‘●_-●。。● 。。 ’。 。 。。。。。。____●●●_。●__一 图3 控制流程框图 实现 ，所 以当液压泵启动后 ， 液压油在液压泵 的作用下 ， 经 过滤油器得 到清洁的液压油 ， 之后经过单 向阀， 再到达 电液 比例阀 1 9 ， 此时溢流阀能保护 油路不使 油压超标 ； 当电液 比 例阀的 s 8 线圈通电时， 使油液 向有运输 ， 让液压缸的杆伸长 ， 达到大臂抬升的 目的，而当电 液 比例 阀的 s 7线圈通 电时 ， 油液 向左运输 ， 让 液压缸 的杆 缩短 ， 达到大臂降低的目的。 最后 是液 压 系统 的 回转 机构 ， 液压油通过定量液压泵 的作用到达管路 ， 并经 过过滤器 使油液中的 杂质去除 ， 保证 油路 中 的各 个执行 元件 正常 工作 ，之后再经过单 向阀 使油液在 电液 比 例 阀换 向时液压 油不 会逆流 ；再 到电液 比 例阀 ，当 s 9 线 圈通 电 时， 油液从左油路进入 液压马达 ， 使液压马达 正转 ， 使回转机构沿着 转盘向左转； 当 S I O线 圈通电时 ， 油液从右油路进入液 马 达 ，． 使液压 马达反转 ， 使回转机 构沿着转盘向右转 。 从而实现了回 转机构 的回转功能， 再配合离合器 和变速器来实现输 入液压泵 的转 速来达到液压马达的变速 。 本机构 的液压马达有一个液压制 动器 ， 该 液 压制动 器在 系统不运转时处 于 制动状态 ， 当系统运转时液压制动 器处于非制动状态 ；在 S 9 和 S l 0 线 圈通电时 ，控制制动器锁 紧／ 松 开 的换 向阀的线圈 s 1 3也通 电， 使 液压制动器的液压油泄油 ， 使其处 于非制动状态 。 3 P L C控制系统设计 抓斗起重机 的主要控制功能为抓斗升降 、 抓斗开闭 、 臂架变幅以及抓斗机 回转等。 在抓斗机的 亡 作过程中， 需 要各个系统的协调作用。 在抓 、斗下降这过程中， 同时需要 将抓斗打开 ；在满足条件后就使抓斗闭合 ，接着抓斗上 升 ， 同时 向左旋转臂架 ； 在到达指 定位置后下降 ， 打开抓 斗； 最后使抓斗 升 ， 同时向右转 动臂架 ， 让抓斗回到原 处 。这些要求都需要 P L C控制系统来协调完成。 j ． 7 P L C控 制流 程 抓斗式起重机的 P L C控制流程如图 3 所示。 3 ． 2 I ／ 0地 址 分 配 为了使控制系统正常运行 ， 系统需要 l 0个输 l叶 I 点 ， 8 个输入点 。 抓 斗 一 起重机的 P L C控制系统输 入／ 输 f 1 { 分配表 如表 1 。 3 ． 3 软件设计控制 系统梯形图编制 根据该设备的T作要求和 1 ／ 0地址编制 ， 设计其梯形 如图 4所示 4结语 经实践 证明本 P L C设计在控制过程 中比较简单 、 实 用 ， 能够达到不盲 目作业 的 目的 ， 具有很好 的河道疏浚作 用 。 本控制策略只是一种模式 ， 由于本文篇幅有限不怍详 细说明。 表 1 抓斗起重机 P L C控制系统输入／ 输出分配表 网 址 w w， _j g c s ．c o m 电 邮 h r b e n g in e e r 1 6 3 ．c 。 m 2 0 1 5 年第 1 2 期 }1 5 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 机械 工 程 师 “ 。I { ． 3 t F ,II a～ 藏n 辐 l | 制 造系统 模块化 设计方 法研究 顾佳超 ， 程茗， 徐恒斌 长春汽车工业高等专科学校 机械 工程学院 ， 长春I 3 0 0 1 3 0引 言 在制造 系统 的传统设计过程 中，其 设计步骤遵循 南 下而 卜的原则，首先根据 系统的功能要求进行 各个零部 件的设计 ， 而后将设计完成的零部件组装成整机。 虽然在 设计过程中涉及到方案的总体没计及各个部分之间的协 同要求 ，但其主要侧重于系统的功能没训I 及系统各组成 部分 的详细设计 。 随着科学技术的 口益发展 ， 制造系统当 中的一些功能单元如变速系统单元 ， 进给系统单元 ， 控制 系统单冗等已经成为 r独 元 ，这为模块化设计方法 在制造系统设计 中的应用提供 r 条件 。 与 传统的设} t ‘ 程 序不同的是 ，模块化设计方法着重于 系统 的概要设计而 非详细设计 。 首先对系统的功能进行分析， 然后将系统的 总功能分解 为若干个具有相同功能不同性能的功能模块 单元 ， 通过各个功能模块单冗 的相互组合 ， 组装成所需要 的制造 系统 1 制造系统模块化设计形式 制造系统模块化设计形式主要分为两种 一种 设计 形式是变型没汁， 另一种设计形式是新设计。变型没计形 式的特点是在设计的过程当中优先完成具有功能模块的 基本单元的设计 ，然后将 完成设 计的功能模块相瓦组合 成需要的制造 系统 ，因此这种形式的设计也被称为有图 设 汁。 与变型设计形式不同， 新设计形式着重从制造系统 的功能分析人手 ， 以制造系统功能分析为基础进行设计 ， 此， 新 没计又被称为没有前图设汁。 ， ． ， 变型 设计 变型设计‘ 作为模块化设计的一种形式由新野秀宪提 H { 并应用到 r机床的模块化设计 当中 ，他主要将机床分 成了两部分 一 部分为公用部 分， 另一部分为展 开部分 ， 通过模块流程图表示不同部分模块之间可能的组合形式 I 。公用部分作为机床整体结构的基础部分被列为基础 【 参考文献 ] J ] 郑玉龙， 张玉莲． 基于 P I 的海洋钻井 台钋朴传送机械f控 制系统设计 [ J ] ． 机械设计 j 制造工程 ， 2 01 4 1 2 5 l 一 5 4 ． [ 2 ] 张 玉莲． 液压和 气压 传动 卜 j 控制 [ M] ．杭洲 浙汀 大学 版社 ． 2 00 6 ． [ 3 ] 姚燕 ， 姬 讲江． 基于 P I C的液 动滚丝 机控制 系统 没i -t ． J ．液 压 气动 ， 2 0 0 9 1 1 3 8 4 0 ． [ 4 i 范永胜， 王岷． 电 控制与 P 1 ．C啦用[ M] ．2 版一 E 京 中困电力出 版社， 2 0 0 7 ． 编辑 明涛 作者简介 闻佳栋 1 9 9 4 - ， 男， 研究方向为机械 电子工程 收 稿 日期 2 0 1 5 1 O - 2 2 1 6 0 j 2 0 1 5 2 g 1 2 ,l t 网 址 W W W J x g c s ．c o m电邮 h r b e n g I n e e r 1 6 3 c 。 m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m