CN103541888A - 流动式车载混凝土泵双泵合流智能控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种流动式车载混凝土泵双泵合流智能控制系统，特别是涉及工程车辆的电气自动化控制，属于自动控制技术领域。本发明集中控制配电箱内的可编程控制器PLC的输入端与控制信号连接， 可编程控制器PLC输出端与继电器连接，继电器分别与控制执行器件、车载电源及动力电源连接， 可编程控制器PLC的模拟量输出端口与北奔底盘的CAN总线连接。本发明通过可编程控制器PLC控制系统，能够分别完成柴油发动机、电动机单独工作情况下控制每一个动作的能力，可实现车载电源与动力电源的相互切换，同时可以实现电动机及柴油发动机同时工作时的双泵合流控制能力，延长车辆电控系统使用寿命，大大提高混凝土泵施工效率、可靠性及实用性。

Description

流动式车载混凝土泵双泵合流智能控制系统

技术领域

本发明涉及一种流动式车载混凝土泵双泵合流智能控制系统，特别是涉及工程车辆的电气自动化控制，属于自动控制技术领域。

背景技术

流动式车载混凝土泵属于建筑机械，适用于铁路、桥梁、高层建筑混凝土的大面积连续浇注，是提高建筑施工进度和施工质量的关键机械设备，现在市场上销售的流动式混凝土泵主要是以汽车底盘安装泵送系统及柴油发动机，以柴油发动机为动力源，该种车载泵应用灵活，不受现场条件的限制，但需附发动机，另一种是以电动机为动力源的拖式混凝土泵，该设备要求施工现场配备动力电源，移动时需要机械拖动，灵活性受到了一定的限制，传统的混凝土泵电控系统采用继电控制或小型PLC控制。

以上流动式混凝土泵缺点与不足如下：

1）车载附发动机功率有限，在高层建筑及高架桥梁施工工地大方量连续作业时不能充分满足工程需要，降低了施工效率，应用范围受到限制。同时两台发动机能耗高噪声大。

2）拖式电动混凝土泵功率较大，可连续作业，但需要动力电源，在一些野外施工或无动力电源的施工现场无法发挥其优势，应用受限。

3）继电控制系统存在着连接线路过多。在工作环境恶劣时，所产生的振动量较大，容易产生开线、断线及松动，影响产品的正常使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够在一台车载泵底盘上实现底盘自身发动机做动力源与车载电动机动力源两种动力合二为一或各自独立工作的流动式车载混凝土泵双泵合流智能控制系统。

技术解决方案：

本发明包括：集中控制配电箱，集中控制配电箱内的可编程控制器PLC的输入端与控制信号连接， 可编程控制器PLC输出端与继电器连接，继电器分别与控制执行器件、车载电源及动力电源连接， 可编程控制器PLC的模拟量输出端口与北奔底盘的CAN总线连接。

所述控制执行器件包括：电动机、电磁阀、电铃、风扇、加油泵、指示显示，集中控制配电箱，安装在车体上装中间位置，箱体上装有控制面板，面板装有工作方式选择开关、泵送启动开关、泵送停止开关、停止开关、合流开关、指示灯、电压表、电流表、远程控制盒接口、紧急停止按钮，箱体内部装有plc模块、三相交流—24v直流电源，三相电源相序保护器、继电器、交流接触器、互感器、断路器、及输入输出电缆，车体上部装有第一主液压缸、第二主液压缸、第一摆缸和第二摆缸，第一主液压缸和第二主液压缸上分别安装有位置接近开关，第一主液压缸、第二主液压缸及第一摆缸和第二摆缸分别由电磁阀控制，交流接触器与电动机连接，位置接近开关与可编程控制器plc连接。

本发明可编程控制器流程：

打开整车电源，选择工作方式，若用本车自带柴油泵，不接动力电源，通过工作方式选择开关，选择柴油泵工作方式，可进行柴油泵工作，此方式下，控制系统的电源由车载电源进行供电；如果须要双泵同时工作，或电动泵单独工作，必须外接三相380伏动力电源，此时须将工作方式选择开关选择为电动泵工作方式，在此方式下，外接电源通过集中控制配电箱内的控制系统，切断车载电源，同时将动力电源进行变换，变换成24伏直流电源，给可编程控制器plc电器供电，并向电动机提供动力电源；按下电机启动按钮，进行电动泵的电机启动，电动机经Y-△启动完毕后，经过指示反馈 ，具备工作条件，才能进行泵送工作；

