一种基于PLC的山地果园牵引式双轨运输机控制系统 |
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| 申请号 | CN201610814451.8 | 申请日 | 2016-09-09 | 公开(公告)号 | CN106335764A | 公开(公告)日 | 2017-01-18 |
| 申请人 | 华南农业大学; 广东振声科技股份有限公司; | 发明人 | 吴伟斌; 洪添胜; 黄志平; 李震; 张常寿; 宋淑然; 朱余清; 陈珊; 陈金德; 王忠辉; 杨晓彬; 冯运琳; 张成; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种基于PLC的山地果园牵引式双轨运输机控制系统，包括主控 制模 块 、输入 控制模块 、 信号 输入模块、输出控制模块、警示模块和显示模块，其特征在于：所述主控制模块为PLC 控制器 ，输入控制模块包括手动控制装置、遥控收发装置和限位设置装置，信号输入模块包括旋转 编码器 和防松脱 传感器 、防超重传感器，输出控制模块包括 变频器 、强电控制器、 刹车 装置和三相异步 电动机 ，警示模块包括报警灯和爆闪灯，显示模块包括触摸显示屏。本发明能有效解决 现有技术 沿轨布线导致轨道无法拆卸、单一元件出现故障对整体影响大、中间继电器多、出现故障排查困难等问题，具有操作性、安全性、可靠性及性价比高和结构简单、造价便宜、灵活性强等特点。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种基于PLC的山地果园牵引式双轨运输机控制系统，包括主控制模块、输入控制模块、信号输入模块、输出控制模块、警示模块和显示模块，其特征在于：所述主控制模块为由PLC组成的主控制模块，所述输入控制模块包括手动控制装置、遥控收发装置和限位设置装置，其中手动控制装置和限位设置装置与PLC连接，所述信号输入模块包括与PLC连接的旋转编码器和防松脱传感器、防超重传感器，所述输出控制模块包括变频器、强电控制器、刹车装置和三相异步电动机，所述变频器、刹车装置均与PLC连接，所述变频器通过强电控制器与三相异步电动机相连，所述刹车装置与三相异步电动机相连，所述警示模块包括与PLC连接的报警灯和爆闪灯，所述显示模块包括与PLC连接的触摸显示屏，所述PLC根据输入控制模块和信号输入模块传来的信息进行处理，然后再控制输出控制模块、警示模块和显示模块执行相应的功能。 |
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| 说明书全文 | 一种基于PLC的山地果园牵引式双轨运输机控制系统技术领域背景技术[0002] 我国许多水果和茶品种植在山地上，成为当地农民主要经济来源。但由于山地果园地势陡峭、立地条件差，导致常规运输机难以在山地果园推广。传统的肩挑和篓背不仅劳动强度大、效率低，而且人工成本大，加上年轻劳动力向城市转移，这严重阻碍山地果园的发展。当前针对山地果园的特殊情况，研制的山地果园牵引式双轨运输机具有成本低，适应山地性强，操作简单等。但传统的山地果园牵引式运输机控制系统采用低压断路器、继电器、交流继电器、行程开关等电气元件构成的其工作原理就采用硬接地线逻辑，利用继电器触电的串联或并联，延时继电器的滞后动作等组成控制逻辑，从而实现对电动机的而起动、停止、反向等功能。这种控制系统由于起首尾制动的行程开关需要沿轨道布线，导致轨道无法拆卸、搬运到其它山头作业。在串联线路中，只要一个元件出现故障，则会导致该线路的功能无法起作用。传统继电器控制系统中使用了大量的中间继电器和时间继电器，由于触点接触不良，容易出现故障，当故障出现后，排除故障问题需要一一检查每个元件，比较麻烦。 发明内容[0003] 本发明的目的在于克服以上现有技术存在的不足，提供了一种基于PLC的山地果园牵引式双轨道遥控控制系统，具有结构简单、容易维修、造价便宜、操作简单、安全性高和环保无污染的特点。控制系统工作可靠，能够频繁启动、制动运输机，使运输机运行平稳，并能在一定的范围内进行调速。运输机运行时安全可靠，能在设定的位置范围内的起始、终止位置准确制动。