基于PLC的小型纯电动清扫车控制系统设计

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翻新时间：2023-02-23

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基于PLC的小型纯电动清扫车控制系统设计

摘要：本文以小型纯电动清扫车为研究对象，根据清扫车的结构和工作原理，分析清扫系统的控制需求，基于PLC控制器设计了清扫系统的电路和控制程序，实车测试后表明该控制系统结构简单，操作方便，可靠性高。

关键词：纯电动清扫车控制系统 PLC

0 引言

汽车尾气排放所引起的空气污染问题和石油危机问题，使得采用绿色能源的电动汽车受到越来越多的人的关注。人们普遍认为纯电动汽车将是未来汽车工业的发展趋势，但是受到现有电池技术水平的限制，电池能量密度普遍偏低，导致纯电动汽车的续驶里程有限，另外充电设施建设以及安全问题，使得纯电动化在家用乘用车和长途货运领域的发展受到极大的限制。

小型清扫车作为面向住宅区、厂区的清扫专用车，具有区域化工作，里程固定，使用时间短等特点，可以忽略上述限制，非常适合纯电动化。本文将研究以铅酸电池为能源，电池为驱动系统的小型电动清扫车，设计出操作简单，工作可靠的控制系统。

1 电动清扫车结构

行驶系统部分主要实现车辆的行驶，转向等功能，由车辆底盘、驱动电机、电池组和转向系统等组成。该车辆底盘为清扫车专用底盘，预留了清扫系统的安装空间，为整个车身提供承载；驱动电机为他励直流电机，后置后驱结构，可满足行驶功率需求；电池组由8块12V铅酸电池组串并联后组成，为行驶系统和清扫系统提供电源。

清扫系统部分主要由扫盘、滚刷、传送带和垃圾收集系统为主要的功能部件。喷嘴向路面洒水，前边刷将垃圾和尘土向滚刷前部集中，再由滚刷将垃圾尘土扫入垃圾传送带，传送带将垃圾送入垃圾箱内。风机吸入路面上的垃圾尘土，经除尘设备滤尘，使垃圾尘土与流动气流分离，最后将干净空气排出。最后垃圾箱中可通过自卸结构倾倒，将垃圾倒出至垃圾处理点。前扫盘可以升降和左右移动，滚刷也可以升降，只有在清扫时，扫盘和滚刷才下降至预定位置。

2 控制需求分析

根据清扫车系统结构和工作原理，可以将驱动控制和清扫控制电路进行分析，驱动控制主要是车辆的行驶控制，由于该他励电机有专门的电机控制器来驱动，通过加速踏板的开度信号可以控制驱动电机的转速，从而控制车辆的行驶速度。而车辆的前进或后退可以通过在转向盘上设置档位开关来实现。本文将主要分析清扫控制系统的功能需求及实现方法。

2.1 清扫动作

清扫时，扫刷、滚刷、传送带和风机会同时动作，因此可以统一由一个清扫按键控制。当此键按下时，扫刷电机、滚刷电机、传送带电机和风机同时工作。

2.2 扫刷电机的移动控制

前扫刷可上下升降或左右横向移动，各通过两个直线电机的换向驱动实现，在清扫过程中，左、右扫刷可能需要随时根据路面宽度调整横向距离，因此其横向移动应该分别独立控制。而工作区域道路平整度良好，左右扫刷的工作高度可以一致，因此其升降动作可以一起控制。所以前扫刷的移动控制应通过六个自复位按键来实现控制。

2.3 洒水控制

洒水动作通过水泵实现，不需要一直工作，通过洒水开关独立控制。

2.4 倾倒控制

垃圾箱有倾倒和回位两个动作，通过控制液压泵和液压阀实现，由自复位按键开关控制。

3 控制系统设计

清扫车的控制系统设计遵循简单可靠的原则，实现清扫智能化。电气控制系统采用IC200UDR040 PLC（上图3）作为主控器，PLC上电自检完成后，将点亮仪表READY信号，方可接收驾驶员的按键动作，控制机构执行相应的动作。

3.1 扫刷横向移动控制

扫刷的横向移动控制电路由三个车用继电器实现，如图4所示。继电器KA2和KA3均有一个常闭端和一个常开端，未动作前，KA2和KA3的常闭端与电源负极相连，动作时，只需控制KA2（或KA3）的常开端闭合即可。

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图4 边刷横向控制电路

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图5 左边刷横向控制流程

3.2 清扫控制

当清扫按键闭合时，PLC将清扫标志位置1，滚刷自动下降至预定位置，接近开关输出低电平信号，PLC控制接触器闭合，清扫系统电机（左右边刷、滚刷和传送带电机）通电工作。当清扫按键处于断开状态，检测到清扫标志位为1时，PLC控制接触器断开，清扫系统电机断电停止，滚刷上升至行程底部自动停止（该过程为延时控制），清扫标志位清0。清扫控制流程如图6所示。

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图6 清扫控制流程

4 结语

本文以小型电动清扫车为研究对象，根据其工作特点设计了基于PLC控制器的电气控制系统，整个系统操作简单可靠，实现清扫车的智能化控制。在实车上应用后，改善了驾驶员的操纵便利性，有利于纯电动清扫车品质提升。

参考文献：