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1、电气中级职称论文电气工程师职称论文蜘蛛式高空作业平台的电气电气中级职称论文电气工程师职称论文蜘蛛式高空作业平台的电气控制控制doc 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查看。电气中级职称论文电气工程师职称论文:蜘蛛式高空作业平台的电气控制系统设计研究摘要： 摘要：在分析蜘蛛式高空作业平台的使用功能和特点的基础上，蜘蛛 式高空作业平台电气控制系统采用 PLc 控制器。 为了确保工作过程的 安全性和可靠性，对重要参数的检测采用了冗余设计，并在硬件和控 制软件设计中采用了必要的可靠性措施，以保证每次操纵的正确性， 最大限度地避免误操-作的发生，实现安全、便捷
2、、高效的使用要求。 关键词： 关键词：高空作业平台，蜘蛛式;电气控制系统;安全性，可靠性 1 引言 高空作业平台有单桅柱式、 双桅柱式、 车载剪叉式、 剪叉自行式、 臂架式、蜘蛛式等多种形式，其中蜘蛛式高空作业平台是因其 4 条支 腿放置地面后形似蜘蛛腿而得名， 其外型美观、 操作方便、 安全可靠、 灵活机动、 工作区间大， 在国外广泛用于建筑施工与设备安装及维护、风电设备安装、造船等领域l。目前，我国高空作业平台大高度产品 和特殊产品，如蜘蛛式大高度作业平台、自行式高空作业平台依然以 进口为主z。不同于其他工程机械，高空作业平台的作业频率不高， 负荷较小，但对安全性、可靠性要求较高，因此，在
3、稳定可靠的机械 和 液 压 系 统 基 础 上 ， 其 电 气 控 制 系 统 尤 为 重 要 。2 蜘蛛式高空作业平台工作原理 蜘蛛式高空作业平台的结构如图 1 所示， 在结构上可分为上车和 下车两部分，上车包括大臂、小臂和吊篮，下车包括支腿、底盘、转 台和行走装置，作业平台包括以下动作:支腿调节、行走、转向、转 台回转、大臂伸缩、大臂变幅、小臂变幅、吊篮调平、吊篮旋转等。液压系统图如图 2 所示。 高空作业平台液压系统以交流电机提供动力， 通过控制阀改变液压油 的流向、速度和流量，推动液压缸做出不同行程、不同方向的动作， 完成各种不同的动作需求。表 1 列出了各个动作与阀的逻辑关系。其 中
4、，+”表示电磁阀线圈得电，用“ ”表示比例调节阀工作。其 中 YVZ 为比例阀， 液压系统工作时， 通过 YVZ 调节系统流量以改变 动作速度，此时: l)当 YV10 得电，电磁阀 YVg/YV10 处于上位，可以进行上车动 作 的 操 纵 ， 通 过 控 制 电 磁阀 YV20、YVZI 操纵大臂伸缩，通过控制电磁阀 YV18、YV19 操纵 大臂上、下变幅，通过控制电磁阀 YV16、YV17 操纵转台左、右旋 转; 2)当 YVg 得电，电磁阀 YVg/YV10 处于上位，可以进行支腿调 节 ， 通 过 控 制 电 磁 阀 YV22/YV23 、 YV24/YV25 、 YV26/YV2
5、7 、YV28/YV29 分别操纵 4 个支腿打开和收回; 3)通过控制 YVll/YV12 操纵蜘蛛车向前、 向后运动， 在此状态下， 控制 YV 巧实现油路的串并转换，实现行走速度的快慢转换; 4)通过控制 YV13/YV14 操纵蜘蛛车车轮左、右转向。 在进行以上动作时，电磁阀 YVI 得电处于右位使双泵合流，可 加快动作的速度。电磁阀 YVI 失电处于左位，通过控制电磁阀 YV3、 YV4 操纵吊篮手动调平，通过控制电磁阀 YV7、YVS 操纵小臂上下 变幅，通过控制电磁阀 YVS、YV6 操纵吊篮顺时针/逆时针旋转。 当车体处于水平状态时，通过操作转台可驱动上车旋转。蜘蛛车 有 4
