压缩式垃圾车控制系统设计-导航制导与控制硕士论文

分类号：分类号： TP272TP272密密级：级：公公开开 UDUDUD UD C C C C ：单位代码：单位代码： 1042410424 学学 位位 论论 文文 压缩式垃圾车控制系统设计压缩式垃圾车控制系统设计压缩式垃圾车控制系统设计 压缩式垃圾车控制系统设计 栾栾 晓晓 梅梅 申请学位级别申请学位级别：硕士学位硕士学位专业专业名名称：称：导航制导与控制导航制导与控制 指导教师姓名指导教师姓名：高高波波职职称：称：副副教教 授授 山山 东东 科科 技技 大大 学学 二零一零年五月二零一零年五月 论文题目：论文题目：论文题目： 论文题目： 压缩式垃圾车控制系统设计压缩式垃圾车控制系统设计压缩式垃圾车控制系统设计 压缩式垃圾车控制系统设计 作者姓名：作者姓名：作者姓名： 作者姓名： 栾晓梅栾晓梅入学时间：入学时间：入学时间： 入学时间： 20072007 年年 9 9 月月 专业名称：专业名称：专业名称： 专业名称： 导航制导与控制导航制导与控制研究方向：研究方向：研究方向： 研究方向： 现代控制理论及现代控制理论及 在导航中的应用在导航中的应用 指导教师：指导教师：指导教师： 指导教师： 高波高波职职职 职 称：称：称： 称： 副副教教授授 论文提交日期：论文提交日期：论文提交日期： 论文提交日期： 20102010年年 5 5 月月 论文答辩日期：论文答辩日期：论文答辩日期： 论文答辩日期： 20102010年年 6 6 月月 授予学位日期：授予学位日期：授予学位日期： 授予学位日期： CONTROLCONTROLCONTROL CONTROL SYSTEMSYSTEMSYSTEM SYSTEM DESIGNDESIGNDESIGN DESIGN OFOFOF OF COMPRESSIONCOMPRESSIONCOMPRESSION COMPRESSION GARBAGEGARBAGEGARBAGE GARBAGE TRUCKTRUCKTRUCK TRUCK A A A A DissertationDissertationDissertation Dissertation submittedsubmittedsubmitted submitted ininin in fulfillmentfulfillmentfulfillment fulfillment ofofof of thethethe the requirementsrequirementsrequirements requirements forforfor for thethethe the degreedegreedegree degree ofofof of MASTERMASTERMASTER MASTER OFOFOF OF PHILOSOPHYPHILOSOPHYPHILOSOPHY PHILOSOPHY fromfromfrom from ShandongShandongShandong Shandong UniversityUniversityUniversity University ofofof of ScienceScienceScience Science andandand and TechnologyTechnologyTechnology Technology b b b b y y y y LuanLuanLuan Luan XiaomeiXiaomeiXiaomei Xiaomei Supervisor:Supervisor:Supervisor: Supervisor: AssociateAssociateAssociate Associate ProfessorProfessorProfessor Professor GaoGaoGao Gao BoBoBo Bo CollegeCollegeCollege College ofofof of InformationInformationInformation Information andandand and ElectricalElectricalElectrical Electrical EngineeringEngineeringEngineering Engineering MayMayMay May 201020102010 2010 声声明明 本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文，除了所列参考文献和所公本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文，除了所列参考文献和所公 认的文献外，全部是本人在导师指导下的研究成果。该论文资料尚没有呈交于认的文献外，全部是本人在导师指导下的研究成果。该论文资料尚没有呈交于 其它任何学术机关作鉴定。其它任何学术机关作鉴定。 硕士生签名：硕士生签名： 日日期：期： AFFIRMATIONAFFIRMATIONAFFIRMATION AFFIRMATION I I I I declaredeclaredeclare declare thatthatthat that thisthisthis this dissertation,dissertation,dissertation, dissertation, submittedsubmittedsubmitted submitted in in in in fulfillmentfulfillmentfulfillment fulfillment ofofof of thethethe the requirementsrequirementsrequirements requirements forforfor for thethethe the awardawardaward award ofofof of MasterMasterMaster Master ofofof of PhilosophyPhilosophyPhilosophy Philosophy in in in in ShandongShandongShandong Shandong UniversityUniversityUniversity University ofofof of ScienceScienceScience Science andandand and