选择本地工作或远程控制方式后，按下泵送启动按钮，主液压缸开始工作，第一主液压缸伸出，第二主液压缸收回，同时第一摆缸伸出，第二摆缸收回，当第一主液压缸达到行程后，由第一位置接近开关进行位置信号反馈给可编程控制器plc，由可编程控制器plc控制电磁阀进行液压系统进行换向，第一主液压缸收回，第二主液压缸伸出，同时第一摆缸收回，第二摆缸伸出，当第二主液压缸到达位置时，由第二位置接近开关进行位置信号反馈给可编程控制器plc，然后第一主液压缸又开始工作，进行循环，按下停止按钮时，停止工作；

在电动工作状态时，将双泵合流选择开关打开，通过可编程控制器plc，控制继电器，然后由继电器控制电磁阀，进行液压系统的控制，实现液压系统的双泵合流工作；

通过选择工作开关，选择手动模式下工作，在该方式下，将上述循环工作方式进行分解，实现每一步的单独工作；

如果需要进行反向泵送工作，必须停止正向泵送工作后，将工作方式选择开关选择为反泵方式，按下泵送按钮方可进行反向工作；反向工作过程为第一主液压缸伸出，第二主液压缸收回，同时第一摆缸收回，第二摆缸伸出，当第一主液压缸达到行程后，由第一位置接近开关进行位置信号反馈给可编程控制器plc，由可编程控制器plc控制电磁阀进行液压系统进行换向，第一主液压缸收回，第二主液压缸伸出，同时第一摆缸伸出，第二摆缸收回，当第二主液压缸到达位置时，由第二位置接近开关进行位置信号反馈给可编程控制器plc，然后第一主液压缸又开始工作，进行循环，按下停止按钮时，停止工作；

通过控制面板上的控制开关，对润滑、风扇或冲洗进行单独控制；

当选择为远程控制时，通过集中控制配电箱上的远程控制接口，连接控制电缆及移动控制盒，进行异地控制，控制过程与本地相同；

本发明通过可编程控制器PLC控制系统，可实现车载电源与动力电源的相互切换，满足任何环境条件下的正常施工。简化线路连接，适应施工要求较高场合，能延长车辆电控系统使用寿命，大大提高混凝土泵的施工效率、可靠性及实用性。该发明是适用于北方奔驰底盘上的双泵合流智能控制系统；

本发明所带来的优点简述如下：

1）该系统能够分别完成柴油发动机、电动机单独工作情况下控制每一个动作的能力，同时可以实现电动机及柴油发动机同时工作时的控制能力。

2）能够在电动机工作，柴油发动机工作时，电源的快速切换，在电动机工作时，用三相动力380v电源，通过变换，向可编程控制器plc提供电能，柴油发动机工作时，切断交流电源，由自身车载24v电瓶供电。

3）该系统能够实现本地及异地的双重控制，启动异地控制时，本地急停及异地急停可同时起到紧急停车作用。提高了现场监控的安全性。

4）配合奔驰底盘的通讯协议，可与底盘控制Ecu通讯实现发动机的调速功能。这样无需另购买调速装置，节约了成本方便了用户使用。

5）该智能控制系统具有强大的逻辑运算能力，能适应工艺要求复杂的场合，在工作要求发生变化时，不须对外部线路进行改动，即可实现动作的顺序变化。

6）该智能控制系统驱动液压缸采用的输入信号为小电流小电压信号，没有机械接触，避免了由于碰撞造成的故障。

7）该智能控制系统自身带有过载保护功能，在输入端电流过大时，可停止输出，同时其带负载能力强，内部的输出为无触点输出，避免了接触不良及过电流造成的故障，工作寿命在20万小时以上，性能稳定可靠。

8）该智能控制系统程序编写及现场安装可分开进行，可前期进行程序的编制及运行，用计算机进行模拟演示，进入现场后直接调整参数即可；另外根据实际情况变更工作顺序时，只需对控制器中的程序进行变更即可。

附图说明

图1为本发明结构示意框图；

图2 为本发明电源转换原理图：

图3 为本发明电源转换原理图

图4 为本发明可编程控制器PLC输入接线示意图；

图5为本发明可编程控制器PLC输入接线示意图；

图6 为本发明可编程控制器PLC输出接线示意图；

图7 为本发明可编程控制器PLC输出接线示意图；

图8 为本发明程序流程图。

具体实施方式：

以BZ5161THBS90双动力车载混凝土泵为例：

1.工作前准备

本发明采用S7-300系列可编程控制器PLC，该控制器具有计算机强大的逻辑运算功能、通讯功能、自诊断功能，和自身携带负载能力。

2. 硬件配置及安装

开通发动机第二油门的北方奔驰底盘一辆；底盘发动机通讯协议一份； 可编程控制器PLC -313c6ES7  313-5BF03-0AB0一台，SM模块6ES7 321-1BH00-0AA0一个，三相异步电动机一台（110KW/380v），位置接近开关2个，润滑泵一台，液压站及阀组一套。380/24V稳压直流电源一台，电压表、电流表、相序保护器各一个，冷却风机一台，MPI通讯电缆一条。集中控制配电箱一个。位置接近开关2个、按钮开关、选择开关、熔断器、断路器、交流接触器、继电器、润滑泵、油冷器按原理图配置。

