文章通過對搗固系列泵驅動齒輪箱的脫掛分析，采用PLC 控制解決方案，對泵驅動齒輪箱的脫掛過程進行程序控制設計。引用狀態機程序設計理論，將其控制過程進行狀態劃分、狀態編碼。分析各狀態之間相互轉移條件，采用各狀態時的時間控制解決方案，對泵動齒輪箱在各狀態時脫掛電磁閥控制分析。

　　隨著大型養路機械的發展，各種新型的，更加復雜的養路機械引進和國產化。整車控制機構的不斷增加，要求的液壓泵越來越多，隨之體積也越來越大，因此先前采用的液力變矩器(ZF)上安裝液壓泵的方式已經不再采用。相反在齒輪箱上集中安裝泵的方式也越來越受動力傳動設計師的歡迎。然而隨著控制機構的復雜化、液壓泵也隨之增多，泵驅動齒輪箱體積也隨之增大。為了減少修理的機率，延長齒輪箱壽命。而其中齒輪箱脫掛齒端面的損傷、損壞是導致主齒輪箱重復修理的重要原因。保護齒輪端面不受損壞成了文章研究的主題。因此文章提出了泵驅動齒輪箱脫掛PLC 控制解決方案。

1、泵驅動齒輪箱脫掛原理分析

　　1.1、機械脫掛原理分析

　　現在的大型養路機械中，泵驅動齒輪箱動力傳遞及脫掛機械控制如圖1 所示其中動力傳動主要有兩路組成：一路為發動機→A→液力變矩器。另一路為發動機→A→C→B→液壓泵。圖中C 為內齒輪，在撥叉D 的控制下可左右橫向移動。撥叉D 控制氣缸受風控電磁閥控制，電磁閥D_RPN1s133a 得電, D_RPN1s133b 失電時，內齒輪C 在撥叉D帶動下向右移動進行掛檔。掛到位時接近開關X182 產生。電磁閥D_RPN1s133a 失電,D_RPN1s133b 得電時，內齒輪C 在撥叉D 帶動下向左移動進行脫檔。脫檔到位時接近開關X183 產生。

圖1 泵驅動齒輪箱動力傳遞及脫掛機械控制簡圖

　　1.2、泵驅動齒輪箱脫掛I/O 分配

　　為了清晰闡述PLC 控制下的泵驅動齒輪箱脫掛控制， 將齒輪箱脫掛控制所需用到的變量進行名稱定義、地址分配、數據類型定義。見下表1：

表1 泵驅動齒輪箱脫掛變量表

　　1.3、泵驅動齒輪箱脫掛PLC 硬件設計

　　根據I/O 的統計表，整個脫掛系統共有10 個輸入點，5 個輸出點。經過多種選型方案比較， 決定選用西門子S7-300PLC 緊湊型CPU 作為控制單元，型號：CPU313-2DP，訂貨號：6ES7 313-6CF03-0AB0 完全可以滿足該系統控制要求和以后系統軟硬件升級的要求，硬件配置及控制系統如下圖2。

圖2 硬件配置及控制系統

2、泵驅動齒輪箱脫掛控制理論

　　當泵驅動齒輪箱掛檔條件滿足時， 將齒輪箱脫/掛開關旋到掛檔位。齒輪箱掛檔電磁閥得電開始掛檔，定時器T41 開始定時。T41 時間到，如果掛上，齒輪箱掛檔電磁閥保持得電，直到掛檔條件不滿足或選擇了脫檔。如果T41 時間到仍未掛上，齒輪箱掛檔電磁閥失電，脫檔電磁閥得電。脫檔到位后定時器T42，T43(T43>T42)開始定時，同時產生發動機點動控制信號Q0.2，使發動機曲軸短暫運轉。T42 時間到，復位發動機點動控制信號Q0.2，發動機曲軸停止轉動。T43 定時時間到，掛檔電磁閥又重新得電，再次掛檔。未掛上檔時，重復上述動作。即：未掛上檔→脫開掛檔→復位發動機點動控制信號→再次掛檔，設置為3 次循環后還未掛上時，停止掛檔動作，并輸出掛檔失敗指示M90.3。

3、泵驅動齒輪箱脫掛程序控制設計

　　3.1、脫掛狀態定義及編碼

　　根據齒輪箱掛檔過程，將其按狀態劃分，可分為初始態、掛檔態及脫檔態，狀態編碼如下表2 所示。主齒輪泵脫掛狀態編碼

表2 泵驅動齒輪箱脫掛狀態編碼表

　　為說明表達式的關系，文章所用到的符號“*”定義為邏輯與，符號“+”定義為邏輯或，符號“-”定義為邏輯非.由上表可得出各個狀態表達式：

　　G1A=(-M_gear1)* (-M_gear2) G1B=(-M_gear1)*M_gear2 G1C=M_gear1*(-M_gear2)

