電氣工程及其自動化畢業(yè)論文-基于PLC的高空作業(yè)車電控系統(tǒng)設(shè)計

基于PLC的高空作業(yè)車電控系統(tǒng)設(shè)計摘要高空作業(yè)車由起重機械發(fā)展而來，是將工作人員和裝備運送到特定的高度并進行作業(yè)的一種電力設(shè)備。本文分析國內(nèi)外的技術(shù)要求和達到的目標，指出我國高空作業(yè)車發(fā)展的方向和前景。高空作業(yè)車具有地面轉(zhuǎn)臺和高空工作平臺兩個結(jié)構(gòu)上比較分離的系統(tǒng)，本文采用兩個S7-200CPU226可編程控制器、一臺電腦和MCGS模塊搭建硬件系統(tǒng)，兩個PLC控制器分別安裝在作業(yè)車轉(zhuǎn)臺和工作平臺上?？刂破鞑杉刂泼姘宓闹噶钚盘?，如各類傳感器信號、執(zhí)行元件的動作、指示燈信號等，經(jīng)過運算功能傳輸給控制器，控制器再控制比例閥、電磁閥等執(zhí)行元件。根據(jù)高空作業(yè)車的實際作業(yè)情況，分析其作業(yè)要求，設(shè)計各個模塊控制方案，然后設(shè)計作業(yè)車工作的流程圖，編寫梯形圖語言，采用MCGS組態(tài)軟件對高空作業(yè)車電控系統(tǒng)的作業(yè)過程進行監(jiān)控，當作業(yè)到達規(guī)定限位時，其對應(yīng)的限位開關(guān)作用，電鈴報警同時對應(yīng)的指示燈閃爍，提醒作業(yè)人員采取相關(guān)措施，提高了作業(yè)的安全性、可靠性。關(guān)鍵詞:高空作業(yè)車；PLC；MCGSABSTRACTOverheadworkingtruckevolvedbytheliftingmachineryisapowerfacilityoperationwhichmakesstaffandequipmentreachtoaspecificheight.Thispaperanalyzesthetechnicalrequirementsandachievementsathomeandabroad,whichpointsoutthedirectionandprospectsofthedevelopmentofaerialvehicles.Overheadworkingtruckisdesignedbytwoseparatesystems,includingagroundturntableandaerialworkplatform.ThispaperbuildsupthehardwaresystembytwoS7-200CPU226programmablecontrollersinstalledonthegroundturntableandworkingplatform,acomputerandtheMCGSmodulestructures.Controllerscollectthecontrolsignalsfromcontrolpanelssuchasallkindsofsensorsignals,theactionofactuators,lightsignalsandsoon.Thesignalswerecomputedandtransferredtothecontrollerthatcontrolsproportionalvalve,solenoidvalveactuatorsandsoon.Accordingtotheactualsituationoftheoverheadworkingtruck,firstly,afteranalyzingthedemandoftheoperation,thispaperdesignseachmodulecontrolscheme.Andthen,itcarrysouttheoperationworkflowchartandladderdiagram.Lastly,MCGSconfigurationsoftwareisusedtomonitortheprocessofelectroniccontrolsystemintheaerialworktruck.Whatismore,iftheoverheadworkingtruckreachesthespecifiedlimit,thecorrespondingelectricbellwillalarmandatthesametime,lightwillflash,whichremindsworkerstotakerelevantmeasurestoimprovethesafetyandreliabilityoftheoperation.Keywords：OverheadworkingtruckPLCMCGS目錄TOC\o"1-3"\h\u119941緒論 I1緒論1.1課題設(shè)計的意義及應(yīng)用背景高空作業(yè)車由起重機發(fā)展而來，相比于起重機，高空作業(yè)車作業(yè)更加靈活方便，適用于各種作業(yè)環(huán)境，而且轉(zhuǎn)場靈活方便，降低了拆裝的人力、物力。高空作業(yè)車也和起重機有很多的共性，也是為適應(yīng)人們的生活發(fā)展而來的，隨著城市化速度的加劇，出現(xiàn)了越來越多的高空建筑、高空電力輸送、高架橋等等，憑借人們的自身能力，很難達到預(yù)料的效果，所以高空作業(yè)車應(yīng)運而生，高空作業(yè)車可以很方便的達到人們無法到達的高度，作業(yè)人員只需在地面就可以控制高空作業(yè)車的動作，平臺也有安全裝置，可以很好地保證作業(yè)人員的安全，節(jié)約勞動力，節(jié)省費用。據(jù)統(tǒng)計，美國高空作業(yè)車的年需求量在一萬六千臺左右，歐盟大約是兩萬一千臺，日本約六千臺，我國的高空作業(yè)車年需求量大約三千臺。根據(jù)國際高空作業(yè)車機械雜《訪問國際》數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，國民經(jīng)濟較發(fā)達的國家及地區(qū)，對高空作業(yè)車的單位需求量就越大。