道路管道施工辅助机器人设计及控制(4)

　　主电路图由以下6个部分组成。
　　（1）机车行走分支。从三相线出来通过继电器KM1的常开触点连接到电机1上，触点的开闭控制电机转动与否，从而控制机车的启停，继电器KM1在控制电路中连接。
　　（2）刀头转动分支。由于电机的转速比较快，依靠一级齿轮减速很困难，所以采用变频调速，利用变频器的作用使电机降低到理想的转速，同样通过KM2常开触点的断开和闭合控制电机2的转停，从而控制切削叶片的转停。
　　（3）导轨移动分支。移动板在滚珠丝杠的作用下前后移动，切削土壤时移动板以较慢的速度向前移动，相反，切削完毕后移动板以较快的速度返回到初始的位置。这一过程由一个电动机控制，将三相中的任意两相对换就能够使电机的转向发生变化，所以继电器KM3、KM4 的2个常开触点的断开和闭合就能控制电动机的正反转。因为移动板前后移动速度不一样，所以应连接2个不同的变频器实现电机正、反转的不同转速。
　　（4）螺旋排土分支。螺旋排土装置主要是利用电动机的转动带动螺旋叶片的转动，从而将切削下来的土壤排到机车的后面，它的控制原理同刀头转动分支的控制。
　　（5）交直流转化电路。由于控制电路选用PLC的电源电压是直流24 V，为了使供电方便，设计这样的电路能够将三相线的交流380 V转化为直流24 V。
　　（6）指示灯。每个指示灯通过对应继电器的常开触点连接到电路中，以表示每个动作的执行与否。指示灯之间是并联的，互不影响，它们分别指示的内容为：电源供电与否、机车前进与停止、刀头转动、导轨前进、导轨后退以及排土装置的运行。
　　4.2 控制电路的设计
　　以上介绍了主电路图的设计过程，下面设计控制电路，将预先设计的程序输入PLC中控制主电路的电机转动，实现要求的运动形式。
　　控制电路的核心元件是FX1N系列微型可编程控制器，此PLC的供电电压是+24V，通过主电路交直流转化电路可得到这一电压。控制电路由软硬件同时组成。
　　将PLC的X0端作为输入端，当闭合开机开关时，PLC得电，通过事先存储的程序控制继电器得电，近而控制电动机转动，这样由程序自动控制机车工作，而不需要人的干涉。PLC的输出点Y0、Y1、Y2、Y3、Y4分别与继电器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5连接，这5个继电器控制着主电路的5个电机。也就是说，PLC的5个输出点控制着整个机车的运动过程。由于KM2、KM3控制着移动板的正反运动，即电机的正反转，为了避免损坏电机，应该使用软、硬件同时进行互琐，确保KM2、KM3不同时得电。硬件的互锁措施是将继电器常闭触点KM2、KM3与继电器KM3、KM2串联。
　　将KM5的常开触点与开机开关并联，因为继电器KM5控制排土装置的电机，根据设计的要求，工作时排土装置是一直运行的，所以当按下开机开关时KM5得电，它的常开触点闭合，使得控制电路闭合[8]。当需要关机时，按下关机开关，各继电器都失电，开关KM5断开，电路中断。

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