基于永宏B1Z-10 PLC的压缩式垃圾车电气控制设计

一、简述

　　缩式垃圾车是通过液压系统和操作控制系统来完成整个垃圾的压缩和装卸过程，有的是直接操作液压手动阀，有的是用继电器组成的电控操作盒，其继电器控制电路偶然故障必然对垃圾车的安全性、可靠性和方便性带来影响。本文阐述了如何采用小型PLC控制压缩式垃圾车实现作业过程。

二、压缩式垃圾车结构

1．压缩式垃圾车的基本结构分析

　　压缩式垃圾车是在汽车二类底盘上改装而成，它主要由推板（垃圾推出机构）、车厢、汽车底盘、滑板和刮板（填装器压缩机构）及倾倒装置等组成。

压缩式垃圾车的工作过程如图1所示。

图1

　　下面，我们根据图1描述压缩式垃圾车的垃圾装载过程和卸载过程。如图1-（1），将垃圾倒入到填装斗中。图1-（2），操作刮板张开操作液压手柄，刮板张开；操作滑板下滑液压手柄，滑板下滑。图1-（3），滑板下滑到垃圾斗底，操作刮板刮合液压手柄，刮板破碎垃圾，压缩垃圾。图1-（4），操作滑板上滑液压手柄，刮板刮起垃圾随滑板上行，图1-（5）刮板和推铲挤压垃圾，如果垃圾多，可以反复操作，直至垃圾完全填装到垃圾厢内。图1-（6），操作手柄，举升油缸推举垃圾填装器，打开垃圾厢后盖；操作推铲液压手柄，推铲推出垃圾。如图2所示，是压缩垃圾车填装器实物图，操控面板安装在填装器两侧，方便作业人员观察操作。

图2 压缩式垃圾车 填装器

２．液压系统

　　压缩式垃圾车的液压气动系统由油厢，液压泵，液压油路阀组，气路阀组，液压缸、压力继电器，压力表等组成。

　　压缩式垃圾车的填装器执行机构是由刮板油缸，滑板油缸驱动，翻斗油缸驱动翻斗上升和下降。在装载模式下，操作刮板手动阀，刮板油缸驱动刮板张开，然后操作滑板下滑手动阀，滑板油缸驱动滑板下滑；再次操作刮板手动阀,刮板刮合，此时垃圾被挤压刮起，刮板驱动油缸完全伸出；接着再操作滑板手动阀，滑板油缸驱动滑板上滑，垃圾被刮板滑板刮压进厢体内。传统的手动阀操作费力，在大量垃圾需要装载时，刮板和滑板需要连续工作，人工操作手动液压阀极为不便，而且容易出错，存在不安全因素。因此，液压控制系统实现自动化控制，将大大提高压缩式垃圾车的工作效率及操作方便性，安全性。

三、电控系统设计

1、控制要求分析

　　压缩式垃圾车作业过程中有两个部分，即装载作业和卸载作业。在装载作业时，作业人员首先在驾驶室选择作业模式，然后到车尾填装器任何一侧作业。作业过程中，可以选择操作翻斗上升或下降，可以手动或者自动模式下操作刮板、滑板动作。滑板刮板作业过程可以实现单次循环和连续循环。在卸载作业时，作业人员直接在车内选择作业模式，并可以直接操作厢门打开或关闭和推铲推出或缩回动作。不需要人员下车操作。为了电气控制的可靠性，采用气动执行机构驱动手动阀动作，在调试过程中或者电控出现故障时，也可以使用手动操作。五个手动阀一侧分别安装双向气缸，每个气缸分别由各自的三位四通气阀控制。

2、PLC的I/O信号分析及PLC选型

　　首先，因该车型车载电源是24V蓄电池，所以控制器内PLC供电为直流24V。整个控制系统需要6个输入信号，4个输出信号。驾驶室空间狭小，控制器设计要求合理，操作直观，可安装在驾驶员方便操作的位置。根据现场分析，选择台湾永宏PLC  B1z-10MR2-DC 6点24VDC数字输入4点继电器输出；内建1个RS232通讯口；24VDC电源；标准机型。该机型体型小巧，可以将其安装在一个小型控制盒内，控制盒可以方便地安装在驾驶室操作面板内，方便驾驶员操作。根据以上分析，做出PLC控制系统输入输出信号分配表，如表1所示。

表1  PLC控制输入输出信号分配表

　　如图3所示，是垃圾车操作盒，面板采用铝合金材料雕刻标示文字，永不磨损。按钮盒采用防水、防尘设计，提高设备操作的可靠性。

图3 填装器操作盒

3、PLC控制电路设计

　　电源总开关使用钥匙开关。然后分别接入PLC电源和模式选择开关，依据系统输入输出信号分配表表1，分配信号元件电气连接的位置。根据垃圾车作业的实际情况，卸载作业过程的信号未经PLC系统控制，而是直接有按钮控制，节省了PLC端子，减少了控制器应用设计成本。

　　为了控制系统的电气安全性，选用10A熔断器保护电路，防止电磁阀短路造成电路重要元件损坏，并设计使用电源指示灯(红色)，装载指示灯（绿色）和卸载指示灯（绿色）。电气控制原理图如图4所示。

图4  电气控制电路图

4、控制程序设计

　　依据控制系统设计要求及电气原理图，使用PLC编程软件编写PLC程序。根据系统的IO信号定义表格，编写梯形图程序，然后通过编程软件的仿真功能，通过电脑模拟PLC运行程序，判断程序是否能达到系统控制要求。程序基本功能满足要求后，进行现场安装并调试。如图5所示，车载控制器安装在驾驶室内，方便驾驶员在卸载作业中直接操作。

图5 控制器汽车线束安装调试

四、总结

　　目前，压缩式垃圾车是我国城市生活垃圾集中及运输的主要环卫设备之一。采用小型PLC作为控制器实现垃圾自动回收、压缩装载，增强了控制系统的可靠性，提高了工作效率，减轻了环卫工人的劳动强度，同时也降低了企业该车型的售后服务及维护成本。该系统经过不断升级改造，现已批量化生产，安装使用，提高了专汽产品的竞争力。

作者：王军

参考文献

1、皮晓明 后装式压缩垃圾车的液压系统及PLC控制设计 辽宁 机械设计与制造 2006年8月，第8期

2、王琪 基于适时背压的压缩式垃圾电液式控制系统设计 北京 液压与气动 2010年 第1期

3、永宏PLC技术手册  永宏PLC选型手册2013版本

4、胡海清 气压与液压传动控制技术 北京：北京理工大学出版社 2009年8月

5、陈志恒 汽车电控技术 北京：高等教育出版社 2008年6月