6、个支腿，每个支腿可以独立调节。进行支腿调节时，要求如下: 完全停车;大臂完全收回并位于机器的中心轴线上;转台的方向 与机器的行走方向一致。 行走操作时， 要求支腿收回且大臂完全落下并位于机器的中心轴 线上。行走包括转向和行走两级调速。工作臂动作包括大臂的变幅与 伸缩、小臂的提升与下降。工作臂的活动范围应满足其工作曲线的限 制，如图 3 所示。吊篮的动作包括吊篮调平和回转。在吊篮底部安装了水平/倾斜 角传感器和称重传感器，当吊篮的倾斜角超过 5时，蜘蛛车所有的 动作停止。当吊篮倾斜超过 l一 1.5时，自动调节启动。当吊篮 超载时，停止大臂和吊篮所有动作。 3 蜘蛛式高空作业平台电气控制系统设计
7、 蜘蛛式高空作业平台采用 220V 交流电源供电，一部分通过液压 泵为液压系统提供动力，另一部分为电气控制系统提供动力，用于实 现动作调速、发动机启停、吊篮回转及调平等功能，同时实现幅度限 制、支腿状态检测及调平、上下车互锁、极限位置报警、急停及应急 恢复等安全保护功能。3.1 控制台 出于使用安全和操作方便的考虑，高空作业平台设置 3 个控制 台，即远程控制、本机控制、吊篮控制。 l)本机控制位于蜘蛛车车体上，设置了蜘蛛车启动、远程和吊篮 操作控制选择、吊篮手动调平、 急停等操作按钮， 以及支腿空撑状态、 失衡、失稳、大臂工作范围越限、蜘蛛车车体倾斜、吊篮倾斜、大臂 归位等报警指示。 2)远
8、程控制通过一个独立的、可移动的便携式操作盒实现，远程 操作面板主要用于控制行走和支腿动作，包括支腿的提升下降、机器 的左右转向、行走及行走二级速度选择、急停等操作按钮，以及过载 失稳、大臂工作范围越限、支腿空撑状态、大臂工作范围越限、大臂 归位等报警指示。 3)吊篮操作控制设置在吊篮上，吊篮是蜘蛛车的工作平台，吊篮 操作包括大臂伸缩、大臂变幅、转台回转、小臂变幅、吊篮调平和急 停等，同时还设置了车体倾斜、吊篮倾斜、大臂工作范围越限及支腿 空撑及失衡等状态报警。在任何情况下，3 个操作台只能有一个处于 操作状态。 3.2 安全保护装置 为了检测支腿是否空撑和失衡在每个支腿上安装了一个微动开 关和
9、一个压力传感器，当支腿离地或失去压力时，微动开关的状态和 压力传感器输出会发生变化。当支腿伸长时，禁止移动大臂。当 4 个支腿中有一个支腿离地(微动开关动作)，空撑报警并禁止大臂落下和 伸出。当 4 个支腿中有 2 个以上的支腿压力下降时，支腿失衡报警; 此时，电源切断，大臂不能降落和伸出。只有在大臂降低并且旋转到 对中位置时，允许调节支腿。另外，当支腿收起、大臂完全收回、转 台对中时，才可以使蜘蛛车行走。 在大臂上设置了长度/角度传感器，用来测量大臂的仰角和伸出 的长度，在额定载荷下，当大臂的工作曲线超过了规定的范围时，停 止大臂和吊篮的所有动作。为了保证安全，长度/角度传感器选用冗 余的
10、2 路长度/角度传感器。当大臂的动作伸出范围超过规定的限位 值时，报警并终止其他动作。 在工作过程中，要求保持水平，不能超载，设计时选用电液自动 调平系统。当吊篮倾斜角度在水平位置士 5。范围之内，通过自动调 平系统调平，当吊篮处于倾斜状态时，自动调平系统自动切断所有的 动作;当吊篮倾斜超过 5。 报警并禁止吊篮旋转和小臂的提升下降， 时， 可以通过手动调平措施使吊篮回到自动调平的范围内。 在系统中，为了检测蜘蛛车的工作状态，设置了如下检测元件: 每个支腿各设置 1 个用于检测支脚失稳的压力传感器和 1 个检测支腿 空撑的微动开关;在蜘蛛车车体上设置 1 个双轴倾角传感器，以测量 车体的倾斜程