能通过遥控装置有效地在遥控距离范围内进行远程控制。 [0004] 为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于PLC的山地果园牵引式双轨运输机控制系统，包括主控制模块、输入控制模块、信号输入模块、输出控制模块、警示模块和显示模块，其特征在于：所述主控制模块为由PLC组成的主控制模块，所述输入控制模块包括手动控制装置、遥控收发装置和限位设置装置，其中手动控制装置和限位设置装置与PLC连接，从而提供多种控制方式，对运输机的停止、上行、下行和在轨道运行上下限位置进行设定，提高运输机的可靠性； 所述信号输入模块包括与PLC连接的旋转编码器和防松脱传感器、防超重传感器，所述输出控制模块包括变频器、强电控制器、刹车装置和三相异步电动机，所述变频器、刹车装置均与PLC连接，所述变频器通过强电控制器与三相异步电动机相连，所述刹车装置与三相异步电动机相连，通过变频器和刹车装置能实现电动机的正反转、停止及变速功能；所述警示模块包括与PLC连接的报警灯和爆闪灯，所述显示模块包括与PLC连接的触摸显示屏，所述PLC根据输入控制模块和信号输入模块传来的信息进行处理，然后再控制输出控制模块、警示模块和显示模块执行相应的功能。 [0005] 所述的PLC输入端连接有旋转编码器、上行按钮、停止按钮、下行按钮、遥控上行信号端、遥控停止信号端、遥控下行信号端、相序保护信号端、电机过载保护信号端、负载保护信号端、防松保护信号端、位置校正开关、下限位置按钮和上限位置按钮，所述的PLC输出端连接有电机上行信号输出端、电机下行信号输出端、刹车线圈、故障指示灯和蜂鸣器。 [0006] 所述PLC采用台达系列DVP24ES200R的PLC作为控制系统主模块，可完成接收控制命令、旋转编码器信号、传感器信号以及输出控制命令等功能，该PLC既有通讯功能又可以对远程I/O进行控制，同时还能实现PLC和PLC，PLC和计算机之间的通信；所述PLC能根据程序要求，对多个I/O控制，从而对系统多个模块进行控制，从而确保控制系统工作可靠、经济性好。 [0008] 所述手动控制装置包括安装在控制箱箱门的下行按钮、停止按钮、上行按钮。 [0009] 所述限位设置装置包括安装在控制箱箱门的上限位置按钮、下限位置按钮和旋钮开关。 [0010] 所述遥控收发装置采用台湾普城公司生产的CMOS制造的低功耗低价位通用编解码芯片PT2262/PT2272作为收发模块，其载波频率为315Hz，工作电压为5V，调制方式为ASK，能实现300米内远距离无线控制，从而适用于山地特殊地形，准确有效远距离控制运输机。 [0012] 为能够让PLC获得脉冲信号计数，优选地，所述编码器有5条引线，其中3条是脉冲输出线、1条是COM端线，1条是电源线。电源“+”连接编码器的电源端，编码器的COM端与PLC输入COM端连接，A、B、Z三相脉冲输出线直接与PLC的输入端连接，A、B为相差90度的脉冲，Z相信号在编码器旋转一圈只有一个脉冲，通常用来做零点的依据；旋转编码器还有一条屏蔽线，使用时要将屏蔽线接地，提高抗干扰性。 [0013] 所述的触摸显示屏能实现电动机的正反转、停止及变速的设置，同时可以显示和设定变频器主频率、上限位置脉冲数和下限位置脉冲数。 [0014] 所述报警模块能监测运输机超载、钢丝绳松脱、过压或欠压以及电流超出额定值一定范围等异常情况，当出现异常情况时，报警灯就会工作，同时系统会启动断电保护装置，防止出现意外；当控制系统正常工作时，爆闪灯就会工作。 [0015] 所述变频器采用台达公司生产的通用型三相交流变频器VFD-M，输入电压为380V，功率2.2KW，驱动器容量为4.0kVA，输出电流为5A，频率调节范围为0.1～400Hz；所述变频器拥有四位数码显示屏及状态指示灯，能实时显示频率、正反转状态、电流、电压、转速、故障状态、同时支持RS-485协议，方便同上位机通讯；同时结合PLC控制，在保护功能上有过电压/欠电压保护、短路保护、过热保护、电机锁死保护、缺相保护、失速保护、PU/存贮异常保护等功能，充分满足电动机的需要。 [0016] 所述强电控制器包括交流接触器、热过载继电器等电子元件。 [0017] 一种基于PLC的山地果园牵引式双轨运输机控制系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：1)开机，进行程序初始化，检测到过压、欠压信号则进行报警，检测到载物车过载信号则进行延时、报警； 2)进行变频器频率设置，然后设置上限位位置和下限位位置，三相异步电动机接收运行信号，电动机运行； 3)检测到钢丝绳松脱则进行延时、报警，检测到电动机过热则进行延时、报警，接收到停车信号则控制电动机停止运行； 4)确定上限位位置和下限位位置后，三相异步电动机接收上行或下行的运行信号，驱动电动机进行正或反转运行。 [0018] 本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：1、本发明加装防超载和防松脱传感器，当出现超载和钢丝绳松脱时能及时停止电动机并且制动卷绳机。当超载时，驱动装置拉力超过额定拉力时便会压缩配重弹簧或定位软胶向前移动，从而触发超载传感器，超载传感器产生信号传给PLC进行断电制动保护，从而使运输机运行安全可靠。 [0019] 2、本发明采用变频器为PLC提供计数脉冲，通过改变变频器的频率可以调节运输机的运行速度。同时根据脉冲数设定货运输机上下限位置，同时可以增加对电路的欠压/过压保护、短路保护、缺相保护和失速保护等，使得运输机运行平稳。 [0020] 3、本发明采用PLC作为主控制模块，通过接收输入和收集的信息进行整理，然后直接控制输出端口进而控制其它模块，省去许多复杂的逻辑电路结构，使系统变得更加简洁，从而提高运输机的工作可靠性，能够频繁启动、制动运输机。 [0021] 4、本发明增加了无线控制收发装置，能够远距离对运输机控制，不需守在控制箱旁，方便随时随地停车装载货物。控制箱和驱动装置可以固定在某一位置，利于保护控制箱和驱动装置，同时无需沿轨布线，使得轨道拆卸变得更容易，也降低了生产成本。 [0022] 5、本发明增加了触摸屏，通过设置显示屏界面，增加了触摸选项按钮(如6个频率按钮)，从而减少机械按钮的使用，简化系统布线。同时增加了时间日期、上下限位置显示，使得运输机操作系统变得更加智能化。 [0023] 6、本发明采用断电刹车保护模式，当出现停电或控制系统监测到运输机出现故障时，原本通过液压系统强制张开的制动蹄，由于断电而在回位弹簧作用下制动。这可以避免运输机在运行时因突然没电而下滑导致事故发生。附图说明 [0024] 图1为山地果园牵引式双轨运输机控制系统整体结构设计图；图2为山地果园牵引式运输机控制系统PLC端口连接图； 图3为山地果园牵引式双轨运输机控制系统控制程序流程图； 图4为山地果园牵引式双轨运输机控制系统结构布置图； 图5为山地果园牵引式双轨运输机控制系统显示屏操作界面图； 图6为山地果园牵引式双轨运输机控制系统显示屏频率调节界面图； 图中标号与名称如下：1-编码器，2-上行按钮，3-停止按钮，4-下行按钮，5-遥控上行信号端，6-遥控停止信号端，7-遥控下行信号端，8-相序保护信号端，9-电机过载保护信号端， 10-负载保护信号端，11-防松保护信号端，12-位置校正开关，13-下限位置按钮，14-上限位置按钮，15-电机上行信号输出端，16-电机下行信号输出端，17-刹车线圈，18-故障指示灯， 19-蜂鸣器，20-配重机构，21-制动器，22-减速机，23-防超重传感器，24-防松脱传感器，25-控制装置，26-卷绳机支撑架，27-卷绳机，28-钢丝绳，29-电动机，30-触摸屏上行按钮，31-触摸屏停止按钮，32-触摸屏下行按钮，33-转到频率调节界面按钮。 具体实施方式[0025] 为便于本领域技术人员理解，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细说明。 [0026] 如图1～6所示，一种基于PLC的山地果园牵引式双轨运输机控制系统，包括六大模块，分别是输入控制模块、主控制模块、输出控制模块、信号输入模块、警示模块和显示模块。如图1所示，输入模块可以通过安装在控制箱的按钮控制运输机的上行、停止、下行、上限位置和下限位置。也可以通过触摸屏设置运输机的运行速度、上行、下行及停止。另外还可以通过遥控器控制运输机的上行、下行和停止，遥控范围在300m内。