CN101898680A - 远程数控多用上下坡小车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自动化输送生产线的一种远程数控多用上下坡小车，它包括有能在平道或在上下坡道上运作的小车和附装在轨道一侧的五道滑触线，小车上装有电控箱变频器和吊夹具等，通过滑触线和电缆与主控柜连通。特别是采用了数控和半双工通讯技术，在3000m范围内，可手动或PLC程序自动指挥小车完成快慢速进退，升降和放松，夹紧等复杂动作；又采用了自动变频调速技术，使小车能以较低速度在上下坡道或弯道行走，能以较高速度在平直道行走；还采用了双重制动和电气限速技术，确保小车上下坡道的安全。为汽车，发动机和机械制造等厂家提供了一种新型的全能高效低成本的三维空间自动化物料输送设备。

Description

远程数控多用上下坡小车

(一)技术领域：

本发明属于机电一体化设备制造技术领域，尤其是一种远程数控多用上下坡小车。该数控小车适用于汽车、发动机、机械制造等厂家在水平轨道或上下坡轨道上运行作业的物料自动化输送生产线。

(二)背景技术：

在国内，目前用于将不同水平或垂直高度的物料进行输送的自动化生产线，都是采用悬挂式积放链系统。其结构主要采用两条开口向内的平行角钢，中间夹一条不停转动的链条。两条角钢作为轨道来承担悬挂小车和物料的重量，小车由四只小铁轮与角钢接触并悬挂在其上滚动。车上装一爪子，与道中链条相钩挂，钩上链条小车就前进，钩子脱开则车停。此车装卸物料时只能定点在升降台上进行，最大的特点是能载物料上下坡道。它存在的主要问题是：1：功能单一。小车上不能附带葫芦，夹具等装置，应用范围狭窄；2：车速慢。小车的行走速度小于每分钟10M，所以生产节拍慢，相应需用的小车数量多，投资，维修的成本高；3：电耗高。每天从上班开始到下班结束，驱动小车链条的电动机长转不停，无用功浪费太大；4：噪音污染严重。积放链小车的运行噪音平均高于80分贝，对操作工人会造成健康损害。

为了克服上述缺点，国外现已开发了一种能在铝合金轨道上工作的爬坡小车，在外资汽车与国内合资的厂家有生产线应用，其外形结构与国内现有的悬挂自行小车无多大区别。但其关键点是在上下坡道的工字钢辅梁下端加装了一道齿条，在小车顶端加装了一个齿轮与齿条相啮合，在齿轮轴上配一台摩擦限速离心机，对下坡的小车限速，防止小车在下坡或遇突然停电等意外时，发生小车高速下滑而造成人身或设备事故；其优点是吸收了自行小车噪音低，灵活，省电和积放链小车能载物作上下坡运动的特点。但因这种小车仍然是采用传统的一根线控制一个动作的老式电气控制方式，所以，这种小车也存在以下几个问题：1：受轨道侧面的空间可装滑触线道数的限制，小车可做动作数极少，不能附装葫芦或夹具，且只能定点工作，小车的工作范围很窄，性能较差；2：小车在坡道与平道行走时的速度相同，时速在每分钟20M以下，生产节奏较低，导致需用小车台数较多，安装和维修的成本较高；3：小车在下坡时采用限速离心机的摩擦片减速，仍然存在噪音污染。

(三)发明内容：

本发明的主要目的，是针对现有类似产品存在的问题，从尽可能节约生产线的制造，安装和维护成本；加快生产节奏，提高小车的运行速度；扩展小车的工作范围和应用功能，提高小车的性价比；尽量降低工作电耗，消除工作噪音。使小车既能在水平道上快速平稳运行，又能在上下坡道上低速安全运行，以高效、节能、低成本的综合优势，配合道岔调度技术，来满足各种复杂的三维空间全能物料自动化输送生产线的要求。