可编程控制器Plc系统I/O地址分配如下：

该系统配置一个集中控制配电箱，集中控制配电箱内部装有西门子可编程控制器plc、直流电源，继电器、交流接触器、互感器、断路器、操作面板、指示灯及输入输出电缆。可以分别实现单独柴油泵，及电泵的独立运行，应用于不同的施工现场，视功率的大小选择柴油泵或电泵运行系统。

将控制箱，电动机，及各种检测器件，执行元件，及标识装到底盘上，将可编程控制器PLC固定在电控箱内，集中控制配电箱内的可编程控制器PLC的输入端与控制信号连接， 可编程控制器PLC输出端与继电器连接，继电器分别与控制执行器件、车载电源及动力电源连接，可编程控制器PLC的模拟量输出端口与北奔底盘的CAN总线连接；在手动调试过程中，将接近开关、传感器安装在第一主液压缸和第二主液压缸缸体上，以便能感应到各种装置动作位置的变化；

3.调试及运行

3.1 车载柴油发动机工作；将电源选择开关选至柴油泵位置，此时控制系统由车载电瓶提供24V直流电源，并切断了三相电动机的控制回路。相应的指示灯点亮，直观显示了系统工作在24v电源的工作状态；

3.2 调试控制过程

1）选择本地或远程控制；

2）放开所有急停开关，KA0工作，风扇启动，做好进一步的准备工作；

3）选择点动选择开关，进行第一第二主液压缸位置单独调整，调整位置接近开关距离，以满足使用要求即可；

4）启动泵送按钮，正泵开始工作，通过位置接近开关感应信号，及程序运算，进行自动换向并循环工作，按下停止按钮工作停止；

5）按下反泵按钮，系统开始反吸工作，直至按下停止按钮；

3.3电泵控制调试

将电源选择开关旋至电泵位置，此时控制系统由三相动力电源经整流稳压提供24V直流电源，并切断电瓶输出24v直流电源。相应的交流指示灯点亮，直观显示系统工作在动力电源的24v工作状态；

3.4调试过程

1）选择本地或远程控制；

2）放开所有急停开关，KA0工作，风扇启动，做好进一步的准备工作；

3）按下电机启动按钮，开始电动机的Y-△启动。在Y启动期间，Y指示灯点亮，5秒后转换结束电机△运行。同时Y指示灯灭，△指示灯点亮，进入正常工作状态；

4）启动泵送按钮，正泵开始工作，通过位置接近开关感应信号，及程序运算，进行自动换向并循环工作，按下停止按钮工作停止；

5）按下反泵按钮，系统开始反吸工作，直至按下停止按钮；

4.双泵合流

先启动电动机，当电动机启动完毕后，启动泵送系统，泵送系统工作正常后将合流控制开关打开，启动双泵合流控制系统，通过控制液压系统的电磁阀将合流阀打开，实现了双泵合流工作状态；

5. 工作过程

1)上电后系统进入初始化，然后进入等待及选择工作方式；

2)如果选择柴油发动机工作方式时，系统自动断开电动机工作方式，同时等待正、反泵工作信号的输入来实现相应的动作，手动功能一般用于调试时进行位置接近开关的定位；

3)选择电动机工作方式，系统自动断开底盘电瓶供电；

4)双泵合流时必须在电动机工作状态的基础上，工作方式选择开关旋转到合流位置，启动合流控制系统，此时液压系统动力由柴油发动机与电动机共同输出动力；

5)启动泵送时，正泵开始工作，由可编程控制器plc输出正泵信号，控制液压系统，第一主液压缸伸出，同时输出第一摆缸驱动信号，驱动第一摆缸伸出，将混凝土输出，第二摆缸收回，第二主液压缸收回，从料斗吸入混凝土。当第二主液压缸收回到位时，位置传感器输出信号给可编程控制器plc，可编程控制器plc在一个扫描周期后，输出换向信号，第二摆缸伸出，第一主液压缸收回。第二主液压缸伸出，第一摆缸收回，第一主液压缸收回到位时，位置传感器发出信号，可编程控制器plc接收到信号后，通过一个扫描周期后，输出换向信号，主液压缸，摆缸进行换向。并循环执行以上工作周期。按下停止按钮，泵送工作停止。如果按下反泵工作按钮时，可编程控制器plc将输出相反的工作顺序控制各个缸的工作状态，将混凝土吸入料斗。反泵启动后系统将按照相反的工作顺序进行工作，直至按下停止按钮工作停止；

