航標(biāo)維護(hù)中機械手和PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計,機械工程論文摘要：責(zé)任教育歷來是世界各國共同關(guān)注的青少年重大教育問題,同樣也引起中美兩國與廣大民眾的廣泛關(guān)注。本文從青少年責(zé)任教育概念入手,分析比擬了中美青少年責(zé)任教育的目的、內(nèi)容與施行方式方法,通過比擬分析得出我們國家青少年責(zé)任教育需要加強和改良之處。本文本文關(guān)鍵詞語語：機械手;航道維護(hù);PLC;1、背景長江起源于世界屋脊青藏高原的唐古拉山脈各拉丹冬峰西南側(cè),于崇明島以東注入東海,全長約6300公里,是世界第三長河流。長江航線上標(biāo)志船數(shù)量需求宏大,假如標(biāo)志船的布設(shè)、檢查和維護(hù)得不到及時、可靠的保障,將對航道整體的公共安全構(gòu)成極大隱患。當(dāng)下,航標(biāo)維護(hù)仍然處在以人力為主的階段,與當(dāng)代化、機械化、智能化的發(fā)展趨勢有著一定的差距。華而不實,人力工作量最大的主要有如下三方面:1.1、航標(biāo)維護(hù)器材搬運。維護(hù)航標(biāo)時需要使用大量的航標(biāo)維護(hù)器材,華而不實錨石和鋼絲繩重量一般達(dá)數(shù)百斤,僅依靠人力搬運必須多人配合,跨船轉(zhuǎn)運危險性極高。1.2、日常移標(biāo)設(shè)標(biāo)。我局絞錨時均可使用絞盤進(jìn)行作業(yè),但拋設(shè)錨石時只能由船員將錨石搬至船邊,再推入江中。拋設(shè)經(jīng)過中,人員必須于舷邊作業(yè),落水危險性極高。且錨石拋投后,鋼絲繩會以極快的速度被帶入水中,船員遭受鞭打和絆腳帶入水中的危險性極大。1.3、錨纜纏繞物去除。每到汛期,江面會出現(xiàn)大量成分復(fù)雜的漂浮物。漂浮物在水流作用下極易與標(biāo)志船鋼絲繩纏繞在一起,不易去除,對標(biāo)志船造成很大威脅,嚴(yán)重時可導(dǎo)致標(biāo)志船移位甚至翻沉。一直以來,長江沿線各航道處主要采用鐵鉤、鐮刀、砍刀等傳統(tǒng)工具去除纏繞的漂浮物,這種去除方式,不僅難度大、耗時長、效率低,而且勞動強度大、無法保證航道工人的本身安全。針對以上問題,本文研究以多功能機械手進(jìn)行輔助航道維護(hù)作業(yè)的解決辦法及其控制系統(tǒng)設(shè)計。2、機械手與PLC控制機械手具有抓力大、動作靈敏、傳動平穩(wěn)、構(gòu)造緊湊、安全可靠、可實現(xiàn)遙控操作及智能化監(jiān)控等特點,在多個領(lǐng)域得到迅速發(fā)展和成功應(yīng)用。基于漂浮纏繞物種類和性質(zhì)的不確定性,構(gòu)造簡單或功能、動作單一的裝置無法應(yīng)對漂浮纏繞物的多樣性,能夠模擬手工作業(yè)的機械手,能夠靈敏的抓取各種纏繞物。同時,高自由度的機械手在搬運物資方面比普通起重機械更為優(yōu)秀,抓手抓取錨石或錨之后可以以很方便進(jìn)行浮標(biāo)定位。綜上所述,本文將機械手裝置應(yīng)用作為研制的總體思路。PLC控制系統(tǒng),Programmable?Logic?Controller,可編程邏輯控制器,一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng),專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器,用于其內(nèi)部存儲程序,執(zhí)行邏輯運算,順序控制,定時,計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令,并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)經(jīng)過,是機械手主流的控制系統(tǒng)。3、機械手動作分析綜合考慮以上因素,機械手的設(shè)計方案采取三折臂加全回轉(zhuǎn)型式,采用電動液壓系統(tǒng)進(jìn)行驅(qū)動,通過液壓閥件實現(xiàn)過載保衛(wèi)和狀態(tài)維持。機械手的動作應(yīng)包括整機全回轉(zhuǎn)、變幅、折臂一、折臂二、抓手轉(zhuǎn)動、抓手?jǐn)[動、兩瓣抓手開閉。