一种基于PLC控制的扩展方舱的展开系统

TECHNIC FORUM 技术论坛I 2o12 o2 一种基于PLC控制的扩展方舱的展开系统 An Expansion System for Extended Shelter Based on PLC Control 樊萌 FAN Meng 深圳市凯卓立液压设备有限公司 广东深圳 51 8055 摘要 针对某些专用车厢内空间不足 需扩展车内空间的问题 提出了一种扩展方舱的展开结 构 并利用液压技术和PLC技术控制扩展方舱的展开与收回 其中设计的扩展方舱的侧拉箱 地板 依次开闭工序及条件互锁功能 使系统操作简单 性能可靠 安装维护简便 关键词 专用汽车 液压系统扩展方舱PLC控制 Abstract For the fact that some special purpose vehicles need to expand the interior space a structure of extended shelter and a control system based on hydraulic and PLC technology were presented in this paper Setting conditions interlock and making the extended shelter and floor work orderly SO that the system features simple operation reliable function easy installation and maintenance K words special purpose vehicle hydraulic system extended shelter PLC control 中图分类号 U469 6 03文献标识码 A文章编号 1004 0226 2012 02 0088 03 1引言 随着我国经济和社会的不断发展 各种不同功能的专用汽车 也越来越多地走进我们的生产和生活 很多专用汽车 如展示 车 指挥车等由于功能要求 往往都需要扩展车内空间 本文介 绍了一种扩展方舱的展开系统 提出了一种方舱展开的结构 并 利用液压技术与PLC技术控制扩展方舱的展开与收回 该扩展方 舱的展开系统主要包括侧拉箱 地板 翼门 可翻转LED屏 液 压系统以及电控系统等 其中设计的侧拉箱 地板开闭顺序工作 及条件互锁功能 使系统操作简单 性能可靠 安装维护简便 2扩展方舱展开结构 如图l 2为一种扩展方舱的展开状态 该扩展方舱左右两侧分 别设有一个侧拉箱 通过侧拉油缸的伸出带动侧拉箱的左右伸出 实现方舱扩展的目的 右侧拉箱设有一个侧门 可通过控制侧门推 起油缸伸出而打开 安装楼梯后可上下人员 上部有一个可翻转 LED屏幕 由LED推起油缸控制翻转 可用于产品广告宣传 左右侧拉箱分别与一块可折叠的地板相连 地板中间由铰链 连接 侧拉油缸伸出带动侧拉箱伸出 侧拉箱牵动可折叠地板 伸出到位时地板展平 侧拉油缸收回时带动侧拉箱收回 侧拉箱 收回到位时地板折叠竖起 由于侧拉箱伸出到位时地板完全展 平 在收回时将无法折起 强行折起会造成系统结构件损坏 故 需控制顶板油缸伸出 使其仅将地板顶起 使地板折起一个微小 的角度 顶板油缸行程为100 mm 相对侧拉缸行程1 500 mm则较 小 考虑该结构存在一定间隙以及地板的弹性变形 这个角度 是允许的 此时再收回侧拉箱 就可以比较轻松地带动地板折 起 待地板折到一定角度时停止侧拉箱收回 而将顶板油缸收 第一作者 樊萌 男 1987年 生 助理工程师 现从事专用汽 车液压系统设计 图1展开后的扩展方舱后视图 导轨 图2展开后的扩展方舱俯视图 回 防止地板折叠竖起夹坏顶板油缸 顶板油缸收回到位 最后 将侧拉箱收回到位 此套动作通过按钮 侧拉箱收回 控制 松 开按钮侧拉箱即停在当前位置 操作简便 由于顶板油缸的行程 较短 伸缩时间也较短 故在实际操作中侧拉箱的收回是基本连 贯的 3液压系统 系统液压原理图如图3所示 直流电机带动油泵工作 是液压 系统的动力源 并通过电磁换向阀控制液压油的流向 达到控制 执行油缸动作的目的 若电磁换向阀右侧通电 油泵泵出的高压 油进入油缸的无杆腔 有杆腔的油通过电磁换向阀回油箱 油缸 伸出 反之亦然 若电磁换向阀左侧通电 则油缸收回 如图2所示 每侧侧拉箱布置两支侧拉油缸 通过油缸的伸出 和收回实现侧拉箱的打开和收回 若两支油缸伸出或收回不同 步 侧拉箱会受到油缸的扭力而导致变形甚至损坏 所以在该回 路上需串联一支同步缸保证系统的同步性 确保系统安全 如果 在侧门或者LED屏为展开状态时油管突然爆裂 则侧门和LED屏 会由于自重而突然翻下 可能造成人员伤亡和设备损伤 故需在 液压回路上使用双向液压锁 将油缸两腔油路锁死 图3系统液压原理围 1电机2油泵3单向阀4溢流阀5 电磁换向阀6 同步油缸 7左侧拉油缸8右侧拉油缸9侧门推起油缸lO LED推起油缸 