基于磁力驱动的物料输送线监控系统设计

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链式输送线作为远距离物料输送技术得到了广泛的应用，其技术发展相对成熟，但链式输送线存在较大缺点 ：能耗高；产量柔性差；需全线润滑，易造成现场滴油污染；运行过程中噪声较大，工作环境不良。针对上述问题，提出了将磁力驱动应用于物料输送线领域的设计方案，该技术为非接触式驱动，噪声低，工作环境良好；能耗低；性能稳定；维护成本低。为了使磁力驱动的物料输送线具有更好的运行性能，设计开发高可靠性的监控系统是其必然要求。

1 磁力驱动器简介与输送线工作原理输送线采用分布式接力驱动，当轨道小车进入某-驱动点时，控制系统检测到轨道小车位置并发出信号使磁力驱动器通电，驱动轨道车运行。当小车进入下-驱动点时，控制系统接通轨道小车所在驱动点的磁力驱动器电源，同时关闭前-磁力驱动器的电源，实现轨道车的接力式运行，以此类推，直至运行到预定的位置。

根据磁力驱动器的工作原理及输送线的特点，构建了基于磁力驱动的物料输送线的试验模型，如图 1所示。

本输送线中，磁力驱动器(如图 2所示)主要由电机、连接在电机上的驱动轮、与轨道小车固联的驱动杆组成。其中所述驱动轮外圆周以队列方图 1 磁 力驱动 输送 线示意图式嵌有-圈永磁体，相邻的永磁体极性相反，并覆盖有保护层；在驱动杆与驱动轮外缘相对的平面上呈队列方式布置永磁体，且相邻永磁体极性相反。

驱动轮的外圆周永磁体与驱动杆上的永磁体问保持-定的距离，使两者之间产生足够强的磁力耦合，电机转动带动驱动轮上的永磁体转动，驱动轮上转动的永磁体产生旋转的磁场，驱动杆上的永磁体受到旋转磁场作用产生向前的作用力，驱动杆被推动，从而驱动轨道车。

整个试验系统由8个磁力驱动器 、16个传感收稿日期：2012-11-l4基金项目：国家 自然科 学基金 资助项 目(51175262)；江苏 省产学研 前瞻项 目(SBY201220116)；江苏省 杰出青年基 金资助项 目(SBK2012101l1)；南京航空航天大学研究生创新基地(实验室)开放基金资助项目(ktj20110218)作者简介：周建华(1988-)，男，湖南娄底人，南京航空航天大学硕士研究生，主要研究方向为磁力驱动机械的设计与仿真。

· 45·2013年第42卷 机械设计与制造工程物料驱动杆轭铁永磁体轭铁动轮图2 物料输送线磁力驱动器结构示意图器、地面和悬挂轨道、地面和空中轨道小车、移载平台及道岔等组成。其中，道岔由电动推杆、小车及两个传感器组成，电动推杆推动小车在两个传感器之间运动，实现轨道的分流。移载平台由步进电机、电动推杆及两个传感器构成，其工作原理是电动推杆驱动X”形剪架，实现载物平台上下方向的运动，步进电机驱动齿轮，通过齿轮与齿条的啮合使载物平台前后移动，通过移载平台可以实现物料在地面轨道小车与悬挂轨道小车之间移载。

整个输送线需要完成的任务是：接收和处理光电位置传感器和金属探测传感器的信号、控制磁力驱动器驱动地面轨道小车和悬挂式轨道小车、控制电动推杆驱动变轨装置、控制步进电机完成移载平台的前后伸缩运动、控制电动推杆完成移载平台上下运动、控制中间换向继电器完成轨道车运行方向的互换。监控系统的功能在于协调上述控制任务，并监视系统的运行状态。

2 监控系统的硬件设计监控系统采用主从式结构，通过控制电路组成运行过程控制系统和实时监视系统 ]，其监控系统总体结构如图3所示，上位机采用 Pc机，主要完成监控系统相关程序的开发与调试；下位机采用功能强大、可靠性高、维护方便、配置灵活、编程方便的可编程控制器(PLC)，实现传感器信号的采集和处理，控制磁力驱动器、道岔和移载平台的运动顺序和方向，并与触摸屏进行通信；触摸屏主要实现对输送线的控制操作，并实时显示输送线的运行状态。

本系统硬件 主要 由可编程控制器 S7-200PLC和触摸屏 MP 277组成，软件包括组态软件 SI。

MAITIC WinCC和PLC编程软件 STEP 7 MicroWINV4.0。PLC与Pc机和触摸屏之间分别通过 PPI协议、PROFIBUS协议进行通信。PLC控制程序和触摸屏组态程序分别用 STEP 7和 WinCC flexible· 46·软件进行设计 。

图3 控制系统结构框图3 监控系统设计3.1 可编程控制器程序设计基于可编程控制器(PLC)完成系统的顺序控制，其主要作用是：(1)采集和处理轨道小车、道岔、移载平台的位置信号等；(2)对驱动点进行分布式供电，并控制轨道小车的正反运行；(3)与触摸屏通信，实现输送线运行控制和检测。

根据系统工作原理，PLC接口电路原理如图4所示，PPI接口实现 PLC与 Pc机的通信，完成 PLC程序的下载；PROFIBUS接口实现 PLC与触摸屏之间的通信，完成对物料输送线的控制和实时监测 。

根据输入、输出信号的数量和属性编制了 PLC的I/O口的分配表，为实现触摸屏的监控功能，同时给触摸屏程序中相关器件和按钮分配了触摸屏的地址，见表 1。