榆林職業(yè)技術(shù)學(xué)院 高勇

1 高空作業(yè)車的構(gòu)成

在現(xiàn)有的建筑領(lǐng)域中，高空作業(yè)車大多由一般動(dòng)力系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向裝置、行走裝置、回轉(zhuǎn)裝置、作業(yè)斗橫向擺動(dòng)裝置、伸縮臂變幅裝置、操作裝置、作業(yè)斗自動(dòng)調(diào)平裝置和安全裝置等結(jié)構(gòu)構(gòu)成。在操作方式上，現(xiàn)有的高空作業(yè)車通常有總臺(tái)控制、地面控制和吊籃控制三種操作方式。其中總臺(tái)控制主要是控制動(dòng)力的啟動(dòng)與停止，對(duì)吊籃的手動(dòng)調(diào)節(jié)以及對(duì)地面控制和吊籃控制的選擇。同時(shí)還具備一些檢測(cè)指示，用以保證高空作業(yè)車的平穩(wěn)運(yùn)行。相較于總臺(tái)控制而言，地面控制設(shè)置有急停按鈕，當(dāng)高空作業(yè)車發(fā)生意外時(shí)，只要按下緊急制動(dòng)按鈕，高空作業(yè)車就會(huì)停止作業(yè)，大多用以保證施工安全。吊籃控制主要針對(duì)于高空作業(yè)車吊籃的上下運(yùn)行。

目前，高空作業(yè)車需要實(shí)現(xiàn)的功能有行走、主體回轉(zhuǎn)、支腿升降、大臂的提升與下降、大臂的伸縮、小臂的提升與下降、吊籃的旋轉(zhuǎn)等。這些功能在目前的高空作業(yè)車中都能夠?qū)崿F(xiàn)，在運(yùn)行過(guò)程中也能夠較為順利地完成施工任務(wù)，對(duì)施工的安全程度也有一定的保障。其中關(guān)于高空作業(yè)車的方向控制，例如吊籃的旋轉(zhuǎn)、大臂的上升與下降、支腳動(dòng)作等，都需要運(yùn)用電子閥來(lái)控制。

2 高空作業(yè)車的液壓系統(tǒng)原理

圖1 是能夠自行伸縮的臂式支柱性高空作業(yè)平臺(tái)的液壓系統(tǒng)原理圖。由圖可知，液壓系統(tǒng)是由上車液壓系統(tǒng)和下車液壓系統(tǒng)共同組成的，兩個(gè)液壓系統(tǒng)之間由回轉(zhuǎn)頭連接，帶油泵的發(fā)動(dòng)機(jī)則是液壓系統(tǒng)的主要?jiǎng)恿ΑＦ渲猩弦簤合到y(tǒng)主要是由工作臂變幅和伸縮系統(tǒng)、整車回轉(zhuǎn)系統(tǒng)、吊籃調(diào)平系統(tǒng)和吊籃旋轉(zhuǎn)等系統(tǒng)組成，而下車液壓系統(tǒng)則是由行走系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、支腿動(dòng)作系統(tǒng)組成。

圖1 液壓原理圖

3 PLC的型號(hào)選擇

3.1 PLC型號(hào)選擇

PLC控制系統(tǒng)在傳統(tǒng)控制器的基礎(chǔ)上引入了微電子技術(shù)計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)以及通訊技術(shù)而形成的新型工業(yè)裝置，主要是為了取代繼電器，并實(shí)現(xiàn)執(zhí)行邏輯，計(jì)時(shí)和計(jì)數(shù)的簡(jiǎn)單控制功能。PLC能夠有效建立遠(yuǎn)程控制體系，并具有通用性較強(qiáng)、使用便捷、適應(yīng)范圍較廣、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，在編程內(nèi)容上也較為簡(jiǎn)單。

PCL在高空作業(yè)車的使用中，主要是以微處理器為核心，融合了自動(dòng)控制技術(shù)，微型計(jì)算機(jī)技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等，是目前在建筑領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的工業(yè)自動(dòng)化裝置。在對(duì)PLC編程硬件的選擇上，主要選取了西門子公司的S7-200可編程控制器，相較于其他的可編程控制器而言，S7-200具有形態(tài)小、適用范圍廣的特點(diǎn)，能夠有效適用于各種場(chǎng)合的材料檢測(cè)，以及控制自動(dòng)化的需要。除此之外，PCL的硬件設(shè)施主要由中央處理器、輸入單元、存儲(chǔ)器、輸出單元、擴(kuò)展接口、通信接口、電源等部分組成。

3.2 CPU的選擇

CPU作為PCL運(yùn)行的基礎(chǔ)，在選擇CPU時(shí)要兼顧PCL的工作任務(wù)以及工作強(qiáng)度，充分保證PCL的有效運(yùn)行。因此，我們對(duì)CPU選擇SIMATICS7-200CPU226模塊。