而我國作為經(jīng)濟總量排世界第二的國家，國內(nèi)的經(jīng)濟規(guī)模與市場的需求不一致，說明我國的高空作業(yè)車市場有很大的發(fā)展空間。隨著我國城市化進程的加快，出現(xiàn)了大量的高層建筑，從而包括建筑的翻新、維護、電力、通訊及搬家等都會使用到高空作業(yè)車，因此，在未來的一段時間內(nèi)高空作業(yè)車將會呈現(xiàn)強勁增長，發(fā)展前景非常廣闊。1.2高空作業(yè)車發(fā)展現(xiàn)狀1.2.1高空作業(yè)車國外技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀高空作業(yè)車在20世紀20年代的歐美發(fā)達國家和地區(qū)已經(jīng)開始研究生產(chǎn)，經(jīng)過近一個世紀的發(fā)展，高空作業(yè)車具有綜合技術(shù)水平高、結(jié)構(gòu)類型多樣化、功能豐富、規(guī)格品種齊全、作業(yè)高度提高等優(yōu)點。從總體上看，典型的高空作業(yè)車具有高空作業(yè)、搶險、救援等功能，使用各種安全措施，以適應(yīng)工作中的各種場所。產(chǎn)品控制系統(tǒng)普遍智能化

高空作業(yè)車在美國和歐洲國家廣泛使用的是智能控制和電液比例控制，通過檢測各種參數(shù)，然后根據(jù)操作參數(shù)、工作參數(shù)、環(huán)境參數(shù)實現(xiàn)車輛的自動控制，包括整車的行走、轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)，作業(yè)臂的伸縮、變幅，平臺的回轉(zhuǎn)和調(diào)平等動作，作業(yè)過程中要求高空作業(yè)車實現(xiàn)檢測障礙、克服障礙、自動避障和自動變速等，當?shù)竭_規(guī)定的極限點時，自動減速，并在極限位置上自動停止，控制系統(tǒng)會自動確定高空作業(yè)車支腿跨距的范圍。作業(yè)車的的控制系統(tǒng)高度集成，通過兩至三個手柄操作所有連續(xù)的動作，簡化了操作手續(xù)，降低勞動強度，提高作業(yè)車作業(yè)的安全性和可靠性。安全控制裝置齊全發(fā)達國家非常重視高空作業(yè)車工作的安全性，一般會設(shè)置很高的安全性和可靠性控制系統(tǒng)，包括整車的行走速度限位系統(tǒng)，作業(yè)臂的伸縮、變幅極限位置限位系統(tǒng)，平臺調(diào)平和回轉(zhuǎn)限位系統(tǒng)，模塊動作之間的互鎖，工作平臺過載保護系統(tǒng)，高電壓、高電流報警系統(tǒng)等，確保作業(yè)人員和設(shè)備在安全的區(qū)域工作。（3）采用高強度材料和輕質(zhì)合金材料

高空作業(yè)車的作業(yè)臂采用高強度和輕質(zhì)合金材料，截面采用輕薄的材質(zhì)，作業(yè)車的其他配套件產(chǎn)品也同樣采用質(zhì)量更小的材質(zhì)，這樣可以有效降低整車的質(zhì)量，提高了作業(yè)車底盤的能動性，通常相同的作業(yè)高度，國外高空作業(yè)車較國內(nèi)輕便靈活。（4）產(chǎn)品質(zhì)量水平高

發(fā)達國家高空作業(yè)車發(fā)展的時間長久，經(jīng)驗相比于國內(nèi)較豐富，而且技術(shù)水平很高，生產(chǎn)制造工藝先進，具有完善的安全保障系統(tǒng)和先進的電控通訊系統(tǒng)，產(chǎn)品質(zhì)量水平高。發(fā)達國家的高空作業(yè)車電控系統(tǒng)大多采用先進的嵌入式控制系統(tǒng)，如現(xiàn)場總線技術(shù)，保障作業(yè)車多個動作安全、準確的作業(yè)，采用工程機械專用控制器，如EPEC控制器、EPEC顯示器等。1.2.2高空作業(yè)車國內(nèi)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀我國高空作業(yè)車的發(fā)展是從20世紀70年代末開始的，其速度很快，目前發(fā)展規(guī)模已經(jīng)從原來的幾家企業(yè)增長至40多個，其中與國外企業(yè)合資或合作生產(chǎn)的企業(yè)有5家。在高空作業(yè)車行業(yè)，吳順起重機總廠，錦州工程機械集團研發(fā)出了68米的登高平臺消防車，徐州工程機械集團的股份已研發(fā)出了30多米的高空消防車輛，68米登高平臺消防車，徹底打破我國依賴進口的局面。另外中聯(lián)重科和鄭州大方的新公司已經(jīng)研發(fā)出百米登高平臺消防車，同時也填補了國內(nèi)百米作業(yè)車的空白。但是，與發(fā)達國家相比，國內(nèi)作業(yè)車的發(fā)展與發(fā)達國家還存在著一定的差距，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）缺乏技術(shù)創(chuàng)新能力國內(nèi)高空作業(yè)車相比于國外發(fā)達國家，起步較晚，而且都是先從外國引進再學習，結(jié)合國內(nèi)的發(fā)展要求，研發(fā)適合自己的高空作業(yè)車。開拓創(chuàng)新能力不強，產(chǎn)品更新研發(fā)和改進也較緩慢，作業(yè)場地較窄，在生活中應(yīng)用具有很大局限性，市場經(jīng)營范圍窄，企業(yè)效益差。

（2）控制方法落后，功能單一國內(nèi)高空作業(yè)車的控制方法多采用手動控制，作業(yè)人員根據(jù)作業(yè)環(huán)境采取作業(yè)方式，發(fā)達國家多普遍采用智能化、自動化控制，排除人為的誤差估算，提高控制的精確度，避免過分依賴作業(yè)人員的經(jīng)驗進行控制。而國內(nèi)作業(yè)車控制的智能化普及較低，依然憑借冗余的控制手柄進行操作，對作業(yè)人員的作業(yè)經(jīng)驗要求也高。（3）產(chǎn)品安全性和可靠性差我國高空作業(yè)車配套件的生產(chǎn)數(shù)量很大，但更新?lián)Q代的時間較長，研究開發(fā)空間較大，而且許多的配套件產(chǎn)品都要進口，核心技術(shù)和質(zhì)量檢測都掌握在國外人的手中，嚴重制約了整車技術(shù)的提高。作業(yè)車作業(yè)時各個結(jié)構(gòu)動作的監(jiān)控還不全面，安全性和可靠性還達不到國外的標準。1.3高空作業(yè)車發(fā)展的方向（1）大作業(yè)高度

