基于信捷PLC對細(xì)石混凝土泵電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘要：為了推進(jìn)細(xì)石混凝土泵的國產(chǎn)化，在保證產(chǎn)品性能的前提下，降低其電氣系統(tǒng)的生產(chǎn)成本，采用以國產(chǎn)信捷PLC(ProgrammabIe Logic ControlIer)為主的控制元件對細(xì)石混凝土泵電氣系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。在保證細(xì)石混凝土泵使用穩(wěn)定性的同時(shí)，降低了其電氣系統(tǒng)的制造成本，提高了適用性。所設(shè)計(jì)電氣系統(tǒng)經(jīng)菏澤永安機(jī)械制造有限公司檢驗(yàn)使用，實(shí)際應(yīng)用情況良好。
關(guān)鍵詞：PLC控制；細(xì)石混凝土泵；電氣系統(tǒng)

0 引言
    我國混凝土泵車的市場前景與現(xiàn)代化建設(shè)的進(jìn)程密切相關(guān)。作為“車、泵、站”為一體的施工機(jī)械，對保證工程質(zhì)量、提高施工速度、增加施工安全等起著十分重要的作用。近年來，我國的拖式混凝土泵車得到了飛速發(fā)展，按照各廠家產(chǎn)品生產(chǎn)能力等的不同，大致可以分成以三一重工、中聯(lián)重科為代表的第一梯隊(duì)，以鴻得利、佳爾華等為代表的第二二梯隊(duì)，以及其他生產(chǎn)能力都相對較小的第三梯隊(duì)廠家。
    對中小生產(chǎn)企業(yè)而言，充分發(fā)揮混凝土泵車輸送效率高、操作簡單、維修方便的優(yōu)勢；研制操性能可靠、價(jià)格低廉的產(chǎn)品以及時(shí)補(bǔ)充國內(nèi)市場，然后逐步向高端產(chǎn)品方向發(fā)展，是目前企業(yè)得以生存的戰(zhàn)略方針。
    關(guān)于混凝土泵車產(chǎn)品性能、質(zhì)量的提高或生產(chǎn)成本的降低，目前研究主要側(cè)重于其液壓系統(tǒng)的改進(jìn)與檢測，或換向管閥及整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究。對于混凝土泵車控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究涉及不多，劉會勇等開發(fā)了功能完備的混凝土泵智能監(jiān)測和控制系統(tǒng)；王佩君等采用PLC對混凝土泵的電氣系統(tǒng)進(jìn)行了改造設(shè)計(jì)。也有廠家嘗試采用單片機(jī)自行開發(fā)微控制器進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，這種方法可降低整個(gè)系統(tǒng)成本，但自行開發(fā)的微處理器可靠性較低。從市場使用來看，目前細(xì)石混凝土泵車的控制系統(tǒng)己大多采用PLC，但所使用PLC大多為價(jià)格相對較高的德國西門子系列或日本三菱系列。相對而言，在細(xì)石混凝土泵車上采用性價(jià)比相對較高的國產(chǎn)信捷PLC，在降低細(xì)石混凝土泵成本、提高其使用維修性能等方面具有積極的市場意義。

1 系統(tǒng)構(gòu)成
1．1 工作原理
    細(xì)石混凝土泵的基本原理是由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)液壓泵產(chǎn)生壓力油驅(qū)動(dòng)液壓缸，液壓缸活塞桿再帶動(dòng)混凝土缸活塞把混凝土推入輸送管道，通過混凝土分配閥和液壓缸之間的順序動(dòng)作，使混凝土不斷從混凝土料斗吸入混凝土缸，并通過輸送管道輸送到澆注地點(diǎn)。
    細(xì)石混凝土泵車的整機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1．2 液壓系統(tǒng)
    細(xì)石混凝土泵車液壓系統(tǒng)由主油路和分配閥油路兩部分組成。其液壓系統(tǒng)回路圖如圖2所示。

    電機(jī)啟動(dòng)，液壓泵5向系統(tǒng)供油。壓力油液經(jīng)主換向閥7驅(qū)動(dòng)兩個(gè)主液壓缸1差動(dòng)進(jìn)行泵送工作。不工作時(shí)，進(jìn)入主換向閥7的液壓油經(jīng)中位流回油箱，液壓泵處于卸荷狀態(tài)。液壓泵最大工作壓力由溢流閥6控制。兩個(gè)主液壓缸的無桿腔相通，形成閉合油路。每當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到行程終點(diǎn)后，壓力油會自動(dòng)打開油缸的單向閥向閉合油路補(bǔ)油一次，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)油功能。
    電機(jī)啟動(dòng)，壓力油液經(jīng)減壓閥4、分配換向閥3驅(qū)動(dòng)兩分配閥液壓缸2工作。兩分配閥液壓缸有桿腔與油箱相通。當(dāng)一個(gè)分配閥液壓缸活塞桿伸出時(shí)，分配閥向另一個(gè)液壓缸方向擺動(dòng)，使其活塞桿縮回，同時(shí)由油箱向有桿腔補(bǔ)充油液。
1．3 其他輔助系統(tǒng)
    加散熱器，采用風(fēng)冷對液壓系統(tǒng)散熱。用兩只電接點(diǎn)溫度表控制油溫上下限，溫度高于60℃時(shí)風(fēng)冷開始工作，當(dāng)油溫冷卻至30℃以下時(shí)，風(fēng)冷停止工作。
    配備自動(dòng)潤滑系統(tǒng)，潤滑泵每隔一段時(shí)間注油30秒對相對轉(zhuǎn)動(dòng)件進(jìn)行潤滑。
    振動(dòng)系統(tǒng)可為設(shè)置的料斗篩提供動(dòng)力，若料斗中物料不足時(shí)，可單獨(dú)啟動(dòng)振動(dòng)電機(jī)向料斗中篩取充足的物料。