11双向液压锁12右顶板油缸13左顶板油缸 4电控系统 4 1逻辑关系设置 电控系统的设计原则为各功能条件互锁 通过操作自复位按 钮控制系统 其互锁条件和动作可总结如下 a 侧拉箱打开 侧拉油缸伸出 到位停止 b 侧拉箱收回 确认LED屏幕已经收回到位 右侧拉箱有此设 置 在侧拉箱伸出到位至伸出一半的位置时 顶板油缸顶升 顶 升到位后停止 侧拉油缸收回 收回到一半距离时停止 顶板油 缸收回 到位后停止 侧拉油缸收回 到位停止 c 侧门展开 侧f fh缸伸出 d 侧门收回 侧门油缸收回 e LE1D屏幕打开 确认右侧拉箱打开到位 LED推起油缸伸出 f LED屏幕收回 LED推起油缸收回 到位停止 4 2 l 0端子分配 根据控制需要 对PLC的I O端子做如下分配 a 输入端 自复位按钮控制 8点 用于位置控制的行程开 TECHNIC FoRUM 技术论坛J 2o12 o2 关 11点 b 输出端 执行电机接触器工作 1点 执行电磁阀工作 12点 表l为PLC控制I O端子分配表 表1 PLC控制器I O端子分配 图4电路接线图 4 3电路接线图及其原理 电控系统的电路接线图如图4所示 钥匙开关打开时 系统通 电 操作五工位开关选择档位 1档控制侧拉箱 2档控制侧门 下转第92页 曩曩 簿89 TECHNIC FORUM 技术论坛I 2o12 o2 优化前后的重力矩曲线和弹簧反力矩曲线如图4所示 其中角 度为73 时是牵引架与牵引车的脱开状态 角度为90 是牵引架与 牵引车对接状态 从图中可以看出 优化前弹簧反力矩大小变化 范围为600 450 N m 而优化后的弹簧反力矩大小变化范围为 900 750 N m 优化前后重力矩变化范围为900 950N m 保持 不变 g 生 竣 R 图4优化前后力矩曲线 由此可以得出操作者完成牵引架操作所需的抬升力变化曲 线 优化前后如图5所示 在抬起牵引架过程中 在初始位置时需要一定的力抬起牵引 架 抬起过程中随着重力矩的不断增大和弹簧反力矩的不断减 小 所需的抬升力越来越大 在水平位置时达到最大值 优化前 所需的初始抬升力约为130 N 最大抬升力约为200 N 而优化后 初始位置几乎不用费力 到水平位置时只需要78 N左右 操作者 可以轻松地完成牵引架的对接和脱开操作 2 围5优化前后抬升力曲线 5结语 本文通过将SolidWorks软件建立的模型导入ADAMS 利用 ADAMS仿真软件的优化功能 对牵引架的弹簧助力机构进行参数 化建模 仿真和优化设计 解决了牵引架助力机构的优化问题 得到了满意的结果 通过该方法优化设计 操作者能够非常轻松地 完成牵引架的对接和脱开操作 降低了劳动强度 提高了效率 参考文献 1 詹隽青 李立顺 马维平 双联偏置扭杆弹簧助力机构的优化设计 专用汽车 2004 4 26 2g 2 曹茹Solidworks 2009 维设计及应用程序 第二版 M 北京 机械工业出版社 2009 3 陈德民 槐创锋 张克涛 精通ADAMS 2005 2007虚拟样机技术 M 北京 化学工 业出版社 2010 收稿日期 20l1 12 06 f上接第89页 3档控 IJLED屏幕 此时相应指示灯亮 以防止误操作 只有在选 择对相应的档位时 相应的按钮才能正常工作 按钮为自复位按 钮 按住之后PLCIII I应的输入点得到信号 根据内部编好的梯形 图程序控制相应输出点输出 接触器或者相应的阀工作 系统进 行展开或收回动作 反之 松开按钮 系统即停止工作 由接线图可看出 使用PLC后接线比较简单 串并联关系一 目了然 逻辑关系在PLC中通过简单易学的梯形图编程实现 对 设计者和现场的安装者要求都不高 而传统的继电器若要实现 4 1所述的逻辑关系 按钮 继电器 行程开关 电磁阀线圈之间 的串并联关系将非常复杂 设计难度也大大增加 由于行程开关 是安装在控制箱外 现场的布线也相对较复杂 安装以及检修都 非常困难 5结语 该扩展方舱已投产使用 能够按照要求平稳展开收回 液压 系统运行可靠 稳定 能全面满足功能要求 这种液压技术与 PLC技术的相结合 在专用汽车中也得到越来越多的运用 它以 车载蓄电池为动力 取电方便 并能最大限度地利用车载蓄电池 在汽车空转 减速 滑行时转换并储备直流电能 节能环保 通 过直流电机带动液压泵的转动 提供液压动力 通过控制电磁换 向阀 实现执行油缸的伸出和收回 并可设置相应指示灯 整个 系统由电控制 操作快捷 简便 而传统使用的人力费时费力 气动则操作不直观 管路布置复杂 专用汽车因其特殊的功能需 求 往往需要设置较繁琐的互锁关系或者联动操作 传统的电控 一般使用继电器 电路串并联复杂 实现所有的互锁关系及联动 也较困难 车上需布置的行程开关或者接近开关的接线也较复 杂 安装与检修工作量大 使用PLC可以克服这些困难 可在 PLC中通过编程实现逻辑关系 外部只需简单的接线 车上需布 置的行程开关与接近开关接线简单 大大减轻了现场的安装与检 修工作量 收稿日期 2011 12 29