隨著城市的發(fā)展，電力、通訊、交通、市政、消防、救援、建筑等行業(yè)進行施工、維護修理等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，附帶著對高空作業(yè)車的要求越來越高，由于城市空間狹小，城市越來越往高處發(fā)展，例如：高空建筑、高架橋、高空電纜等等，這就要求作業(yè)車往靈活、大高度、多場地的方向發(fā)展。（2）輕量化和小型化

隨著城市化水平提高，城市人流流動量、車輛流動量加劇，就會使城市的空間變的狹窄，各種高空建筑的建設(shè)越來越多，地面的承載能力也相差各異，這就要求高空作業(yè)車外形尺寸小、總重量輕，這就要求高空作業(yè)車整車輕量化、小型化，以適應(yīng)外在因素的發(fā)展。

（3）智能化控制

城市發(fā)展的節(jié)奏越來越快，城市運行越來越高效使得高空作業(yè)車運行高效，能解決維修維護緊急情況和各種突發(fā)狀況，同時也要保證作業(yè)的安全性，既能解決突發(fā)狀況同時又不會出現(xiàn)新的突發(fā)狀況，引進精確地計算機技術(shù)和安全的智能技術(shù)可以很好的實現(xiàn)這一要求。

2控制系統(tǒng)的理論分析2.1高空作業(yè)車電控系統(tǒng)的整體設(shè)計要求電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計對高空作業(yè)車的各個模塊是否正常作業(yè)是至關(guān)重要的，是設(shè)計過程中關(guān)鍵的部分。對高空作業(yè)車的作業(yè)分析可知，高空作業(yè)車應(yīng)能實現(xiàn)整車的行走、轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)，作業(yè)臂的伸縮、變幅，平臺回轉(zhuǎn)和調(diào)平等功能，完成控制面板的功能設(shè)計。由于作業(yè)車具有地面轉(zhuǎn)臺和高空工作平臺兩個結(jié)構(gòu)，作業(yè)臂連接這兩個分離的結(jié)構(gòu)，各結(jié)構(gòu)的動作均通過傳感器傳輸至電腦，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享，控制系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)，使動作具有優(yōu)先級。本文采用兩個可編程PLC控制器、一臺電腦和MCGS模塊搭建硬件系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)如下圖所示，因為高空作業(yè)車的作業(yè)幅度較大，平臺和轉(zhuǎn)臺兩個結(jié)構(gòu)距離較遠，如果只用一個PLC控制器進行控制，會造成線路的繁瑣，所以用兩個PLC控制器可以很好的解決這個問題，控制器一個安裝在轉(zhuǎn)臺上，一個安裝在平臺上，并通過作業(yè)臂進行信號傳送。轉(zhuǎn)臺控制器采集轉(zhuǎn)臺控制面板的各種指令信號，包括作業(yè)車行駛系統(tǒng)的行走信號，作業(yè)臂的伸縮、變幅等傳感器信號等，經(jīng)過運算功能傳輸給轉(zhuǎn)臺控制器，轉(zhuǎn)臺控制器繼而控制執(zhí)行元件。工作平臺控制器主要用來采集平臺控制面板指令信號，通過平臺控制器控制其輸出信號，負責工作平臺的回轉(zhuǎn)。電腦分別控制轉(zhuǎn)臺控制器和平臺控制器，兩控制器將各自的動作信號傳輸至電腦，通過電腦實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享，提高控制系統(tǒng)的可靠性。MCGS的監(jiān)控界面顯示系統(tǒng)的工作參數(shù)和故障信息，實現(xiàn)故障報警功能。圖2-1高空作業(yè)車整體設(shè)計要求根據(jù)現(xiàn)代高空作業(yè)的發(fā)展需要，作業(yè)車應(yīng)具有整車行走、轉(zhuǎn)向，地面轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)、調(diào)平，作業(yè)臂伸縮、變幅，平臺回轉(zhuǎn)等功能，作業(yè)車的工作狀態(tài)通過分布于各個結(jié)構(gòu)上的傳感器進行監(jiān)控，并將信號傳送至各自對應(yīng)的控制器上，控制器經(jīng)過內(nèi)部運算發(fā)出對執(zhí)行機構(gòu)的控制信號，使作業(yè)車繼續(xù)動作，當作業(yè)車執(zhí)行到規(guī)定的限位后，報警子程序被調(diào)用，發(fā)出聲光報警，作業(yè)車除了上述動作，當系統(tǒng)自檢的安全裝置不通過時，也會發(fā)出報警。作業(yè)車設(shè)有多種安全裝置，包括緊急停止裝置、發(fā)動機啟動異常報警裝置、工作平臺稱重過壓報警裝置、工作平臺非水平報警裝置、燃油不足報警、腳踏開關(guān)等裝置，提醒工作人員注意安全，并對故障進行排查，消除警戒。圖2-2為直臂式高空作業(yè)車整車外觀簡圖。圖2-2高空作業(yè)車的整體設(shè)計簡圖其主要技術(shù)參數(shù)見下表所示。2.2行駛系統(tǒng)功能分析及方案設(shè)計2.2.1行駛系統(tǒng)控制要求高空作業(yè)車對作業(yè)的速度要求準確性高，本電控系統(tǒng)采用繞線性電動機。發(fā)動機的狀態(tài)由馬達轉(zhuǎn)速傳感器傳送至轉(zhuǎn)臺控制器上，控制器將模擬量信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號，反饋給電腦監(jiān)控系統(tǒng)，對作業(yè)車行駛狀態(tài)實時動態(tài)監(jiān)控，準確判斷作業(yè)車的性能。