高 娟，王紅格，肖洪濤

（中國(guó)建筑科學(xué)研究院有限公司 建筑機(jī)械化研究分院，河北 廊坊 065000）

導(dǎo)架爬升式工作平臺(tái)是一種通過(guò)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行提升，并通過(guò)導(dǎo)架導(dǎo)向和移動(dòng)的施工設(shè)備，有單導(dǎo)架平臺(tái)與雙導(dǎo)架平臺(tái)兩種形式。相對(duì)于單導(dǎo)架平臺(tái)，雙導(dǎo)架平臺(tái)可作業(yè)面積較大，整機(jī)穩(wěn)定性更強(qiáng)，但雙導(dǎo)架平臺(tái)由兩套驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)同時(shí)驅(qū)動(dòng)運(yùn)行，其在運(yùn)行過(guò)程中，由于機(jī)械誤差、長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行以及頻繁啟停會(huì)導(dǎo)致兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)不同步，經(jīng)常傾斜較大會(huì)影響機(jī)械壽命甚至損壞設(shè)備。目前常規(guī)的做法是傾斜偏差較大時(shí)進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整，既影響施工效率又有安全隱患。

針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了一套用于雙導(dǎo)架平臺(tái)的自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)，通過(guò)采用基于PID算法的位置、速度雙閉環(huán)調(diào)速方法，對(duì)雙導(dǎo)架平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)行速度進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了雙導(dǎo)架平臺(tái)在高精度范圍的自動(dòng)調(diào)平，徹底解決雙導(dǎo)架平臺(tái)運(yùn)行的同步問(wèn)題，大大降低了雙導(dǎo)架平臺(tái)使用中的安全隱患。

1 控制系統(tǒng)組成

該平臺(tái)的控制系統(tǒng)主要由核心控制部分（可編程序邏輯控制器——PLC）、信號(hào)采集與檢測(cè)部分（編碼器）、動(dòng)作執(zhí)行部分（變頻器和電動(dòng)機(jī)）和其他外圍主令控制安全保護(hù)電器元件等等構(gòu)成，系統(tǒng)主要組成如圖1所示。

圖1 工作平臺(tái)控制系統(tǒng)組成

1）核心控制部分PLC作為主控單元，是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，負(fù)責(zé)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行邏輯運(yùn)算，對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行控制運(yùn)算，通過(guò)串行總線(xiàn)與變頻器進(jìn)行通訊，讀取變頻器的狀態(tài)數(shù)據(jù)，并向變頻器發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)和運(yùn)轉(zhuǎn)指令。變頻器根據(jù)編碼器反饋的信號(hào)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，保證系統(tǒng)控制精度。

2）信號(hào)采集與檢測(cè)部分編碼器作為位置檢測(cè)和速度檢測(cè)的部件，負(fù)責(zé)采集每側(cè)導(dǎo)架的位置和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，并將這些信號(hào)傳送給PLC和變頻器。

3）動(dòng)作執(zhí)行部分變頻器通過(guò)速度閉環(huán)對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行速度控制，速度的變化必然引起位置的變化，所以速度閉環(huán)是位置閉環(huán)的基礎(chǔ)，位置的接近無(wú)差則是最終控制目標(biāo)。

2 功能實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)中2個(gè)變頻器同時(shí)速度閉環(huán)驅(qū)動(dòng)2臺(tái)電動(dòng)機(jī)，變頻器分為主變頻器和從變頻器。PLC通過(guò)串行通訊讀取主變頻器側(cè)和從變頻器側(cè)編碼器位置信息，計(jì)算兩側(cè)平臺(tái)的實(shí)際位置，將這兩個(gè)位置之差在PLC內(nèi)部經(jīng)PID算法換算成速度修正值，然后再將這個(gè)速度修正值疊加主變頻器的實(shí)際速度，作為從變頻器的給定速度，通過(guò)串行通信將該速度發(fā)送給從變頻器，并引入S型加減速曲線(xiàn)，以減緩電機(jī)的硬沖擊。當(dāng)平臺(tái)兩側(cè)產(chǎn)生一定的高度差時(shí)，實(shí)時(shí)調(diào)整從變頻器的運(yùn)行速度，減少高度差至可接受范圍內(nèi)，從而保證了平臺(tái)兩側(cè)總是處于要求范圍內(nèi)的水平狀態(tài)。系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

圖2 工作平臺(tái)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

PLC和主變頻器、從變頻器之間采用串行總線(xiàn)通信，當(dāng)由于某種原因（比如編碼器損壞、變頻器故障等）出現(xiàn)自動(dòng)調(diào)平異常，導(dǎo)致傾斜限位動(dòng)作，需要單獨(dú)控制一側(cè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)，可以通過(guò)串行總線(xiàn)關(guān)閉從變頻器的同步和閉環(huán)功能，手動(dòng)調(diào)節(jié)兩側(cè)導(dǎo)架的位置，防止平臺(tái)因傾斜過(guò)度造成結(jié)構(gòu)損壞。另外平臺(tái)底部設(shè)有下行停止限位，頂部設(shè)有上行停止限位，每次下降到底部時(shí)，平臺(tái)都會(huì)觸碰下行停止限位而自動(dòng)調(diào)平，消除累積誤差。工作流程如圖3所示。

在調(diào)試過(guò)程中，根據(jù)實(shí)際情況對(duì)PID的參數(shù)進(jìn)行修改調(diào)整。因?yàn)闄C(jī)械設(shè)備對(duì)于安全性要求很高，只有在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的基礎(chǔ)上進(jìn)行精度的優(yōu)化。做參數(shù)整定時(shí)最好配合變頻器參數(shù)一起進(jìn)行，以設(shè)備可自動(dòng)調(diào)平并且不引起設(shè)備震蕩為目標(biāo)。比例增益不能設(shè)置太大，采樣周期設(shè)置要和實(shí)際運(yùn)行速度結(jié)合起來(lái)。

圖3 工作平臺(tái)控制系統(tǒng)作業(yè)流程圖

3 結(jié) 語(yǔ)

該自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)結(jié)合變頻器速度閉環(huán)控制的高穩(wěn)速精度和PLC的強(qiáng)大控制能力，以位置環(huán)為外環(huán)、速度環(huán)為內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)了雙導(dǎo)架平臺(tái)在高精度范圍的自動(dòng)調(diào)平，徹底解決雙導(dǎo)架平臺(tái)運(yùn)行的位置同步問(wèn)題。某軍工用雙導(dǎo)架平臺(tái)應(yīng)用該自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)控制后，平臺(tái)兩側(cè)在上下運(yùn)行過(guò)程中，偏差不超過(guò)10mm，能充分保證平臺(tái)兩側(cè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)行相對(duì)位置偏差在允許范圍內(nèi)，大大降低了雙導(dǎo)架平臺(tái)使用中的安全隱患。