根據(jù)方案設(shè)計確定的機械手七個基本動作,則機械手裝置從原理上應(yīng)包括裝置基座、回轉(zhuǎn)式液壓馬達(dá)及減速器、回轉(zhuǎn)機座、基礎(chǔ)臂、折臂一、折臂二、可開閉抓手、一只變幅油缸、兩只折臂油缸、一只擺動油缸、一只抓手開閉油缸、抓手轉(zhuǎn)動液壓馬達(dá)及減速器、液壓泵站、電控箱、無線遙控器等組成。4、控制系統(tǒng)設(shè)計經(jīng)液壓系統(tǒng)分析、計算和選型,泵站電機選用Y112M4H(5.5kW)電機作為泵站動力源。母船提供一路電制為3phAC380V50Hz的電源至裝置星三角啟動控制箱。裝置的機旁控制箱、電動機等用電設(shè)備均由啟動控制箱供電。機械手所需要的七個動作,分別由7個比例閥進(jìn)行控制,控制系統(tǒng)通過控制七個比例閥的開度來實現(xiàn)機械手裝置的各種動作。本系統(tǒng)所用的PLC模塊一共有7個,分別為一個主站CPU模塊、兩個擴展模塊和四個模擬量模塊。船舶傾角、油溫油壓亦通過模擬量模塊進(jìn)入系統(tǒng)。華而不實船舶傾角預(yù)警對保障船舶安全有著很重要的作用。PLC模塊全部安頓在機械手裝置的機旁控制箱內(nèi),控制箱采用IP56防護(hù)等級。控制箱內(nèi)部還接入了一部信號發(fā)射/接受裝置,與一部遙控器相連接。遙控器作為系統(tǒng)的指令輸入源,其指令通過信號發(fā)射/接受裝置接入各PLC模塊。PLC程序設(shè)計包括程序流程設(shè)計和用戶程序編寫兩大部分。由于PLC采用循環(huán)掃描的工作方式運行程序,本裝置采用了順序構(gòu)造和選擇構(gòu)造相結(jié)合的方式設(shè)計程序流程。用戶程序任務(wù)細(xì)分可得兩大類任務(wù):全局任務(wù)和經(jīng)過任務(wù)。全局任務(wù)(例如:數(shù)據(jù)處理、實時通訊等),在每次PLC程序掃描時都要執(zhí)行,因而應(yīng)將這類任務(wù)采用順序構(gòu)造串入程序流程中。經(jīng)過任務(wù)(例如PID控制、經(jīng)過控制、故障診斷等),只需在特定經(jīng)過中執(zhí)行,應(yīng)采用選擇構(gòu)造并入程序流程中,根據(jù)系統(tǒng)執(zhí)行進(jìn)程,選擇相應(yīng)的任務(wù)執(zhí)行。5、PLC系統(tǒng)抗干擾措施在PLC控制系統(tǒng)設(shè)計經(jīng)過中抗干擾是一個關(guān)鍵問題,其關(guān)系到系統(tǒng)運行的可靠性。現(xiàn)結(jié)合實際經(jīng)歷體驗介紹幾點抗干擾措施。5.1、采用屏蔽電纜線傳輸模擬信號并遠(yuǎn)離動力線。采用屏蔽線可有效避免輻射電磁干擾,由于動力線周圍具有較強的電磁輻射,信號線應(yīng)避免靠近動力線,在實際敷設(shè)電纜時,動力線與控制線應(yīng)從有一定間距的地溝中分別走線。5.2、軟硬件濾波。應(yīng)選用具有較好的硬件濾波電路的PLC接口模塊,除此之外軟件上可以采用平均值法等算法對測量信號進(jìn)行處理,濾除干擾信號。5.3、良好的接地。PLC控制系統(tǒng)應(yīng)采用單點接地方式接地,且不與動力電系統(tǒng)共地。6、結(jié)論PLC控制系統(tǒng)設(shè)計由控制對象分析、系統(tǒng)接口設(shè)計、通訊系統(tǒng)設(shè)計、系統(tǒng)組態(tài)、PLC程序設(shè)計與調(diào)試等部分組成。選擇適當(dāng)?shù)木幊陶Z言編寫程序,靈敏運用各種調(diào)試方式方法進(jìn)行程序調(diào)試,同時采用合理的抗干擾措施提高系統(tǒng)的抗干擾能力就能設(shè)計出性能優(yōu)良的PLC控制系統(tǒng)。在多功能機械手的應(yīng)用中,表現(xiàn)出運行可靠、易擴展、維護(hù)方便、抗干擾能力強等特點。多功能機械手裝置的研發(fā),是航道維護(hù)裝備和作業(yè)方式的創(chuàng)新,更是長江航道和航運事業(yè)發(fā)展新的里程碑。裝置的研制成功,使標(biāo)志船鋼絲繩纏繞物的去除能力得到了根本性的改變,減輕了作業(yè)勞動強度,提高了作業(yè)方式的安全性、可靠性和工作效率