主控模块的PLC通过接收输入控制模块传来的命令和信号输入模块的传感器传来的信号进行处理，然后传给输出控制模块、警示灯模块和显示触摸屏模块。 [0027] 在本实施例中，在控制箱内包括相序保护器、低压断路器、熔断器、中间继电器、可编程逻辑控制器(PLC)、变频器、交流接触器、热过载继电器和钢丝绳牵引式运输机的遥控器等部件。在控制箱的箱门安装有下行按钮、停止按钮、上行按钮、220V闪频灯(闪爆灯、爆闪灯)、触摸显示屏、故障指示灯18(警报灯)、蜂鸣器19、上限位置按钮、下限位置按钮和旋钮开关按钮(旋钮开关打开后才可以调节上下限位置)。 [0028] 如图2所示，所述的PLC输入端连接有编码器1、上行按钮2、停止按钮3、下行按钮4、遥控上行信号端5、遥控停止信号端6、遥控下行信号端7、相序保护信号端8、电机过载保护信号端9、负载保护信号端10、防松保护信号端11、位置校正开关12、下限位置按钮13和上限位置按钮14，所述的PLC输出端连接有电机上行信号输出端15、电机下行信号输出端16、刹车线圈17、故障指示灯18和蜂鸣器19。 [0029] 如图3所示，本发明山地果园牵引式双轨运输机控制系统的控制方法，其控制流程包括如下步骤：1)开机，进行程序初始化，检测到过压、欠压信号则进行报警，检测到载物车过载信号则进行延时、报警；2)进行变频器频率设置，然后设置上限位位置和下限位位置，三相异步电动机接收运行信号，电动机29运行；3)检测到钢丝绳28松脱则进行延时、报警，检测到电动机29过热则进行延时、报警，接收到停车信号则控制电动机29停止运行；4)确定上限位位置和下限位位置后，三相异步电动机29接收上行或下行的运行信号，驱动电动机29进行正转或反转运行。5)检测到钢丝绳28松脱则进行延时、报警，检测到电动机29过热则进行延时、报警，当脉冲传感器实时信号等于预设的上限位置信号或下限位置信号，则控制电动机29停止运行。 [0030] 具体实施时，如图4所示，控制装置25输出的控制信号传给驱动机构，当PLC传出上行命令时，电动机29正转，然后经过减速机22再将转速传到卷绳机的驱动滚筒并通过钢丝绳28使牵引运输机上行。配重机构20设定运输机的超载载荷，当超载时，安装在可滑动卷绳机支撑架26的卷绳机27在过大载荷拉力下往前移动，压缩配重机构20的弹簧或软胶(超载设定值为300kg)，然后触发防超重传感器23，传感器将信号传给PLC，PLC便启动防超载保护程序，启动断电保护和通过制动器21刹车，同时报警。可通过调节传感器的触发螺栓来调节触发距离，从而调节压缩弹簧或软胶的量来调节超载值。当出现钢丝绳28松脱时，驱动装置便会在配重机构20的回位弹簧作用下往后移动，从而触发防松脱传感器24，然后传感器将信号传给PLC，PLC经过处理便启动防松脱保护程序。 [0031] 本实施例的PLC部分I/O地址分配表如下表所示：如图5和图6所示，所述触摸显示屏能实现电动机的正反转、停止及变速的设置，同时在操作界面设置有触摸屏上行按钮30、触摸屏停止按钮31、触摸屏下行按钮32和转到频率调节界面按钮33，能显示和设定上限位置和下限位置的脉冲数，在频率调节界面则设置有六个按钮，分别为设置频率为0Hz、设置频率为10Hz、设置频率为20Hz、设置频率为30Hz、设置频率为40Hz以及设置频率为50Hz。 [0032] 本实施例中的上下限位置控制，是指PLC会根据编码器实时信号与预先设定的上限位置或下限位置信号进行比较，当脉冲信号相等时，则控制变频器及电动机停止运行，不相等则继续运行。 [0033] 本实施例中的遥控控制中，通过钢丝绳牵引式遥控接收装置接收遥控控制信号，根据其控制信号，如图2所示，体现为遥控上行X6、遥控停止X7、遥控下行X10等开关量信号的输入，PLC会根据相应的开关量信号，控制电动机的正转、停止、反转、从而实现运输机的上行、停止和下行等运行状态。 [0034] 本发明能有效解决现有技术沿轨布线导致轨道无法拆卸、单一元件出现故障对整体影响大、中间继电器多、出现故障排查困难等问题，具有操作性、安全性、可靠性及性价比高和结构简单、造价便宜、灵活性强等特点。 |
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