本发明采用的技术方案是：

1、采用数控和特殊的半双工通讯技术，对进口爬坡小车的电控系统进行改造。首先将各工位对小车发出的手动指令和小车动作到位的反馈信号，都送入主控柜PLC的输入模块对应端口；PLC通过编定的程序，将控制各工位工作电源的接触器和报警灯等，通过第一输出模块端口送出；经第二输出模块各端口连通数字编码器，发出预先将动作编码对应的数字脉冲信号，经放大后由电缆线-滑触线S和电刷送入小车随车电控箱内的解码集成电路板上；经对控制信号进行放大，解码后，驱动对应的固态继电器-接触器动作，从而推动小车做快(慢)速进退，升降和夹紧放松等各种动作。当这些动作完成到位后，随车传感器立即将到位信号，经反馈编码器转成数字脉冲，沿控制信号相同线路返回主控柜，告知操作工人或PLC，小车应进入下一工作程序。其中，反馈数字脉冲信号的形成，传递和解码，与控制信号的形成，传递和解码的电气原理及电路构成相同；其次，控制和反馈信号都采用串行二进制数字脉冲信号；将控制指令设定为非锁存码同步脉冲，工作时间为连续；将反馈信号设定为锁存码非同步脉冲，工作时间为0。5——5秒，两种信号在同一导线中轮流相对传送，因此，只用两根滑触线S和PE来组成闭环控制回路，就能往返传递数十个控制和反馈信号。因两种信号都在其输出输入端增加了一至两级放大，所以，有效控制的通信距离可达3000M以上。采用数控技术的上下坡自行小车，只用五道滑触线，就能用手动或PLC自动控制，完成进口爬坡小车用几十道滑触线都无法实现的多个动作控制目标。不仅大幅降低了制造，安装和维修成本，而且极大扩展了小车的使用功能和应用范围，提高了小车的综合性价比。根据用户生产需要，同一条环形轨道线上，在主控柜PLC按工位集中指挥下，可同时自动运行几台或几十台此类小车。

2、采用PLC自动控制变频调速技术，提高小车在不同路况运行时的安全系数和劳动生产率。即在小车电控箱内加装一台变频器，当小车在上下坡道或弯道行走时，变频器自动调低行走电机的电源频率，使车速在20M/min以下；进入平直道后，变频器自动调高行走电机的电源频率，车速可达30M/min以上。这样可避免小车在平道与坡道的车速相同而造成行走电机的功率浪费，从而加快生产节拍，节省小车的周转时间和单台数量，达到节省投资和维修成本的目标。

3、采用双重制动和电气限速技术，确保小车在坡道行走时的安全。(1)：将进口小车的离心机械限速方式，改成在限速齿轮轴向一侧并装一个制动轮，加装一套电磁抱闸机构，使小车在上下坡道时电磁阀自动通电吸合，随行齿轮则可在与工字钢辅梁下端的齿条啮合后能自由转动；一旦小车离开坡道或发生突然停电故障，电磁阀自动断电，回位弹簧复位将制动轮抱闸，将齿轮刹死(若额定车载小于1.5T时，齿轮及电磁制动机构可不用)；(2)：小车的行走电机内也装有一套电磁制动器，小车在停车或停电等故障时也会自动将小车制动；(3)：在小车的变频器上加装一个制动电阻，将小车在下坡时产生的高位势能转化为电能，转移消耗到制动电阻上，可节省一台限速离心机，既降低成本，又有效消除机械限速摩擦噪音；(4)：在电磁抱闸机构中加装一手动放闸杆，结合小车行走变速箱中的离合器拨杆，可将因突发故障而停在坡道上的小车，用手控方式转到平道或维修站，以确保小车安全和便于维修。

本发明与现有产品的共同技术特征：

1、本发明与现有的悬挂积放链小车和进口爬坡小车相比，三者的主要功能都是能在水平或垂直空间的轨道上运行并输送物料；三者的上下坡道与水平轨道的夹角不大于30度；且三者的电气控制方式都是采用分工位由主控柜的PLC进行集中控制。

2、本发明与进口爬坡小车相比，两者都是采用铝合金轨道，行走车轮外圈都包胶以消除行走噪音；都在坡道的工字钢辅梁下端装有齿条，以保障上下坡道的安全；电源和控制及反馈信号都用滑触线传递，用电刷取电；小车的机械结构外型和行走方式也大致相同。

本发明与现有产品的区别技术特征：

1、本发明与悬挂积放链小车相比，两者的行走轨道，机械结构，驱动工作方式等都不同。

2、本发明与进口爬坡小车相比，采用了数控和特殊的半双工通讯技术，以及变频及电气限速等技术和装置，比进口小车的一根线只能控制一个动作，不能变速行走和机械摩擦限速等技术方式明显先进；且车上能附装吊具和夹具等，适用范围更大，使用功能更多。

(四)附图说明：

图1是本发明模拟的工位分设和坡道及两车型悬挂自行小车外形结构图。若小车的额定负载小于0.5T时，也可只用单轮单车体构成。

图2是本发明的随车电路图。1是装在主车体上的第一组集电器的五只电刷，分别滑接在五道滑触线上，为小车提供工作电源和信号通道。2是装在副车体上的第二组集电器，只装一只电刷，滑接在接地线PE上，作用是确保人身安全。3是控制小车行走速度的变频器；装在变频器上的RT是下坡制动电阻。4是随车集成电路板，将交流380V电压转换成220V和24V电压，其中24V供直流整流电源。5是识别解码集成电路块IO2。6是解码扩展集成电路块IO3。7是反馈信号编码集成电路块IO4。其中SQ0为小车动作到位传感器。

