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1、基于PLC机械化保障桥电控系统设计摘 要：本文简要介绍了重型机械化保障桥的构成及工作过程，并分析了EPEC型的PLC、CAN总线和P89LV51单片机的工作原理及设计方法；重点放在重型机械化保障桥的电控系统的设计上，这主要包括EPEC型的PLC控制程序及硬件电路的设计、CAN总线的通信设计、P89LV51单片机对收发信号的处理和遥控开关的硬件电路设计。系统设置有全程手动控制、全程手动/自动控制、应急手动三种控制方式。在具体操作上可以选择无线操作，也可以选择有线操作。多种操作手段并存，能够较好地满足使用需要机械化保障桥电控系统由底盘车提供DC24伏电源,全系统由主控箱、遥控接收机、遥控发射机和辅
2、助照明箱等组成。电控系统通过接近开关对各架设部件的位置进行非接触式的检测,其讯号送到可编程控制器(PLC)进行逻辑判断，然后控制液压电磁阀电磁线圈电源的接通与断开,达到控制液压执行元件的工作状况，完成架设或撤收的每一个动作。电控系统具有关键部位语音提示，其它部位防误操作与限位报警功能，确保器材及人员安全。关键词：重型机械化保障桥；PLC控制；CAN总线目 次1绪论11.1研究背景11.1.1结构及用途11.1.2国内外发展现状及存在问题11.1.3重型机械化保障桥的发展方向22 重型机械化保障桥电控系统简介22.1 电控系统工作原理22.2电控系统工作过程和方式22.2.1电控系统操作方式22
3、.2.2 电控系统控制方式33 电气控制系统软硬件设计93.1 PLC控制电路103.1.1 PLC简介103.1.2 PLC梯形图程序的设计方法123.1.3 PLC控制系统硬件电路设计133.1.4 PLC控制系统软件设计153.2 CAN总线电路173.2.1 CAN总线特点183.2.2 CAN的工作原理183.2.3 CAN总线硬件电路设计183.3信号采集电路213.4遥控发射接收系统223.4.1 电源电路223.4.2 P89LV51单片机电路223.4.3 遥控开关电路253.5 辅助照明及报警系统设计274 结论28参 考 文 献29致谢30I常州大学成人高等教育毕业设计（
4、论文）1绪论1.1 研究背景1.1.1结构及用途最常用的重型机械化保障桥是21米的，主要由桥跨、桥车和辅助设备组成。运输时，桥跨重叠固定在桥车上；工作时，由桥车完成桥跨的架设和撤收动作。每套设备上均配置一套辅助设备，用来协助完成作业，例如桥跨在桥车上的固定、桥跨架设后的系留固定。该桥的主要特点有：桥梁构件模块化、架设机械化以及通载全面化(能通载现有的或计划的所有荷载)。桥梁构件模块化和架设机械化确保了快速架设的能力，通载全面化提供了强有力的保障能力。因此，该桥能适应现代作战的重型荷载和快速反应的要求，具有较强的地形适应能力和伴随保障能力。该桥还具有较好的机动性、而且架设速度快、机械化程度高、减
5、少工人劳动强度，既可单跨架设，又可多跨连架，还可与重型舟桥混合架设。图1 21米重型机械化保障桥1. 桥跨 2.桥车 3.辅助设备起初，重型机械化保障桥主要是保障作战部队中的重型装备、车辆等能迅速克服19米以内的小河、沟谷、弹坑等障碍,以实施快速机动作业。随着发展，该桥也逐渐发展为民用，比如抗震救灾。该器材可以用于高原（安装增压发动机并调整少数油料品种）、山地、平原和水网稻田地区。1.1.2国内外发展现状及存在问题第二次世界大战后期，美军研制成了汽车半挂式剪刀桥。它是坦克冲击桥的发展，可架设跨径达24.4米的单跨桥，以保障负载32吨的履带式荷载通过。50年代初，苏军装备了车辙式轻型机械化桥，这