6)通过总线配合奔驰底盘通讯协议，可与底盘控制Ecu通讯，将电位器的控制电压输入到汽车系统Ecu并控制柴油泵转速大小，进行调速控制；

7)在工作状态下，按下任意的急停按钮，系统可立即停止工作；

8)该系统有短路保护，过载保护，电瓶、电源指示，电机启动及转换完毕指示。远程控制可以观察现场的工作环境；

9)风冷电机可以由程序进行间断运行控制，主泵电动机具有相序、过载、短路保护。

Claims (4)

1.流动式车载混凝土泵双泵合流智能控制系统，包括：集中控制配电箱，其特征在于，集中控制配电箱内可编程控制器PLC的输入端与控制信号连接，可编程控制器PLC输出端与继电器连接，继电器分别与控制执行器件、车载电源及动力电源连接，可编程控制器PLC的模拟量输出端口与北奔底盘的CAN总线连接。

2.根据权利要求1所述的流动式车载混凝土泵双泵合流智能控制系统，其特征在于，控制执行器件包括：可编程控制器plc、继电器、交流接触器、电动机、电磁阀、电铃、风扇、加油泵、指示灯显示。

3.根据权利要求1所述的流动式车载混凝土泵双泵合流智能控制系统，其特征在于：集中控制配电箱安装在车体上装中间位置，箱体上装有控制面板，面板装有工作方式选择开关、泵送启动开关、泵送停止开关、合流开关、指示灯、电压表、电流表、远程控制盒接口、紧急停止按钮，箱体内部装有可编程控制器PLC模块、三相交流—24v直流电源，三相电源相序保护器、继电器、交流接触器、互感器、断路器、及输入输出电缆，车体上部装有第一主液压缸、第二主液压缸、第一摆缸和第二摆缸，第一主液压缸和第二主液压缸上分别安装有位置接近开关，第一主液压缸、第二主液压缸及第一摆缸和第二摆缸分别由电磁阀控制，交流接触器与电动机连接，位置接近开关与可编程控制器plc连接。

4.根据权利要求1所述的流动式车载混凝土泵双泵合流智能控制系统，其特征在于：可编程控制器plc的控制流程：

打开整车电源，选择工作方式，若用本车自带柴油泵，不接动力电源，通过工作方式选择开关，选择柴油泵工作方式，可进行柴油泵工作，此方式下，控制系统的电源由车载电源进行供电；如果须要双泵同时工作，或电动泵单独工作，必须外接三相380伏动力电源，此时须将工作方式选择开关选择为电动泵工作方式，在此方式下，外接电源通过集中控制配电箱内的控制系统，切断车载电源，同时将动力电源进行变换，变换成24伏直流电源，给可编程控制器plc及电磁阀、继电器供电，并向电动机提供动力电源；按下电机启动按钮，进行电动泵的电机启动，电动机经Y-△启动完毕后，经过指示反馈 ，具备工作条件，才能进行泵送工作；

选择本地工作或远程控制方式后，按下泵送启动按钮，第一主液压缸开始工作，第一主液压缸伸出，第二主液压缸收回，同时第一摆缸伸出，第二摆缸收回，当第一主液压缸达到行程后，由第一位置接近开关进行位置信号反馈给可编程控制器plc，由可编程控制器plc控制电磁阀进行液压系统进行换向，第一主液压缸收回，第二主液压缸伸出，同时第一摆缸收回，第二摆缸伸出，当第二主液压缸到达位置时，由第二位置接近开关进行位置信号反馈给可编程控制器plc，然后第一主液压缸又开始工作，进行循环，按下停止按钮时，停止工作；

在电动工作状态时，将双泵合流选择开关打开，通过可编程控制器plc控制继电器，然后由继电器控制电磁阀，进行液压系统的控制，实现液压系统的双泵合流工作；

通过选择工作开关，选择手动模式下工作，在该方式下，将上述循环工作方式进行分解，实现每一步的单独工作；

如果需要进行反泵工作，必须停止正向泵送工作后，将工作方式选择开关选择为反泵方式，按下泵送按钮方可进行反向工作；反向工作过程为第一主液压缸伸出，第二主液压缸收回，同时第一摆缸收回，第二摆缸伸出，当第一主液压缸达到行程后，由第一位置接近开关进行位置信号反馈给可编程控制器plc，由可编程控制器plc控制电磁阀进行液压系统进行换向，第一主液压缸收回，第二主液压缸伸出，同时第一摆缸伸出，第二摆缸收回，当第二主液压缸到达位置时，由第二位置接近开关进行位置信号反馈给可编程控制器plc，然后第一主液压缸又开始工作，进行循环，按下停止按钮时，停止工作；

通过控制面板上的控制开关，对润滑、风扇或冲洗进行单独控制；

当选择为远程控制时，通过集中控制配电箱上的远程控制接口，连接控制电缆及移动控制盒，进行异地控制，控制过程与本地相同。

Images