11、度，1 个用于检测转台对中的行程开关，1 个检测大臂 收回并落下的行程开关。另外，1 个双通道长度角度传感器用于检测 大臂伸出量和角度，以进行工作区间的计算;在吊篮部分，设置 1 个单轴倾角传感器检测吊篮的倾斜程度，l 个称重传感器检测吊篮的载 荷，选择超声波传感器作为防撞检测开关，当被测范围内有物体时， 给出报警信号。在工作过程中，为了使高空作业平台能在安全有效的 状态下运行，并能对异常状态进行及时的报警和处理，在设计时采取 了如下措施。 1)3 个操作控制面板上都设有急停按钮及相应的报警器，一旦发 生异常情况，报警器报警，急停按钮按下时，所有动作立刻停止。 2)支腿状态报警指示:当支腿没有
12、完全放置地面或者支腿上的压 力不平衡时，均有对应的指示灯进行报警指示。 3)机器不稳定报警指示:当蜘蛛车底盘不平衡时， 报警并停止上车 动作。 4)大臂幅度限制指示:当大臂的动作幅度超过了工作曲线所设定 的范围，则报警并终止大臂的动作。 5)吊篮载荷指示报警:当吊篮超载时，报警灯亮并停止吊篮动作。 6)防碰撞报警:当吊篮接近障碍物，报警并停止转台旋转和大臂、 小臂的动作，同时，禁止吊篮的调平和旋转动作。 7)当支腿未伸到位置、下车未达到水平状态时，则禁止上车的动 作;当上车工作时，禁止支腿的动作。 3.3 整机控制系统 根据以上分析，综合操作开关按钮和状态检测开关信号，系统需 要检测的开关量为
13、 47 个，综合报警、电磁阀线圈以及其他控制开关量，系统需要输出的开关量 33 个，另外，需要检测的模拟量 5 路。 综合上述因素，选用西门子 57 一 200 系列 PLC 作为控制核心。57 一 200 系列 PLC 是 SIEMENS 公司的一种小型 PLC，结构紧凑，扩 展性好，性价比高，是小型控制工程的理想控制器s，4。为了满足 蜘蛛车的控制需求，PLC 控制器配置如下:CPU 单元为 CPU226，它 由 24 个开关量输人、16 个开关量输出，3 块 EM221 开关量扩展模块 (8 路 DI)， 块 EM222 开关量输出模块(8 路， 2 继电器输出)、块 EM223 l 开
14、关量输人/输出模块(4 路 Dl/4 路 DO)，2 块 EM231 模拟量输人(Al) 扩 展 模 块 (4 路 12 位 模 拟 量 输 人 ) 。蜘蛛车控制系统如图 4 所示。为了确保蜘蛛车工作的安全性，在设计 时，所有由 PLC 程序综合产生的动作限制约束条件，除了直接在程 序中引用之外，同时由 PLC 输出到中间继电器，用其可见触点再连 接到相关的硬件电路中，以确保操纵的正确性。另外，所有操作面板 上与动作有关的操纵信号，不论是直接操纵执行机构的操纵杆，还是间接控制的开关、按钮，其状态均引人 PLC，参与约束条件的逻辑运 算，采取了软件、硬件相互制约的方法，以避免失误操纵。控制软件
15、的 流 程 图 如 图 5 所 示 。4 结束语 蜘蛛式高空作业平台是一种新型、多用途的工程机械设备，本文 在研究和分析其工作原理和使用功能的基础上，采用 PLC 为核心控 制器设计了控制系统，实现了其使用功能。为了确保工作过程的安全 性和可靠性，在系统设计时，对重要参数的检测采用了冗余设计，另 外在硬件和控制软件采取了必要可靠性措施，根据动作和使用要求， 设计了机器启动下车操作? 各个动作的逻辑约束， 保证了每次操纵的正确性，最大限度地避免误操作的发生，实现了安全、便捷、高效的 使用要求。 参考文献： 参考文献： 1 白日.高空作业机械发展与展望JJ.建筑机械，2009，(5):20 一 23.2 张华，霍玉兰.我国高空作业车行业发展与展望J.建筑机械，2009， (J):38 一 43. 3 崔坚.西门子 S7 可编程序控制器一一 STEP7 编程指南【M.北京: 机械工业出版社，2007. 4 程玉华.西门子 S7-200 工程应用实例分析M.北京:电子工业出版社， 2008.1