6、是最早的车载式机械化桥。此后，苏军为了提高机械化桥的负荷，增大架设长度，又研制并配备了重型机械化桥。60年代，中国人民解放军装备了轻型机械化桥。1972年，捷克军队装备了重型机械化桥。该桥采用整体式桥面和液压桥脚，便于小型轮式车辆的通行和各种车辆夜间通行，并提高了撤收时拔起桥脚的能力。该桥还改进了桥节展开机构，缩短了架设时间。1974年，法军装备了可直接驶入的桥车和可以在沟内架设的自行伴随桥，提高了对障碍的适应性，扩大了使用范围和单车架设长度。1981年，日本研制出了结构比较新颖的平推式机械化桥。1984年，中国研制成带有液压桥脚、整体式桥面的重型机械化桥。目前英国、瑞典、德国等均依托其先进工
7、业技术开发此类装备，美国后来居上，在综合欧洲几种典型的大跨度保障桥方案后，改进完善了自己的重型干沟保障桥方案。我军研制此类装备起步较晚，但历经高起点创新发展，已取得重要的新成果。虽然我国的机械化保障桥近几年取得的发展是值得骄傲的，但是和世界一流水平相比较还是有一定的差距，例如，架桥时间过长，机身过于笨重，所保障的长度和深度逊色于世界发达国家，控制系统过于复杂等。PLC技术也不够成熟，只是在改革开放后才开始致力于此的发展。1.1.3重型机械化保障桥的发展方向随着各国国力的发展，机械化保障桥的发展也日新月异，各国均投入了大量的精力与物力致力于此保障桥的开发升级与研究。今后研制工作的侧重点将放在将结
8、构整体化，架设作业机械化上面；并将进一步开发、应用轻质高强度的材料，以降低铸造成本，增大单跨长度，提高桥梁载重量、加快架设、撤收速度、完善运载车辆的机动能力；提高器材的标准化、系列化、通用化程度；发展能适应特殊地形、复杂气候条件和空运要求的新型器材等。由于保障桥较为笨重，运输成本较大，所以从交通战备和成本考虑，各国都将有计划地在定点适当储备桥梁预制构件和其他就便器材，发展平战结合、军民通用的桥梁器材，将重型机械化保障桥进一步应用到民用上，既节省了运输时间和成本，还能方便民众。2 重型机械化保障桥电控系统简介2.1 电控系统工作原理机械化保障桥电控系统由底盘车提供DC24伏的电源,全系统由主控箱
9、、遥控接收机、遥控发射机和辅助照明箱等组成。电控系统通过接近开关对各架设部件的位置进行非接触式的检测,其讯号送到可编程控制器(PLC)进行逻辑判断，然后控制液压电磁阀电磁线圈电源的接通与断开,达到控制液压执行元件的工作状况，完成架设或撤收的每一个动作1。电控系统具有关键部位语音提示，其它部位防误操作与限位报警功能，以确保器材及工作人员安全。2.2电控系统工作过程和方式2.2.1电控系统操作方式重型机械化保障桥电气控制系统设置了三种操作方式，第一种为无线操作（常规操作）；第二种为有线操作；第三种为应急操作。多种操作手段并存，能够较好的满足使用要求。（手柄操作详见液压控制部分）（1）无线操作无线操
10、作是机械化保障桥电控系统的常规操作方式。重型机械化保障桥架设和撤收的全过程是利用一套无线发射器进行操控的，其可以独立完成整套动作2。其工作过程如下： 接通电源：将设置在驾驶室仪表盘上的“电源控制”开关板上的电源开关S0置于“工作电源”位置，中心控制箱上“工作电源”指示灯亮。中心控制箱和无线接收机的工作电源均接通。 将中心控制箱中的应急选择开关置于“正常工作”位置，将无线双机选择开关置于“工作”位置。 打开无线发射器的电源开关，准备工作。主机开机时，功能转换开关必须处于“支腿”状态，才能启动工作。（2）有线操作 无线发射器对无线接收器具有有线控制功能3。发射器均配有有线数据传输电缆插孔，在特殊情