Technology,Technology,Technology, Technology, is is is is whollywhollywholly wholly mymymy my ownownown own workworkwork work unlessunlessunless unless referencedreferencedreferenced referenced ofofof of acknowledge.acknowledge.acknowledge. acknowledge. TheTheThe The documentdocumentdocument document hashashas has notnotnot not beenbeenbeen been submittedsubmittedsubmitted submitted forforfor for qualificationqualificationqualification qualification atatat at anyanyany any otherotherother other academicacademicacademic academic institute.institute.institute. institute. Signature:Signature:Signature: Signature: DateDateDate Date : : : : 山东科技大学硕士学位论文摘要 摘摘 要要 后装压缩式垃圾车是城市垃圾车收集及转运的主要工具之一。压缩式垃圾车通过后装压缩式垃圾车是城市垃圾车收集及转运的主要工具之一。压缩式垃圾车通过控控 制系统控制滑板、刮板、排出板的动作实现垃圾的装载和卸载。垃圾车的控制系统在制系统控制滑板、刮板、排出板的动作实现垃圾的装载和卸载。垃圾车的控制系统在经经 历了手动控制、继电器控制、微电脑控制之后，发展到现在的可编程控制。目前国内历了手动控制、继电器控制、微电脑控制之后，发展到现在的可编程控制。目前国内的的 压缩式垃圾车生产企业大部分虽然已经采用可编程控制，但是其中一些关键部件包括压缩式垃圾车生产企业大部分虽然已经采用可编程控制，但是其中一些关键部件包括控控 制器均依靠进口，以中集环境保护有限公司生产的压缩式垃圾为例，其车厢体所使用制器均依靠进口，以中集环境保护有限公司生产的压缩式垃圾为例，其车厢体所使用的的 钢材、液压系统中油缸、齿轮泵、高性能多控电磁阀及电气装置电子控制均是日本进钢材、液压系统中油缸、齿轮泵、高性能多控电磁阀及电气装置电子控制均是日本进口口 产品，价格高昂，使得产品很难适应中国市场。针对以上问题，提产品，价格高昂，使得产品很难适应中国市场。针对以上问题，提出出“垃圾车国产化垃圾车国产化” ” 的理念。本文从的理念。本文从“控制系统国产化控制系统国产化”出发，提出出发，提出“压缩式垃圾车控制系统设计压缩式垃圾车控制系统设计”的课的课题 。题 。 本论文的研究内容主要包括压缩式垃圾车电气原理设计、执行机构力学分析与仿本论文的研究内容主要包括压缩式垃圾车电气原理设计、执行机构力学分析与仿真真 及控制系统程序设计三部分。第一部分简单介绍了垃圾车的基本机构，分析各个机构及控制系统程序设计三部分。第一部分简单介绍了垃圾车的基本机构，分析各个机构的的 工作原理，并据此设计垃圾车作业流程图及控制系统电气原理，对系统所用主要元件工作原理，并据此设计垃圾车作业流程图及控制系统电气原理，对系统所用主要元件进进 行选型。第二部分首先对各个执行机构进行受力分析，计算执行机构运动过程中所受行选型。第二部分首先对各个执行机构进行受力分析，计算执行机构运动过程中所受阻阻 力，然后运用力，然后运用AMESimAMESimAMESim AMESim 软件建立各个执行机构的液压系统模型，根据受力分析适当设软件建立各个执行机构的液压系统模型，根据受力分析适当设 置参数并仿真分析装载和卸载时间，以验证系统设计是否可行。第三部分是根据电气置参数并仿真分析装载和卸载时间，以验证系统设计是否可行。第三部分是根据电气原原 理及工作流程图，在理及工作流程图，在SWOPC-FXGP/WIN-CSWOPC-FXGP/WIN-CSWOPC-FXGP/WIN-C SWOPC-FXGP/WIN-C 环境下环境下设计控制系统的设计控制系统的PLCPLCPLC PLC 程序，通过程序，通过实实 验室和现场的调试最终得到准确的控制系统程序。验室和现场的调试最终得到准确的控制系统程序。 本论文的研究，一方面初步实现了压缩式垃圾车控制系统的国产化，为压缩式垃本论文的研究，一方面初步实现了压缩式垃圾车控制系统的国产化，为压缩式垃圾圾 车国产化做出应有的贡献，对我国其他行业控制系统国产化有一定的借鉴意义，推动车国产化做出应有的贡献，对我国其他行业控制系统国产化有一定的借鉴意义，推动可可 编程控制技术在环卫车辆中的应用及普及，同时对我国可编程控制技术的研究、发展编程控制技术在环卫车辆中的应用及普及，同时对我国可编程控制技术的研究、发展及及 应用也具有重要的意义；另一方面为以后工业控制系统设计提供参考。应用也具有重要的意义；另一方面为以后工业控制系统设计提供参考。 关键词：关键词：压缩式垃圾车，可编程控制器，液压系统仿真，AMESim 山东科技大学硕士学位论文摘要 ABSTRACTABSTRACTABSTRACT ABSTRACT Compression garbage truck is one of the main tools to collect and transport garbage in cities. Compression garbage truck realizes the function of loading and unloading by controlling glide-board、sweep-board and push-board. The control system has experienced manual control 、relay control andmicrocomputer control system, now develops to PLC control system.Atpresent, the control system of domestic garbage trucks have adopt PLC control, but some key