趙志華 劉玉敏 姚建紅

(東北石油大學(xué)電氣信息工程學(xué)院，黑龍江 大慶 163318)

基于PLC的高空作業(yè)車自動(dòng)調(diào)平控制系統(tǒng)

趙志華 劉玉敏 姚建紅

(東北石油大學(xué)電氣信息工程學(xué)院，黑龍江 大慶 163318)

以S7-200 PLC為主控器件，設(shè)計(jì)了一種高空作業(yè)車自動(dòng)調(diào)平控制系統(tǒng)。給出系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作原理、硬件組成、控制程序流程與梯形圖。仿真結(jié)果表明：該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高空作業(yè)車自動(dòng)調(diào)平、上升桿位移控制和作業(yè)平臺(tái)上升速度控制的功能；作業(yè)平臺(tái)水平傾角可消除水平誤差，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制調(diào)平。

自動(dòng)調(diào)平控制系統(tǒng) 高空作業(yè)車 PLC 上升桿位移控制 上升速度控制

高空作業(yè)車是用來(lái)運(yùn)送工作人員和工作裝備到指定高度進(jìn)行作業(yè)的特種車輛，是將高空作業(yè)裝置安裝在汽車底盤上組成的，現(xiàn)廣泛應(yīng)用于船舶、建筑、消防及港口貨運(yùn)等行業(yè)中[1]。隨著城市化進(jìn)程的加快，城市電力、市政建設(shè)及裝飾物等各種養(yǎng)護(hù)作業(yè)需要大量的高空作業(yè)裝備，利用高空作業(yè)車可以大幅提高工作效率，所以高空作業(yè)平臺(tái)有著廣闊的發(fā)展前景。隨著高空作業(yè)領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，對(duì)高空作業(yè)平臺(tái)的操作平順程度、工作穩(wěn)定性、自動(dòng)調(diào)速效果及安全可靠性等方面的要求也越來(lái)越高[2]。為此，筆者基于PLC設(shè)計(jì)了一套高空作業(yè)車自動(dòng)調(diào)平控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)高空作業(yè)車自動(dòng)調(diào)平、上升桿位移控制和作業(yè)平臺(tái)上升速度控制的功能，提高高空作業(yè)車的操作穩(wěn)定性與可靠性。

1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理

高空作業(yè)車自動(dòng)調(diào)平控制系統(tǒng)(圖1)采用閉環(huán)恒值控制。高空作業(yè)車的作業(yè)平臺(tái)為被控對(duì)象，作業(yè)平臺(tái)的水平傾斜角是被控量。比較元件和反饋元件為雙軸傾角傳感器，用于檢測(cè)作業(yè)平臺(tái)X軸(縱向)和Y軸(橫向)的水平狀態(tài)。支承作業(yè)平臺(tái)的5個(gè)液壓缸是執(zhí)行機(jī)構(gòu)，高空作業(yè)平臺(tái)有5條支腿，分別用5個(gè)執(zhí)行元件控制其高度，以調(diào)整平臺(tái)的水平度，保證平臺(tái)的穩(wěn)定性?？刂圃砂惭b在液壓控制回路上的與支承作業(yè)平臺(tái)液壓缸相連的5個(gè)電磁閥組成。

圖1 高空作業(yè)車自動(dòng)調(diào)平控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

高空作業(yè)車自動(dòng)調(diào)平控制系統(tǒng)的工作原理如圖2所示。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入自動(dòng)調(diào)平程序后[3]，雙軸傾角傳感器分別檢測(cè)作業(yè)平臺(tái)x軸和y軸方向的水平狀態(tài)，并將檢測(cè)信號(hào)傳回PLC，然后將該信號(hào)與PLC中的給定值進(jìn)行比較，當(dāng)誤差值超出允許值后，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)，經(jīng)放大電路傳給PLC，PLC根據(jù)預(yù)先設(shè)定的調(diào)平程序輸出控制信號(hào)，傳給控制5個(gè)柱塞式支承油缸動(dòng)作的電磁閥，閥相應(yīng)地開啟或關(guān)閉，支承油缸就會(huì)在油泵液壓動(dòng)力或車身重力的作用下，產(chǎn)生向上或向下的位移量，從而帶動(dòng)作業(yè)平臺(tái)水平傾斜角向著相反的方向改變，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)消除水平誤差的目的[4]。當(dāng)誤差信號(hào)達(dá)到指定的誤差范圍時(shí)，PLC發(fā)出停止命令。經(jīng)過雙軸傾角傳感器的多次檢測(cè)和PLC的控制調(diào)節(jié)，最終達(dá)到高空作業(yè)車車身自動(dòng)調(diào)平的目的，且調(diào)平結(jié)束后保持此平衡穩(wěn)定的狀態(tài)。