根據(jù)要求，高空作業(yè)車具備如下性能：（1）高空作業(yè)車的行駛具有高速檔和低速檔兩個速度范圍，高速檔的最大行走速度為5.6km/h，低速檔的最大行走速度為1.1km/h，行駛速度可以連續(xù)調(diào)節(jié)；（2）高空作業(yè)車具有啟停制動和緊急制動的能力；（3）高空作業(yè)車作業(yè)過程中車輛運行平穩(wěn)，啟動、停車、轉(zhuǎn)向和換檔過程應(yīng)均勻平穩(wěn)；（4）為簡化高空作業(yè)車的電控系統(tǒng)設(shè)計，作業(yè)車行駛時其他的作業(yè)活動均停止，一次只允許一項作業(yè)。2.2.2行駛系統(tǒng)工作原理及控制方案（1）工作原理行駛操縱手柄動作，其信號輸入與給定值相比較，確定作業(yè)車行駛的方向，作業(yè)車前進或后退。轉(zhuǎn)臺控制器作用于比例閥信號，驅(qū)動變量泵和分流閥，最后分流閥驅(qū)動作業(yè)車上的行走馬達，通過改變變量泵的排量，可以改變作業(yè)車整車行駛的速度。兩位三通電磁換向閥通過得失電進行作業(yè)車高低速擋的切換，車速與手柄偏離中位的距離成比例，推動行駛操縱手柄，調(diào)節(jié)比例流量閥信號來調(diào)節(jié)變量泵的排量，從而達到作業(yè)車行駛速度的連續(xù)調(diào)節(jié)。圖2-3作業(yè)車行駛系統(tǒng)控制方案（2）控制方案圖2-3顯示的是作業(yè)車的行駛系統(tǒng)控制方案，行駛操縱手柄動作，信號傳輸至轉(zhuǎn)臺控制器，使行駛制動電磁換向閥Q0.1通電，作業(yè)車可以正常行駛。手柄的輸入信號和作業(yè)車設(shè)定的給定值相比較，若手柄輸入信號大于給定值，則可以實現(xiàn)整車的前進，反之，可實現(xiàn)整車的后退。作業(yè)車前進或后退的速度于行駛操縱手柄有關(guān)，手柄中位表示作業(yè)車速度為零，往右代表作業(yè)車行駛在低速擋，速度由0~1.1km/h，且速度連續(xù)的增加；往左代表行駛在高速擋，速度由1.1~5.6km/h，速度隨手柄偏離中位的距離的增加而增加，與距離成正比，使作業(yè)車的行駛速度可以無間斷調(diào)節(jié)。如果安全裝置腳踏開關(guān)作用，則可以判斷輸入檔位開關(guān)信號狀態(tài)，若為高速擋，則馬達排量選擇電磁閥信號Q0.0通電，馬達大排量工作，并調(diào)節(jié)行走變量泵比例閥信號，使作業(yè)車實現(xiàn)高速模式下行駛；若判斷輸入檔位開關(guān)信號為低速擋狀態(tài)，則馬達排量選擇電磁閥信號Q0.0斷電，馬達小排量工作，并調(diào)節(jié)行走變量泵比例閥信號，使作業(yè)車實現(xiàn)低速模式下行駛。比例閥通過改變變量泵的排量，作用于分流閥，控制作業(yè)車的行駛馬達速度，馬達上的轉(zhuǎn)速傳感器測量馬達的轉(zhuǎn)速，并將信號傳輸給控制器，控制器經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換，將行駛參數(shù)反饋給作業(yè)人員，提高對作業(yè)車控制的準確性。若作業(yè)車需要停止，則按下總停按鈕可實現(xiàn)停止功能。作業(yè)車行駛系統(tǒng)的各個參量如下表所示。2.3高空作業(yè)車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)功能分析及方案設(shè)計2.3.1轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制要求轉(zhuǎn)向是高空作業(yè)車的一項必不可少的功能，可以提高作業(yè)車的能動性和靈活性，使作業(yè)車適應(yīng)于多種不同場合，根據(jù)作業(yè)要求，作業(yè)車的轉(zhuǎn)向應(yīng)滿足如下要求：（1）轉(zhuǎn)向過程均勻平穩(wěn)、靈活，操作輕便；（2）作業(yè)車轉(zhuǎn)向的范圍是360°。2.3.2轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制方案圖2-4作業(yè)車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制方案圖2-4所示是高空作業(yè)車的轉(zhuǎn)向控制方案圖，作業(yè)車的整車轉(zhuǎn)向由控制板上的兩個轉(zhuǎn)向按鈕控制，當有轉(zhuǎn)向按鈕信號輸入時，作業(yè)車處于轉(zhuǎn)向模式，如果轉(zhuǎn)向左按鈕I1.0得電右按鈕I1.1斷電，則該車收到左轉(zhuǎn)信號，控制器的輸出三位四通電磁換向閥左位Q0.4得電，實現(xiàn)整車的左轉(zhuǎn)向功能；如果轉(zhuǎn)向右按鈕I1.1得電左按鈕I1.0斷電，則該車收到右轉(zhuǎn)信號，控制器的輸出三位四通電磁換向閥右位Q0.5得電，實現(xiàn)整車的右轉(zhuǎn)向功能。若作業(yè)車需要停止，則按下總停按鈕可實現(xiàn)停止功能。作業(yè)車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的各個參量如下表所示。2.4作業(yè)臂伸縮系統(tǒng)功能分析及方案設(shè)計2.4.1作業(yè)臂伸縮系統(tǒng)功能要求（1）作業(yè)臂工作的最大高度是27m；（2）最大伸縮速度為0.143m/s；（3）作業(yè)臂伸縮動作平穩(wěn)動作，避免出現(xiàn)晃動、振蕩動作；（4）作業(yè)臂伸出、縮回到達各自的限位時，電鈴報警同時對應(yīng)的指示燈閃爍。2.4.2作業(yè)臂伸縮系統(tǒng)方案設(shè)計高空作業(yè)車作業(yè)臂伸縮系統(tǒng)由大臂、二臂和小臂三節(jié)臂組成，作業(yè)臂三節(jié)臂構(gòu)造原理圖如下。