parts include controllers need import. For example, steel 、hydraulic system and electrical system adpotted by CIMC compression garbage truck are improted. The price is costliness, so the truck is difficult to adapt to chinese market. Based on the idea of loc alization of control system, we put forward the subject that is compression garbage truck control system design. The research contents of papers mainly include the design of electrical principle、dynamic simulation and analysis of actuator and program design.Atfirst, basic structure is introduced and working principle are analyzed. According to the principle, working flowchart and electrical principle are designed, then components are selected. Secondly, doingforce analysis for actuator, designing hydraulic system model by AMESim, setting up parameters and simulat to obtain the time of loading and unloading. Finally, according to electrical principle and working flowchart, using SWOPC-FXGP/WIN-C to design PLC program of system. Improving the program bytestin lab and field debugging. The research of papers, on the one hand, simply implements domestic production of control system and provides a basis for furture perfection ， promotes development of programmable control technology on environmental sanitation field and provides helpful experiences for other industry control system. On the other hand,itcan give reference for industrial control system in the future. Keywords:Keywords:Keywords: Keywords: compression garbage truck, PLC, hydraulic system simulation，AMESim 山东科技大学硕士学位论文目录 目录目录 1 1 1 1 绪论绪论绪论 绪论 . . . . . . 1 1 1 1 1.1引言.1 1.2课题的提出及研究意义.2 1.3垃圾车控制系统背景.2 1.4课题研究内容. 7 1.5本章小结. 8 2 2 2 2 压缩式垃圾车电气原理设计压缩式垃圾车电气原理设计压缩式垃圾车电气原理设计 压缩式垃圾车电气原理设计 . . 101010 10 2.1压缩式垃圾车结构. 10 2.2垃圾车作业流程框图设计.12 2.3垃圾车控制系统电气原理设计. 15 2.4元器件选型. 20 2.5本章小结. 23 3 3 3 3 执行机构的仿真与分析执行机构的仿真与分析执行机构的仿真与分析 执行机构的仿真与分析 . . 242424 24 3.1AMESim 软件介绍. 24 3.2执行机构受力分析. 30 3.3执行机构建模. 36 3.4执行机构模型仿真分析. 39 3.5本章小结. 47 4 4 4 4 垃圾车控制系统程序设计垃圾车控制系统程序设计垃圾车控制系统程序设计 垃圾车控制系统程序设计 . . 484848 48 4.1SW0PC-FXGP/WIN-C 介绍.48 4.2压缩式垃圾车控制系统程序编写. 50 4.3本章小结. 56 5 5 5 5 垃圾车控制系统的调试试验垃圾车控制系统的调试试验垃圾车控制系统的调试试验 垃圾车控制系统的调试试验 . . 575757 57 5.1实验室试验. 57 5.2现场调试. 58 5.3本章小结. 59 6 6 6 6 总结与展望总结与展望总结与展望 总结与展望 . . 606060 60 山东科技大学硕士学位论文目录 致谢致谢致谢 致谢 . . 626262 62 攻读硕士期间的发表的论文攻读硕士期间的发表的论文攻读硕士期间的发表的论文 攻读硕士期间的发表的论文 . . 636363 63 参考文献参考文献参考文献 参考文献 . . 