2 電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2．1 工作過程
    接通電源并上電后，按下“啟動(dòng)”按鈕，控制電源啟動(dòng)。旋開“電機(jī)啟動(dòng)”，主電機(jī)工作。旋開“泵送”按鈕，電磁閥Y0和Y2先得電，開始正常泵送；主液壓缸1的活塞觸發(fā)限位傳感器X0后，電磁閥Y1和Y3得電，繼續(xù)進(jìn)行泵送工作；待主液壓缸1的活塞再次觸發(fā)限位傳感器X1后，電磁閥Y0和Y2再次得電；如此循環(huán)。工作完成后，旋回“泵送”按鈕，泵送停止。旋回“電機(jī)啟動(dòng)”按鈕，主電機(jī)停止工作；按下急停按鈕，斷開控制電源，整機(jī)停止工作。
    如果在正常工作過程中輸送管發(fā)生堵管現(xiàn)象，系統(tǒng)壓力升高，主油路液壓表指示異常，需使系統(tǒng)反泵一段時(shí)間。
2．2 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
    由細(xì)石混凝土泵車的工作系統(tǒng)組成和工作過程可知，需控制的執(zhí)行電氣元件為：主電機(jī)、分配閥換向閥與主換向閥中的電磁鐵、散熱器、潤滑系統(tǒng)中的潤滑電機(jī)以及振動(dòng)電機(jī)等。
    根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選擇信捷XC2-16R-E型號的PLC即可滿足要求。為了盡量減輕PLC的運(yùn)行負(fù)擔(dān)，采用PLC和外置繼電器共同控制換向閥中的電磁閥以及散熱器。
    根據(jù)主電機(jī)功率，采用漏電斷路器以及兩接觸器利用“星-三角”接法來進(jìn)行啟動(dòng)保護(hù)和控制。
    潤滑電機(jī)采用接觸器和繼電器組合使用，利用PLC控制。時(shí)間繼電器可用于調(diào)試潤滑間隔所需時(shí)間，待時(shí)間確定后在PLC中更改，最終完成電機(jī)所需要的啟動(dòng)和停止。
    振動(dòng)電機(jī)的保護(hù)和控制由漏電斷路器與接觸器的組合使用來實(shí)現(xiàn)，其啟動(dòng)和停止由旋轉(zhuǎn)按鈕來控制。
    所選用漏電斷路器、接觸器與繼電器均為國產(chǎn)德力西品牌。具有較高的性價(jià)比優(yōu)勢。
    所設(shè)計(jì)的控制箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示。

    控制箱所使用按鈕及顯示根據(jù)功能需要設(shè)置，如圖4所示。

    其中“啟動(dòng)”按鈕用于啟動(dòng)和停止控制電源。“正反泵”按鈕表明旋開正泵時(shí)料斗內(nèi)的混凝土料向目的地輸送，反泵時(shí)將料往料斗內(nèi)抽回。“泵送”按鈕旋開時(shí)開始泵送，旋回后停止泵送。“點(diǎn)動(dòng)1、2”按鈕可使按住其中之一按鈕時(shí)，其一主液壓缸活塞桿向前移動(dòng)，另一活塞桿后退；按住另一點(diǎn)動(dòng)按鈕，活塞桿移動(dòng)方向相反。“振動(dòng)”主要用于控制振動(dòng)電機(jī)的啟停。
2．3 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
    根據(jù)系統(tǒng)功能需要，對PLC上輸入、輸出點(diǎn)的分配如表1所示。

    采用XCPPro利用梯形圖編程模塊對相關(guān)功能情況進(jìn)行編程，其中正反泵部分的相關(guān)程序如圖5所示。

3 結(jié)論
    在滿足同樣性能要求的情況下，信捷的產(chǎn)品價(jià)格要比國外品牌同等產(chǎn)品的價(jià)格低40％左右，這對于在保證產(chǎn)品性能的前提下節(jié)省產(chǎn)品成本來說是一個(gè)有效途徑。
    采用以信捷XC2-16R-E型號PLC為主的國產(chǎn)電氣元件對細(xì)石混凝土泵電氣系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)。所設(shè)計(jì)電氣系統(tǒng)經(jīng)菏澤永安機(jī)械制造有限公司檢驗(yàn)使用，反映其在環(huán)境惡劣的建筑施工現(xiàn)場運(yùn)行一年多來，穩(wěn)定性良好。