液壓缸具有推動作業(yè)臂伸縮的功能，當有伸縮控制手柄信號作用時，作業(yè)臂啟用伸縮功能，作業(yè)臂的大臂里包含二臂和小臂，并通過鋼絲繩和滑輪進行連接和作用，二臂通過其內(nèi)部安裝的倒置液壓缸推動，同時小臂和二臂一起運動。二臂的位移和速度通過安裝在其上的液壓缸位移傳感器和速度傳感器輸入到控制器上。圖2-5作業(yè)臂工作原理圖圖2-6作業(yè)臂伸縮系統(tǒng)控制方案圖2-6是作業(yè)臂伸縮控制方案，當安全裝置腳踏開關(guān)和功能啟用開關(guān)均作用，工作平臺水平傳感器和稱重傳感器監(jiān)測高空作業(yè)車的工作平臺是否水平，負重是否在規(guī)定的范圍內(nèi)，當一切都滿足要求后，作業(yè)車伸縮控制可以動作。伸縮手柄前推時，控制器給兩位三通電磁換向閥Q1.0得電Q1.1斷電，控制器根據(jù)手柄前推信號的大小調(diào)節(jié)變幅油缸比例流量閥，實現(xiàn)作業(yè)臂的伸出功能；當作業(yè)車伸縮控制手柄后拉時，控制器給兩位三通電磁換向閥Q1.1得電Q1.0斷電，控制器根據(jù)手柄后拉信號的大小調(diào)節(jié)變幅油缸比例流量閥，實現(xiàn)作業(yè)臂的縮回功能。作業(yè)臂伸縮油缸位移傳感器、伸縮油缸速度傳感器用于檢測伸縮臂的運動狀態(tài)反饋給控制器。當作業(yè)臂伸出、縮回到達各自的限位時，其對應(yīng)的限位開關(guān)作用，電鈴報警同時對應(yīng)的指示燈閃爍，提醒作業(yè)人員采取相關(guān)措施，按下控制面板的消鈴鍵，報警電鈴?fù)Ｖ锅Q響；按下總停按鍵可停止作業(yè)臂的伸縮動作。作業(yè)臂的伸縮系統(tǒng)控制參數(shù)如下表所示。2.5作業(yè)臂變幅系統(tǒng)功能分析及方案設(shè)計2.5.1作業(yè)臂變幅控制系統(tǒng)的基本要求（1）轉(zhuǎn)臺和作業(yè)臂的連接要緊湊，作業(yè)臂變幅作業(yè)時動作要平穩(wěn)，避免出現(xiàn)晃動、振蕩現(xiàn)象；（2）作業(yè)臂變幅角度范圍為0~80°，當變幅油缸完全伸出時，伸縮臂最大變幅角度為80°，當變幅油缸完全縮回時，伸縮臂最小變幅角度為0。2.5.2作業(yè)臂變幅系統(tǒng)方案設(shè)計圖2-7作業(yè)臂變幅系統(tǒng)控制方案圖2-7是作業(yè)臂變幅控制方案，當安全裝置腳踏開關(guān)和功能啟用開關(guān)均作用，工作平臺水平傳感器和稱重傳感器監(jiān)測高空作業(yè)車的工作平臺是否水平，負重是否在規(guī)定的范圍內(nèi)，當一切都滿足要求后，作業(yè)車變幅系統(tǒng)可以動作，變幅控制手柄前推時，控制器給兩位三通電磁換向閥Q1.4得電Q1.3斷電，控制器根據(jù)變幅控制手柄前推信號的大小調(diào)節(jié)變幅油缸比例流量閥，實現(xiàn)作業(yè)臂的上升功能；當作業(yè)車變幅控制手柄后拉時，控制器給兩位三通電磁換向閥Q1.3得電Q1.4斷電，控制器根據(jù)手柄后拉信號的大小調(diào)節(jié)變幅油缸比例流量閥，實現(xiàn)作業(yè)臂的下降功能。作業(yè)臂變幅油缸傾角傳感器、變幅油缸速度傳感器、液壓油缸壓力傳感器用于檢測作業(yè)臂變幅的運動狀態(tài)并反饋給控制器。當作業(yè)臂上升、下降到達各自的限位時，其對應(yīng)的限位開關(guān)作用，電鈴報警同時對應(yīng)的指示燈閃爍，提醒作業(yè)人員采取相關(guān)措施，按下控制面板的消鈴鍵，報警電鈴?fù)Ｖ锅Q響；按下總停按鍵可停止作業(yè)臂的變幅動作。作業(yè)臂的變幅系統(tǒng)控制參數(shù)如下表所示。2.6轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)系統(tǒng)功能分析及方案設(shè)計2.6.1轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)的基本要求（1）轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)可實現(xiàn)轉(zhuǎn)臺的左轉(zhuǎn)向和右轉(zhuǎn)向功能；（2）轉(zhuǎn)臺左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)到達各自的限位時，電鈴報警同時對應(yīng)的指示燈閃爍。2.6.2轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)的方案設(shè)計圖2-8轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)系統(tǒng)控制方案轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)系統(tǒng)方案設(shè)計圖如圖2-8所示，腳踏開關(guān)和回轉(zhuǎn)行程開關(guān)用于監(jiān)測高空作業(yè)車是否可以進行正常作業(yè)，當一切都滿足要求后，轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)控制手柄向左擺動時，控制器給三位四通電磁換向閥Q1.7得電Q1.6斷電，實現(xiàn)轉(zhuǎn)臺的左轉(zhuǎn)向功能；當轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)控制手柄右擺時，控制器給兩位三通電磁換向閥Q1.6得電Q1.7斷電，實現(xiàn)轉(zhuǎn)臺的右轉(zhuǎn)向功能。當轉(zhuǎn)臺左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)到達各自的限位時，其對應(yīng)的限位開關(guān)作用，電鈴報警同時對應(yīng)的指示燈閃爍，提醒作業(yè)人員采取相關(guān)措施，按下控制面板的消鈴鍵，報警電鈴?fù)Ｖ锅Q響；按下總停按鍵可停止作業(yè)臂的變幅動作。