圖2 高空作業(yè)車自動(dòng)調(diào)平控制系統(tǒng)的工作原理

2 系統(tǒng)硬件部分

高空作業(yè)車自動(dòng)調(diào)平控制系統(tǒng)的硬件部分主要由S7-200 PLC、調(diào)平支腿、開始按鈕、停止按鈕、撤回按鈕、位置開關(guān)、電磁閥及雙軸傾角傳感器等組成。

依據(jù)PLC型號(hào)和I/O分配表設(shè)計(jì)的系統(tǒng)外部接線[5]如圖3所示，共有11個(gè)輸入(啟動(dòng)、停止、撤回、各支腿的輸入開關(guān)以及傳感器的x軸和y軸模擬信號(hào)輸入)和8個(gè)輸出(各支腿上的電磁閥所對(duì)應(yīng)的下降和撤回繼電器)。

圖3 高空作業(yè)車自動(dòng)調(diào)平控制系統(tǒng)外部接線

3 系統(tǒng)軟件部分

3.1系統(tǒng)程序流程

高空作業(yè)車自動(dòng)調(diào)平工作流程如圖4所示。先讀入前、后腿傾斜角的值，若不符合精度要求則判斷前、后腿的高低并通過電磁閥來(lái)進(jìn)行調(diào)平，直到達(dá)到系統(tǒng)精度要求再繼續(xù)執(zhí)行其他程序；若x軸符合精度要求則繼續(xù)讀入左、右傾斜角值(即y軸方向上的傾斜角值)[6]；若不符合精度要求則判斷左、右支腿的高低并通過電磁閥對(duì)低支腿升高調(diào)平，直到達(dá)到系統(tǒng)要求再繼續(xù)執(zhí)行其他程序；若y軸方向的值符合精度要求則結(jié)束自動(dòng)調(diào)平程序。

圖4 高空作業(yè)車自動(dòng)調(diào)平工作流程

圖5為高空作業(yè)車位移控制流程，通過對(duì)高空作業(yè)車的一段、二段杠進(jìn)行位移高度控制，保證高空作業(yè)車的作業(yè)平臺(tái)與地面高度保持安全位置，實(shí)現(xiàn)位移的自動(dòng)控制[7]。圖6為高空作業(yè)車平臺(tái)上升速度控制流程，通過對(duì)作業(yè)平臺(tái)上升速度的控制可以有效避免速度不穩(wěn)定帶來(lái)的安全隱患。

圖5 高空作業(yè)車位移控制流程

圖6 高空作業(yè)車平臺(tái)上升速度控制流程

3.2控制系統(tǒng)梯形圖

3.2.1高空作業(yè)車調(diào)平系統(tǒng)總控制

高空作業(yè)車調(diào)平系統(tǒng)總控制梯形圖如圖7所示。點(diǎn)擊I0.0開始運(yùn)行高空作業(yè)車調(diào)平系統(tǒng)，Q0.0～Q0.3分別代表作業(yè)車的前、后、左、右支腿，控制系統(tǒng)接通后4個(gè)支腿上電，且亮燈顯示。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)緊急狀況時(shí)，可點(diǎn)擊I0.1按鈕對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行停止送電，保證系統(tǒng)操作的安全性。M0.0表示控制系統(tǒng)自鎖保護(hù)。

圖7 高空作業(yè)車調(diào)平系統(tǒng)總控制梯形圖

3.2.2高空作業(yè)車一、二段杠位移控制

高空作業(yè)車一段杠位移控制梯形圖如圖8所示。點(diǎn)擊I0.7啟動(dòng)開關(guān)，一段位移控制開始，通過T37計(jì)時(shí)控制臂桿上升的位移高度，點(diǎn)擊I1.0停止上升，此時(shí)Q0.5得電表示一段臂桿上升位移控制結(jié)束。