11、况下，如受到不可抗拒的电磁干扰时，两者之间采用有线数字传输电缆连接，实现有线操作。有线操作的过程与无线操作相同。（3）应急操作应急操作是机械化保障桥电控系统其它操作方式均出现故障时的一种非正常操作方式，一般情况下不予使用。应急操作是采用点对点的开关量控制方式。应急操作时，整个系统的逻辑控制系统全部失效，需要人为观察各液压执行元件的动作和到位情况，因此，采用应急操作时，应更加小心。应急操作工作过程如下： 接通电源：将设置在驾驶室仪表盘上的“电源控制”开关板上的电源开关S0置于“工作电源”位置，中心控制箱上“工作电源”指示灯亮。 打开中心控制箱，将中心控制箱中的应急选择开关置于“应急工作”位置，接
12、通应急操作电源。 打开无线对讲机，在驾驶室内的操作人员听从室外操作人员的口令，根据需要，逐一搬动相应开关，完成每一步动作。 应急操作所有动作完成后，要及时将中心控制箱中的应急选择开关置于“正常工作”位置，关好控制箱。2.2.2 电控系统控制方式 在重型机械化保障桥的架设和撤收过程中，系统设置有三种控制方式，分别是全程手动控制、全程手动/自动控制、应急手动控制。（1）全程手动控制全程手动控制是指根据架设或撤收的规定程序，按步骤操作的方法。遥控发射器启动时，选择开关必须置于“手动工作”位置时才能启动。工作中，选择开关置于“支腿电源”位置时，只有“支腿”和“油门”能工作，其余均不能工作。全程手动控制
13、操作具有逻辑互锁的保护功能，在相应的动作过程中，设置了语音提示功能。在特殊情况下，按下“解锁/暂停”键，5秒时间内，解除互锁功能，5秒后解锁自动终止，恢复互锁和防误功能。（“解锁/暂停”键在手动工作过程中，执行“解锁”功能，无“暂停”功能）。手动控制原理如图2.1所示。输入互锁判断输出解锁PLC控制器控制指令电磁阀执行元件图2.1 手动控制原理图（2） 全程手动/自动控制 自动工作是指完成一定的前期准备工作后，由控制器自动控制架桥架设及撤收的动作过程。在自动控制程序运行过程中，若出现特殊情况，按下“解锁/暂停”键，暂停自动控制程序的进行，待排除故障后，按下“确认”键，继续自动控制程序的运行（“
14、解锁/暂停”键在自动工作过程中，执行“暂停”功能，无“解锁”功能）4。原理图如下：目标位置N电磁阀互锁输入输出Y传感器PLC控制器暂停执行元件图2.2 手动/自动控制原理图手动/自动架设过程可以分为三个阶段： 第一阶段为手动控制阶段，先接通“电源开关”，将工作状态选择为“架设”、控制方式选择为“手动”，用手动控制的方式完成从0步到第5步的架设动作，为自动架设做好准备。第二阶段为自动控制阶段，这个阶段完成从第6步到第18步的自动架设动作，如果满足桥车架设机构的初始位置条件，则将选择控制方式为“自动工作”，同时按下“确认”键，如果自动程序开始执行，则自动指示灯亮；如果不满足自动执行开始的初始条件，
15、则自动执行指示灯不亮。随着各动作的进行，操作员应注意观察各架设机构的运动情况及桥跨的运动姿态，若发现不正常的情况，要及时按下“解锁/暂停”键，将所有动作停止，待排除故障后，才能按下“确认”键，自动执行继续。故障不易维修时，将控制方式转为手动工作。（“解锁/暂停”键在自动工作过程中，执行“暂停”功能，无“解锁”功能）5。在自动架设过程中，丙丁连接时有一个暂停过程，操作员观察丙丁连接正常后，按下确认键，则自动控制程序会自动执行下一个动作。当将桥跨推出至前终位时，则自动执行指示灯灭，表明自动架设过程已完成，自动控制结束。第三阶段为手动控制阶段，控制方式从“自动工作”转为 “手动工作”，用手动方式完成从19步到第25步的架设动作，完成整个架设任务。下面用流程图和图片具体介绍手动/自动的架设全过程。马达推桥至1位顶稳定器前摆架顶升至高位移动架固定销退销移动架推出到后终位移动架固定