646464 64 山东科技大学硕士学位论文目录 ContentsContentsContents Contents 1 1 1 1 IntroductionIntroductionIntroduction Introduction . . . . . . . . . . . . .1 .1 .1 .1 1.1Forward.1 1.2Raising of Project and Signficiance of Study.2 1.3Background of GrbageTruck Control System.2 1.4Main Content of this Thesis.7 1.5Summary.8 2 2 2 2 ElectricalElectricalElectrical Electrical PrinciplePrinciplePrinciple Principle DesignDesignDesign Design ofofof of ControlControlControl Control SystemSystemSystem System . . . . .10.10.10 .10 2.1Structureof Compression Garbage Truck.10 2.2Working Flowchart Design of GarbageTruck.12 2.3Electrical Principle Design.15 2.4Components Selection.20 2.5Summary.23 3 3 3 3 DesignDesignDesign Design ofofof of InformationInformationInformation Information CollectingCollectingCollecting Collecting System.System.System. System. . . . . . . . . . . . . 242424 24 3.1Introduction of AMESim.24 3.2ForceAnalysis of Actuator.30 3.3Modeling of Executing Agency.36 3.4Simulation and Analysis ofActuator.39 3.5Summary.47 4 4 4 4 ProgramProgramProgram Program DesignDesignDesign Design ofofof of ControlControlControl Control SystemSystemSystem System . . . . . . 484848 48 4.1Introduction of SW0PC-FXGP/WIN-C.48 4.2Program Design of Control System.50 4.3Summary.56 5 5 5 5 ControlControlControl Control SystemSystemSystem System TestTestTest Test ofofof of GarbageGarbageGarbage Garbage TruckTruckTruck Truck . . .57.57.57 .57 5.1Test in Lab.57 5.2Field Debugging.58 5.3Summary.59 6 6 6 6 ConclusionConclusionConclusion Conclusion andandand and ProspectProspectProspect Prospect . . . . . . . . . . .60.60.60 .60 山东科技大学硕士学位论文目录 ThanksThanksThanks Thanks .62.62.62 .62 MainMainMain Main WorkWorkWork Work AchievementAchievementAchievement Achievement ofofof of thethethe the AuthorAuthorAuthor Author duringduringduring during WorkingWorkingWorking Working ononon on MasterMasterMaster Master PapePapePape Pape . . . . . . . . . . .63.63.63 .63 ReferencesReferencesReferences References . . . . .64.64.64 .64 山东科技大学硕士学位论文绪论 1 1 1 1 1 绪论绪论绪论 绪论 1.11.11.1 1.1 引言引言引言 引言 随着社会的发展和不断进步，城市化进程的加快，国民经济的发展和人民生活水平 不断提高,垃圾数量日愈增加。 据统计， 1999年， 全国工业固体废物产生量7.84亿吨，2000 年为8.16亿吨，2001年为8.87亿吨，2002年为9.45亿吨，2003年为10.04亿吨，2004年为12.00 亿吨，2005年为13.4亿吨1。如何有效快速的收集城市垃圾成为人们关心的问题之一。 自上世纪八十年代以来，为适应社会发展的需求，国外各大型专用汽车生产企业纷 纷开发省时、省力、高效的垃圾收集车。主要车型有:敞开式垃圾车、加盖式垃圾车、集 装箱式垃圾车、侧装式垃圾车、后装式垃圾车、活动底板式垃圾车、液压推顶式垃圾车 和拉臂式垃圾车。目前我国在收集垃圾时主要使用以下三种车型:侧装式密封垃圾车、集 装箱摆臂式垃圾车、后装压缩式垃圾车。由于国家法规的制约，敞开式、加盖式垃圾车 不能免除购置附加费，使用成本高，密封性能差，以渐进淘汰；集装箱式车装载利用率 低，存在滴漏污染、垃圾不可压缩的缺陷，已逐渐减少使用。相对于摆臂、侧装等型式 的垃圾车容量小、可压缩性差和容易产生飘、洒、散、漏等二次污染的缺点，后装压缩 式垃圾车具有以下优势: (1)自动装填、垃圾压缩比高、装载量大、降低运输成本，为环卫部门节省了大量的 设备及人员； (2)密闭运输，较好地解决与消除了运输过程中的二次污染问题； (3)垃圾的收集点可随时变更，有很强的灵活性； (4)为优化城市垃圾收运配置和环卫部门责任分区提供了依据和硬件支持； 因此，压缩式垃圾车自然就得到了快速的发展，市场不断扩大，成为收集、运输城 市生活垃圾的理想工具，是城市垃圾车的重要发展方向之一，也是环卫车辆的重要组成 部分，日愈受到环卫部门欢迎。 用户对于压缩式垃圾车的需求主要集中在垃圾收集方式是否简便高效，装载量是否 足够大，压缩比如何，作业自动化、动力性以及环保性能是否良好，密封性和可靠性是 否达到环保的要求等。一款垃圾车能否达到用户的要求，除了取决于垃圾车结构设计之 外，主要取决于垃圾车控制系统的性能。 后装式压缩垃圾车是通过控制系统来完成整个垃圾的压缩和装卸过程，其控制系统 山东科技大学硕士学位论文绪论 2 必然对垃圾车的安全性、可靠性和方便性带来影响。因此，设计高性能的控制系统是设 计人员比较关心的问题。 1. 1. 1. 1. 2 2 2 2 课题的提出及研究意义课题的提出及研究意义课题的提出及研究意义 课题的提出及研究意义 该课题是与中集环境保护有限公