圖8 高空作業(yè)車一段杠位移控制梯形圖

高空作業(yè)車二段杠位移控制梯形圖如圖9所示。點(diǎn)擊I1.1啟動(dòng)開關(guān)，二段位移控制開始，通過T38計(jì)時(shí)控制臂桿上升的位移高度，點(diǎn)擊I1.2停止上升，此時(shí)Q0.6得電表示二段臂桿上升位移控制結(jié)束。

圖9 高空作業(yè)車二段杠位移控制梯形圖

3.2.3作業(yè)平臺(tái)上升速度控制

作業(yè)平臺(tái)上升速度控制梯形圖如圖10所示。點(diǎn)擊I1.3啟動(dòng)按鈕，高空作業(yè)車作業(yè)平臺(tái)上升速度控制開始，通過計(jì)數(shù)器C0來(lái)進(jìn)行速度控制。當(dāng)速度過快時(shí)Q0.7(超速提醒燈)得電，當(dāng)超速嚴(yán)重時(shí)Q1.0得電，作業(yè)平臺(tái)停止上升，以保證工作人員的安全。

圖10 作業(yè)平臺(tái)上升速度控制梯形圖

4 仿真

對(duì)在S7-200 Step7-Micro/Win V4.0編程軟件中繪制的梯形圖進(jìn)行編譯，并把編譯后的程序?qū)С鲆訟WI格式保存在桌面。使用S7-200仿真軟件裝載程序，同時(shí)將以AWI格式導(dǎo)出的文件裝載。

圖11為高空作業(yè)車作業(yè)平臺(tái)上升速度控制仿真圖。按下啟動(dòng)按鈕，接通I0.0、I0.2、I0.3、I0.4、I0.5、I0.6、I0.7、I1.1、I1.3，Q0.2、Q0.3得電證明前、后腿調(diào)平完畢，Q0.3、Q0.4得電證明左、右腿調(diào)平完畢。

圖11 高空作業(yè)車作業(yè)平臺(tái)上升速度控制仿真

5 結(jié)束語(yǔ)

筆者設(shè)計(jì)的基于PLC的高空作業(yè)車自動(dòng)調(diào)平控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了高空作業(yè)車調(diào)平控制、上升桿位移控制及作業(yè)平臺(tái)上升速度控制等功能，能夠按照預(yù)期目標(biāo)正常運(yùn)行。系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性進(jìn)行了充分考慮，并加入了保護(hù)措施，以消除可能存在的事故隱患。高空作業(yè)車自動(dòng)調(diào)平控制系統(tǒng)控制、操作簡(jiǎn)單，使工作人員能夠在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行高空作業(yè)，且高空作業(yè)車的性能更加穩(wěn)定、可靠。

[1] 趙靜一,安東亮,程斐,等.JHP26型高空作業(yè)車液壓控制系統(tǒng)研究[J].機(jī)床與液壓,2010,38(13):99～102.

[2] 段晨東,王小波,薛小慶,等.基于PCD控制器的高空作業(yè)平臺(tái)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].建筑機(jī)械化,2012,33(2):50～53.

[3] 王蒙軍.基于PLC的純水高壓泵串級(jí)變頻控制[J].化工自動(dòng)化及儀表,2013,40(5):646～647.

[4] 譚青,傅可明.自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)在防空火炮中的應(yīng)用[J].兵工自動(dòng)化,2004,23(4):10～11.

[5] 孟凡芹,朱煥勤,耿光輝.PLC控制油封供油裝置的研制[J].化工機(jī)械,2011,38(2):220～221.

[6] 強(qiáng)寶民,趙典,劉陳,等.基于PLC與變頻器的智能起重機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].化工自動(dòng)化及儀表,2013,40(6):787～791.

[7] 胥軍,李剛炎,王鵬飛,等.折臂式高空作業(yè)車臂架變幅控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].工程機(jī)械,2012,43(10):49～53.

(Continued on Page 826)

ControlSystemforAuto-levelingofOverheadWorkingTrucksBasedonPLC

ZHAO Zhi-hua, LIU Yu-min,YAO Jian-hong

(SchoolofElectricalEngineeringandInformation,NortheastPetroleumUniversity,Daqing163318,China)

The S7-200 PLC-based auto-leveling control system for overhead working trucks was designed and the system hardware structure, working principle, control program and ladder diagram were presented. The simulation result shows that this control system can level overhead trucks automatically, realizes rising-stem

2016-02-02(修改稿)

黑龍江省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(F201404)

TH862

A

1000-3932(2016)08-0805-05