作業(yè)臂的變幅系統(tǒng)控制參數(shù)如下表所示。2.7轉(zhuǎn)臺調(diào)平、工作平臺回轉(zhuǎn)系統(tǒng)功能分析及方案設(shè)計2.7.1轉(zhuǎn)臺調(diào)平、平臺轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)基本要求（1）調(diào)平從開始到結(jié)束時間不宜過長，否則影響作業(yè)車的工作效率；（2）調(diào)平的精度應(yīng)在合理的范圍內(nèi)，否則傾斜角度過大，作業(yè)車的中心不在底座上，作業(yè)人員作業(yè)的時候會感覺不舒適，存在安全隱患，容易造成事故。（3）當自動調(diào)平結(jié)束后，確保工作平臺狀態(tài)不變，避免發(fā)生平臺不穩(wěn)定、傾斜等現(xiàn)象；（4）平臺轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)左右轉(zhuǎn)向功能，轉(zhuǎn)向范圍-90°~90°，平臺的一邊是直角，這樣轉(zhuǎn)臺可以全方位工作，當左右轉(zhuǎn)向到達各自限位時，電鈴報警同時對應(yīng)的指示燈閃2.7.2平臺調(diào)平、轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的方案設(shè)計當按下啟動按鍵后，平臺調(diào)平系統(tǒng)開始工作，讀入前后或左右方向的傾斜角，判斷最大傾斜角方向上支腿的高低，在調(diào)平工作平面上建立二維坐標，x軸表示左右方向，y軸表示前后方向，如果先對x軸進行調(diào)平，左前支腿和右前支腿高度進行比較，左后支腿和右后支腿進行比較，并將各組支腿較低的一端升高，使得x軸方向上兩組支腿到達要求的精度。同理，再對y軸方向進行支腿調(diào)平，使調(diào)平工作平面的四個支腿高度都在要求的精度內(nèi)，在兩個調(diào)平方向均達到調(diào)平精度后，放穩(wěn)輔助支腿，調(diào)平工作完成。高空作業(yè)車電控系統(tǒng)的平臺轉(zhuǎn)向由作業(yè)車上的兩個轉(zhuǎn)向按鈕控制，當有轉(zhuǎn)向按鈕信號輸入時，作業(yè)車處于轉(zhuǎn)向模式，如果轉(zhuǎn)向左按鈕I1.0得電右按鈕I1.1斷電，則該車收到左轉(zhuǎn)信號，控制器兩位三通電磁換向閥左位Q1.0得電，實現(xiàn)整車的左轉(zhuǎn)向功能；如果轉(zhuǎn)向右按鈕I1.1得電左按鈕I1.0斷電，則該車收到右轉(zhuǎn)信號，控制器三位四通電磁換向閥右位Q1.1得電，實現(xiàn)整車的右轉(zhuǎn)向功能。若作業(yè)車需要停止，則按下總停按鈕可實現(xiàn)停止功能。3高空作業(yè)車電控系統(tǒng)的硬件設(shè)計3.1系統(tǒng)主要設(shè)備的選擇3.1.1傳感器型號的選擇傳感器是電控系統(tǒng)獲取各個結(jié)構(gòu)作業(yè)信息的重要元件，作業(yè)車工作的模塊較多，使得各個模塊的工作狀態(tài)監(jiān)測和動態(tài)參數(shù)采集均較多，本設(shè)計中高空作業(yè)車電控系統(tǒng)的主要傳感器包括：平臺稱重傳感器、水平平衡傳感器、角度傳感器、雙軸傾角傳感器等等，其主要參數(shù)如表3-1所示。（1）水平平衡傳感器作業(yè)車電控系統(tǒng)所用的水平平衡傳感器是一種導(dǎo)電式液位傳感器，該傳感器內(nèi)部構(gòu)造實際上是一個導(dǎo)電檢測電路，傳感器置于平臺和轉(zhuǎn)臺工作面上，當工作面處于規(guī)定的平衡精度內(nèi)時，電極間的液位平面低于四個檢測電極，電極之間呈絕緣狀態(tài)，水平平衡傳感器處于開路狀態(tài)。當工作平面在超出平衡精度范圍時，假如平面向右后傾倒到一定角度時，傳感器內(nèi)部的液體與右后傾的檢測電極接觸，由于液體是導(dǎo)電液體，因此形成一個封閉的回路，傳感器的開關(guān)狀態(tài)反映到控制點（執(zhí)行元件或控制器），以實現(xiàn)控制。（2）平臺稱重傳感器在平臺工作面上所用的平臺稱重傳感器是金屬箔應(yīng)變片，該傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)是一種導(dǎo)電檢測電路。金屬箔應(yīng)變片利用金屬和半導(dǎo)體材料的“應(yīng)變效應(yīng)”，將該導(dǎo)體的物理應(yīng)變轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，即反映在電流的大小上，將應(yīng)變片附連到平臺稱重平面上，隨著平臺稱重平面的變形敏感柵的電阻值也跟著變化，這樣就可以只需測量電阻值而知道平臺平面的變形。然后再將平臺稱重傳感器的某一點的值設(shè)置為數(shù)模轉(zhuǎn)換的通斷電，再把這個開關(guān)信號反饋給控制器的輸入端，從而實現(xiàn)控制平臺的稱重。（3）調(diào)平系統(tǒng)傾角傳感器調(diào)平系統(tǒng)傾角傳感器檢測作業(yè)車作業(yè)時整車的傾斜角度，當作業(yè)車的傾斜角度在規(guī)定的精度范圍內(nèi)時，作業(yè)車可以執(zhí)行下一個工作，當作業(yè)車傾斜角度不在規(guī)定的精度范圍內(nèi)時，監(jiān)控界面就會出現(xiàn)作業(yè)車傾斜報警，并顯示其傾斜參數(shù)。需要測量調(diào)平作業(yè)面，前后（y方向）和左右(x方向)兩個方向的角度變化，本文選擇CXTA01雙軸傾角傳感器。（4）作業(yè)臂傾角傳感器高空作業(yè)車電控系統(tǒng)的傾角傳感器主要用于作業(yè)車工作平臺、轉(zhuǎn)臺水平度的監(jiān)測和變幅角度監(jiān)測。作業(yè)臂變幅控制系統(tǒng)對角度的測量精度要求較高，檢測豎直方向角度的變化范圍在0°~80°之間即可，該高空作業(yè)車選用HS-XY-S（標準精度型）傾角傳感器。