　　3.2、脫掛狀態轉移條件分析

　　根據齒輪箱掛檔理論，狀態劃分。分析各狀態轉移情況，由此得出主齒輪泵掛檔狀態轉移圖，如下圖3 所示。

圖3 驅動齒輪箱掛檔狀態轉移圖

　　狀態轉移條件分析：

　　表達式：G1A_G1B=G1A*Work_Ready*Engine_Stillstand*X185*(-X182)

　　*(X180+Engine_Stillstand(N))

　　G1B_G1A=G1B*((-X182)*(-Work_Ready)+X181*X185+(-X184))

　　G1B_G1C=G1B*Pump_Hitch_Delay*(-X182)

　　G1C_G1B=G1C*Pump_Come_Away_Delay

　　G1C_G1A=G1C*((-Work_Ready)+X180+Pump_Failing)

　　3.3、作業啟動準備信號

　　車輛禁止時，關閉前后司機室機械走行鑰匙開關，打開作業電源開關。即作業啟動準備好。

　　表達式：Work_Ready=X185*X184*(-X188)*(-X189)

　　3.4、發動機靜止程控信號

　　如果在10S 內未收到發動機啟動狀態指示信號X186 和發動機運轉狀態指示信號X186 時，復位發動機靜止狀態監測信號(即：發動機處于靜止狀態)。如果發動機在啟動狀態或運轉狀態時，未收到掛檔到位信號，有掛檔開關信號或是收到掛檔到位信號，有了脫檔開關信號，都將發動機靜止狀態監測信號置位。

　　表達式：Engine_Stillstand=(X180* (-X182)+X181*X182)* (X186+X187)

　　T40=(-X186)*(-X187)

　　Engine_Stillstand(N)=Engine_Stillstand 下降沿

　　3.5、發動機點動控制

　　G1C 態， 收到脫檔到位信號X183 時, 發動機點動定時器和脫檔到位定時器開始定時。且在未收到掛檔失敗信號和發動機點動定時器定時未結束時，輸出發動機點動信號。發動機點動定時器定時時間到復位發動機點動信號，發動機停止轉動。為了保證齒輪箱再次掛檔時,確保發動機已停止轉動,脫檔到位后啟動的定時器定時時間要比點動定時器定時時間稍長，定時時間到狀態轉移。

　　表達式：Engine_Jog =G1C*X183* (-Engine_Jog_Delay)* (-Pump_Failing)

　　Engine_Jog_Delay=G1C*X183

　　Pump_Come_Away_Delay=G1C*X183

　　3.6、泵驅動齒輪箱掛檔計數

　　收到掛檔信號，掛檔失敗信號及發動機程控停止任意信號上升沿時，計數位清零。每收到一次發動機點動信號，計數位加1. 計數位的值等于3 時，輸出主齒輪泵掛檔失敗信號。

　　表達式:(X180+Pump_Failing+Engine_Stillstand(N))上跳沿Pump_Hitch_Degree=0;

　　Engine_Jog 上跳沿Pump_Hitch_Degree=Pump_Hitch_Degree+1M90.3=(Pump_Hitch_Degree=3)

　　3.7、泵驅動齒輪箱掛檔閥輸出

　　G1B 態:復位發動機程控停止信號，掛檔閥得電，掛檔定時器開始定時。G1A 態:無脫檔開關信號，收到掛檔到位信號時，掛檔閥得電。掛檔電磁閥得電，收到掛檔到位信號，掛檔成功指示燈亮。

　　表達式：Q0.0=G1B+(G1A*(-X181)*X182)Pump_Hitch_Delay=G1B

　　Q0.3=Q0.0*X182

　　3.8、泵驅動齒輪箱脫檔閥輸出

　　G1C 態：車輛處于禁止狀態時，脫檔閥得電。G1A 態：車輛處于禁止狀態時，收到脫檔開關信號X181，脫檔閥得電。或是在未收到掛檔到位信號X182 下， 沒有脫檔到位信號X183 或作業啟動信號準備好時，脫檔閥也得電。脫檔電磁閥得電，收到脫檔到位信號X183，脫檔成功指示燈亮。

　　表達式：Q0.1 =X185* (G1A* (X181 +(-X182)* ((-X183) +Work_Ready))+G1C)

　　Q0.3=Q0.1*X183

4、結束語

　　主齒輪泵脫掛是大型養路機械動力傳動系統中一個重要組成部分。“合理的、安全的、智能化的”脫掛電氣控制系統及脫掛理論，將大大提高主齒輪箱的壽命。降低主齒輪箱的維修成本，尤其利用PLC 控制方案， 狀態機編程原理及文章中的主齒輪泵脫掛控制理論更能簡單、合理、有效地解決主齒輪箱分配泵離合器脫掛轉換問題。準確描述問題控制過程有助于狀態的合理規劃。狀態劃分、狀態編碼、狀態轉移方式的運用更能使PLC 程序設計合理化、規范化。使問題變得簡單化、清晰化。