CPU226優(yōu)點(diǎn)在于能夠集成24輸入/16輸出共40個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)。能夠連接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大甚至可以擴(kuò)展至248路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn)。13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。6個(gè)獨(dú)立的30kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器，2個(gè)RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。

4 高空作業(yè)車的控制系統(tǒng)

電氣控制系統(tǒng)是高空作業(yè)車的主要控制系統(tǒng)，具體操作方式是將高空作業(yè)平臺(tái)檢測(cè)到的裝置信號(hào)輸入至系統(tǒng)內(nèi)，經(jīng)過(guò)中心處理器處理后，輸出到相應(yīng)的繼電器線圈作為不同部件動(dòng)作的約束條件或者是指令條件。因此，電氣系統(tǒng)的有效運(yùn)行是高空作業(yè)車平臺(tái)安全運(yùn)營(yíng)的有力保障。

4.1 電氣控制系統(tǒng)的安全監(jiān)測(cè)要求

安全監(jiān)測(cè)過(guò)程是為了檢測(cè)各個(gè)部件的功能是否能夠正常運(yùn)行，并將檢測(cè)結(jié)果及時(shí)反饋到專業(yè)的操作人員處，使操作人員能夠及時(shí)解決可能出現(xiàn)的問(wèn)題或者進(jìn)行人工操作，避免高空作業(yè)車出現(xiàn)運(yùn)行問(wèn)題。

在本次檢測(cè)中，主要的檢測(cè)部件有：支腿、車身、大臂、小臂、吊籃。主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容有：

支腿：通過(guò)壓力傳感器檢測(cè)支腿是否出現(xiàn)失穩(wěn)情況，主要檢測(cè)方式是微動(dòng)開(kāi)關(guān)，使支腿空撐進(jìn)行檢測(cè)。

車體：車體檢測(cè)主要是通過(guò)IDXY雙軸傾角傳感器來(lái)檢測(cè)車體的傾斜程度，或者通過(guò)行程開(kāi)關(guān)來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)臺(tái)復(fù)位檢測(cè)。

大臂：通過(guò)行程開(kāi)關(guān)來(lái)進(jìn)行大臂復(fù)位檢測(cè)，或者可以通過(guò)長(zhǎng)角度傳感器來(lái)測(cè)量大臂的伸出量和角度。

吊籃：吊籃的傾斜程度主要是由單軸傾角傳感器檢測(cè)，吊籃的載重多少則是由力傳感器檢測(cè)。最后防撞檢測(cè)是通過(guò)專有的防撞開(kāi)關(guān)進(jìn)行檢測(cè)的。

圖2 檢測(cè)裝置分布圖

4.2 電氣控制系統(tǒng)方案

在上文中我們?cè)敿?xì)敘述了高空作業(yè)車各個(gè)部件的功能和局限性，并對(duì)不同部位的安全監(jiān)測(cè)方式做了較為詳細(xì)的闡述。由此我們可知，目前高空作業(yè)平臺(tái)的最大特點(diǎn)是作業(yè)頻率不高，承載能力較小，但同時(shí)對(duì)高空作業(yè)車的自動(dòng)化程度、安全性以及可靠性要求較高。因此，我們?cè)谠O(shè)計(jì)相關(guān)的可控制編程器是需要提高控制系統(tǒng)的抗干擾能力以及可靠性，從而提高可控制編程的適用性。本文對(duì)可控制編程主要采用邏輯控制的方式，使得高空作業(yè)車能夠在各部件完成安全監(jiān)測(cè)的同時(shí)，處于一個(gè)穩(wěn)定可靠安全的環(huán)境，并能夠有效運(yùn)行。如圖3所示。從圖3中我們可以看到，本文的可控制編程設(shè)計(jì)主要是由以下幾大部分構(gòu)成：

圖3 蜘蛛式高空作業(yè)車電氣控制結(jié)構(gòu)圖

地面控制面板的操作；動(dòng)力的啟停；支腿、車身、大臂、小臂、吊籃的檢測(cè)。

地面控制面板的操作；吊籃控制面板的操作；S7-200；作業(yè)車的上下車的操作。

5 結(jié)論

本文所設(shè)計(jì)的可控制編程系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了電氣控制的基本功能。當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕之后，機(jī)器啟動(dòng)，控制電路接通。并以此輸入命令就可以實(shí)現(xiàn)車輛的行走，包括高空作業(yè)車的左右轉(zhuǎn)向和前后行走，對(duì)大臂動(dòng)作的控制則體現(xiàn)在大臂的升降與伸縮方面，小臂動(dòng)作則主要包括小臂的提升和下降，吊籃則是吊籃的旋轉(zhuǎn)和調(diào)平。除此之外，該可控制編程還能夠?qū)崿F(xiàn)不同信號(hào)的檢測(cè)，例如對(duì)吊籃的稱重、調(diào)平、防撞；對(duì)支腿和底盤平衡的檢測(cè)等，都能夠?qū)Ω呖兆鳂I(yè)車的操作功能進(jìn)行模仿。