高空作業(yè)車的電控系統(tǒng)由轉(zhuǎn)臺控制器和平臺控制器組成，作業(yè)車的作業(yè)監(jiān)控需要各種數(shù)字量信號和模擬量信號，控制器可以直接處理數(shù)字量信號，但不能直接處理模擬量信號。而且實際作業(yè)車的某些輸入是模擬量，某些執(zhí)行機構(gòu)要求PLC輸出模擬量信號，因此應(yīng)用PLC控制時，需要進行必要的數(shù)模轉(zhuǎn)換和模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成執(zhí)行元件可以接收的信號，便于對作業(yè)車實現(xiàn)精確地控制。轉(zhuǎn)換時應(yīng)考慮現(xiàn)場信號變送器的輸入/輸出量程（4~20mA）與模擬量輸入輸出模塊的量程（0~20mA），0~20mA的量程對應(yīng)數(shù)字量輸出范圍為0~32000，即4~20mA的模擬量對應(yīng)于數(shù)字量6400~32000。設(shè)現(xiàn)場信號變送器的輸入/輸出量程4~20mA對應(yīng)模擬量量程為0~D（D為已知量），轉(zhuǎn)換后的二進制數(shù)為x，則其對應(yīng)的模擬量為y高空作業(yè)車各類傳感器檢測執(zhí)行元件的執(zhí)行狀態(tài)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器將傳感器信號變換成4~20mA的電流信號送入PLC模塊，PLC將測量值經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換成PLC可以處理的數(shù)字量信號，最后將數(shù)值與監(jiān)控界面的設(shè)定值進行比較得到偏差，發(fā)出控制執(zhí)行機構(gòu)的信號，控制各個模塊的動作。3.1.2電磁閥電磁閥是用電磁鐵推動閥門的開啟與關(guān)閉動作的電動執(zhí)行器，主要優(yōu)點是體積小、動作可靠、維修方便、價格便宜，通常用于口徑在100mm以下的兩立式控制中，尤其多用于接通、切斷或轉(zhuǎn)換氣路或液路等，工業(yè)上常用的電磁閥有：兩通、三通、四通、低壓和高壓電磁閥，本系統(tǒng)選擇三通和四通電磁閥。3.1.3可編程控制器及其擴展模塊的選擇可編程序控制器(PLC)主要由中央處理器(CPU)、存儲器(RAM、ROM)、輸入輸出單元(I/O)、電源和編程器等幾部分組成，是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用一類可編程的存儲器，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計算和算數(shù)操作等面向用戶的指令；并通過數(shù)字式或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。具有可靠性高，抗干擾能力強；編程簡單、直觀；控制能力強；易于安裝，便于維護等優(yōu)點。如圖3.4為PLC的系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖。圖3-1PLC系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)中央處理器(CPU)是PLC的核心部件，完成邏輯運算、數(shù)字運算和協(xié)調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部各部分的工作，在系統(tǒng)程序的管理下運行，主要功能有接收并存儲由編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)，讀取輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)并存儲到相應(yīng)的存儲區(qū)，診斷電源故障和用戶程序的語法錯誤，讀取用戶程序指令，解釋執(zhí)行用戶程序，完成數(shù)字運算、邏輯運算、數(shù)據(jù)傳遞等任務(wù)，刷新輸出映像，將輸出映像內(nèi)容送至輸出單元。由高空作業(yè)車的設(shè)計方案可知，作業(yè)車用兩個可編程控制器，分別負責高空作業(yè)平臺和地面轉(zhuǎn)臺。在高空作業(yè)車轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)中，共需要26個輸入點，27個輸出點需要I/O至少53個，15個模擬量輸入點，16個模擬量輸出點，則有11個數(shù)字量輸入點，11個數(shù)字量輸出點，所用到的擴展模塊較多，涉及較多的輸入/輸出端口，因此選取CPU226作為轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)的主機。圖3-2CPU226實物結(jié)構(gòu)圖當主機點數(shù)不夠或者處理的信息是模擬量時，就必須使用擴展的接口模塊。S7-200PLC的接口模塊有數(shù)字量模塊、模擬量模塊和智能模塊等，例如：數(shù)字量輸入模塊EM221、數(shù)字量輸出模塊EM222、數(shù)字量輸入/輸出模塊EM223、模擬量輸入模塊EM231、模擬量輸出模塊EM232、模擬量輸入/輸出模塊EM235。擴展模塊內(nèi)部沒有中央控制器，必須與CPU相連，使用CPU模塊的尋址功能，對模塊上的IO接口進行控制；擴展模塊由CPU模塊通過擴展接口提供正常工作所需要的+5VDC電源；擴展模塊秉承了整體式PLC的結(jié)構(gòu)特點，也吸收了模塊式PLC便于擴展的優(yōu)勢，其結(jié)構(gòu)緊湊，與CPU模塊同寬同高不同長度，擴展模塊連接時，將排線插到主機和擴展模塊的插槽上，擴展后與CPU形成一個長擴展模塊連接時，將排線插到主機和擴展模塊的插槽上，擴展后與CPU形成一個長方體結(jié)構(gòu)，I/O口和數(shù)字量輸入/輸出的命名不需要特別設(shè)置，只需要按照編址規(guī)則直接使用。