图3是本发明装在主控柜内控制各工位工作的主电源电路图。其中的1KM-4KM都由PLC的输出第一模块控制，只有当该工位有车进入时，该工位对应的交流接触器才会接通吸合，为在该工位的小车提供工作电源，若小车离开则会自动将该工位的电源切断。

图4是本发明的动作控制数字脉冲信号生成、输出、放大、传送及输入、放大、识别、解码和扩展电路图。若将其应用于反馈信号系统时，必须将两套系统的工作频率和相位等加以区别，使控制信号与反馈信号互不混淆。

图5是本发明随车电控箱中电源变换和控制小车动作的驱动电路图。其中T1是电源变压器，R0，R1作灭弧电阻，R2，R3和C1都是作消弧之用。副线圈2输出的24V电压经D1-D4整流、滤波、稳压后送随车集成电路板作12V直流工作电源。另外，IO2是控制信号识别解码块，IO3是解码扩展集成电路块；K4S-K9是IO3的内部输出信号控制开关，GT1-GT7是其外部对应的交流固态继电器，是控制KAM，KAZ，KAF，KMS，KMX这五台交流接触器断/合的控制开关，从而驱动小车完成进退升降等各种动作。

图6是本发明装在主控柜内的模块式PLC输入输出电路图。其中输入两模块将手动控制信号、反馈信号和故障信号等接入输入电路；输出第一模块直接驱动1KM-4KM等较大功率交流接触器线圈的吸合；输出第二模块控制编码块IO1的各数字脉冲信号的生成及输出。

(五)具体实施方式：

本发明具体实施方式参见图1，1#SX和3#SX是上下料工位；2#PT是上下坡道；4#WX是维修工位。其中，1为小车的行走电机；2为减速机；3为小车的主车；4为小车的副车；5和8是限位安全挡块；6是小车的连接平衡承重梁；7是吊放物料的电动葫芦；9是装在轨道一侧的五道滑触线。另外，车架上还装有齿轮电磁制动机构一套，随车电控箱一台，箱内有电源降压及整流装置，控制信号解码和反馈信号编码集成电路板一块，变频器一台，交流接触器5个，各自经电刷-滑触线-电缆与主控柜连通。在地面主控柜内装有5台交流接触器；并装有四模块PLC一台，控制信号编码及反馈信号解码集成电路板四块，分别通过PLC的各端口，用电缆与各工位的滑线对应连接；按图1-6的电路安装调试完成后，小车即可运行。

Claims (4)

1.一种新型的能在水平轨道或上下坡轨道上载物运作的远程数控多用上下坡小车，其特征是：用1至4个车轮搁置于金属轨道上，随车可附装行走，吊具，夹具，翻转，变频器和齿轮电磁制动及电控箱等；在其轨道一侧只安装5道滑触线，通过电缆线和电刷为小车提供电源和运行信号，由主控柜PLC连通各工位控制动作的数字编码器和反馈信号的数字解码器对应的各输入输出端口，对各小车实行分工位按程序集中指挥，按需要，在一条环形轨道输送线上可同时自动运行几部或几十部此类小车；其中，小车的动作指挥和动作到位后的反馈信号都采用串行数字脉冲信号，通讯方式为半双工，信号线S和地线PE组成控制和反馈信号的闭环回路；由于在各编码器的输出端和解码器的输入端都设置了一至二级脉冲信号放大电路，因此，信号传输的控制距离可达3000M以上；另外，还采用了变道变频调速和双重制动及电气限速技术，以确保小车在不同道路行走时的安全。

2.根据权利要求1所述，本发明采用了一种特殊的半双工通讯技术，其特征是：将主控柜发出的小车动作控制指令脉冲设定为非锁存码同步工作制式，工作时间为连续；将随车电控箱传感器检测动作到位后发出的反馈信号脉冲设定为锁存码非同步工作制式，工作时间为0。5～5秒，两种信号在同一导线S中轮流对传，由信号线S和地线PE构成的通讯回路，实现了主控柜对各台小车的闭环控制。

3.根据权利要求1所述，本发明采用了一种新型的变道调速技术，其特征是：采用PLC控制变频器调速，使小车在上下坡道或弯道行走时，PLC通过控制数字编码器输出的脉冲信号，自动调低行走电机的电源频率，使小车以较低速度行走；当小车在平直道行驶时，PLC自动调高行走电机的电源频率，使小车能以较高速度行走。

4.根据权利要求1所述，本发明采用了一种新型的双重制动和电气限速技术，其特征是：第一，当小车在下坡道低速行走时，加装在变频器上的制动电阻，能自动将小车的高位势能转化成电能消耗掉，确保小车按自动设定的低频低速下坡；第二，当小车在上下坡道路时，若遇突然停电等故障，PLC将自动切断行走电机和随行安全齿轮抱闸电磁阀的电源，使行走电机和齿轮快速制动，确保不会发生设备或人身事故。

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