在轉(zhuǎn)臺控制器中，有15個模擬量輸入，16個模擬量輸出，剩余11個數(shù)字量輸入，11個數(shù)字量輸出，本文采用2個EM231八個模擬量輸入型，4個EM232四個模擬量輸出型可以滿足控制系統(tǒng)模擬量輸入/輸出點的要求。在高空作業(yè)車作業(yè)平臺控制系統(tǒng)中，共需要10個輸入點，15個輸出點需要I/O至少25個，2個模擬量輸入，3個模擬量輸出，選取CPU226作為轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)的主機。模擬量輸入模塊采用EM231（AI4）模塊，采用國產(chǎn)6ES7231-0HC22-0XA8型號，選用其中AIW0、AIW2兩輸入端口作為X、Y方向傾角傳感器電壓（24V）輸入端。模擬量輸出模塊采用EM232（AQ4）模塊。系統(tǒng)電路I/O口的分配控制器針腳分配原則：根據(jù)設(shè)計任務(wù)要求，高空作業(yè)車要實現(xiàn)行走、轉(zhuǎn)向、變幅、伸縮、回轉(zhuǎn)、調(diào)平等各種技術(shù)要求，通過對可編程控制器CPU226針腳的了解，依據(jù)其針腳分配應(yīng)遵循的原則對其針腳分配，原則如下：盡量選擇控制器的輸入/輸出信號與控制對象相匹配，并且使控制器可以直接驅(qū)動，減少電路線的數(shù)量，簡化控制方案，避免多余的驅(qū)動電路和外部數(shù)字量模擬量的轉(zhuǎn)換，提高PLC控制器的系統(tǒng)可靠性。高空作業(yè)車實現(xiàn)的控制功能較多，所用的針腳也多，這樣各個模塊之間的傳輸回路會錯綜復(fù)雜，如果各個模塊由一個控制器控制，那么根據(jù)就近原則，選擇有相同針腳的模塊放在一起，減少針腳的數(shù)量及傳輸線路。為確保將來的控制器的引腳和系統(tǒng)功能的擴展，平臺控制器和轉(zhuǎn)臺控制器的引腳都應(yīng)留下備用的引腳的百分之十，便于以后增加其他功能的引腳。轉(zhuǎn)臺控制器的針腳分配和平臺控制器針腳分配見表3-4和表3-5。表3-4PLC的轉(zhuǎn)臺控制器I/O端口分配啟動I0.0停止I0.1行駛系統(tǒng)檔位選擇開關(guān)I0.2馬達排量選擇電磁閥信號Q0.0馬達轉(zhuǎn)速傳感器I0.3行駛制動電磁換向閥Q0.1系統(tǒng)油路壓力傳感器I0.4行走變量泵比例閥信號Q0.2Q0.3行駛操縱手柄I0.5驅(qū)動啟用開關(guān)I0.6踏板開關(guān)I0.7作業(yè)車轉(zhuǎn)向作業(yè)車轉(zhuǎn)向按鈕I1.0I1.1三位四通電磁換向閥Q0.4Q0.5驅(qū)動啟用按鍵I1.2轉(zhuǎn)向電磁換向閥Q0.6作業(yè)臂伸縮作業(yè)臂伸縮油缸位移傳感器I1.3兩位三通電磁換向閥Q1.0Q1.1作業(yè)臂伸縮控制手柄I1.4PWM調(diào)節(jié)比例流量閥Q1.2平臺稱重傳感器I1.5作業(yè)臂縮回限位指示燈Q2.3平臺水平傳感器I1.6作業(yè)臂伸出限位指示燈Q2.4液壓缸位移傳感器I1.7液壓缸速度傳感器I2.0液壓缸壓力傳感器I2.1I2.2功能啟用開關(guān)I2.3作業(yè)臂變幅作業(yè)臂變幅控制手柄I2.4兩位三通電磁換向閥Q1.3Q1.4作業(yè)臂傾角傳感器I2.5PWM調(diào)節(jié)比例流量閥Q1.5變幅油缸速度傳感器I2.6作業(yè)臂下降限位指示燈Q2.5作業(yè)臂上升限位指示燈Q2.6轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)工作平臺控制手柄I3.0三位四通電磁換向閥Q1.6Q1.7回轉(zhuǎn)行程開關(guān)I3.1I3.2PWM調(diào)節(jié)比例流量閥Q2.0整車行走變頻器復(fù)位I3.3平臺轉(zhuǎn)向左限位指示燈Q3.0作業(yè)臂伸縮變頻器復(fù)位I3.4平臺轉(zhuǎn)向右限位指示燈Q3.1作業(yè)臂變幅變頻器復(fù)位I3.5電鈴Q3.2發(fā)動機啟動異常指示燈Q3.3工作平臺稱重過壓指示燈Q3.4工作平臺非水平指示燈Q3.5燃油不足指示燈Q3.6表3-5PLC的工作平臺控制器I/O端口分配工作平臺調(diào)平啟動I0.0平臺左前支腿下降信號Q0.0停止I0.1平臺左后支腿下降信號Q0.1輔助支腿撤回按鈕I0.2平臺右前支腿下降信號Q0.2平臺左前支腿下降I0.3平臺右后支腿下降信號Q0.3平臺左后支腿下降I0.4輔助支腿下降信號Q0.4平臺右前支腿下降I0.5平臺左前支腿撤回信號Q1.0平臺右后支腿下降I0.6平臺左后支腿撤回信號Q1.1X方向傳感器輸入AIW0平臺右前支腿撤回信號Q1.2Y方向傳感器輸入AIW2平臺右后支腿撤回信號Q1.3輔助支腿撤回信號Q1.4工作平臺轉(zhuǎn)向平臺轉(zhuǎn)向控制手柄I0.7平臺轉(zhuǎn)向左限位指示燈Q0.5平臺轉(zhuǎn)向右限位指示燈Q0.6兩位三通電磁換向閥Q1.5Q1.6轉(zhuǎn)向電磁換向閥Q0.7高空作業(yè)車電氣控制原理圖分為主電路和輔助電路兩部分，主電路是電控電路中大電流通過的部分，包括電源到電動機之間的電氣元件，由隔離開關(guān)、熔斷器、接觸器等組成，控制電路由按鈕、接觸器、限位開關(guān)等組成，實現(xiàn)作業(yè)車的前進、后退，作業(yè)臂伸縮、變幅，平臺、轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)等功能，其電路圖如下圖所示。圖3-3高空作業(yè)車電控系統(tǒng)主電路示意圖圖3-4高空作業(yè)車電控系統(tǒng)控制電路示意圖高空作業(yè)車電控系統(tǒng)電路圖中，按下隔離開關(guān)，引入三相電源。按下控制電路中的按鈕SB2，常開觸點閉合，接觸器KM得電吸合，主電路的接觸器KM得電吸合，總電源得電。按下常開觸點SB3，常開觸點閉合，常閉觸點斷開，接觸器KM3失電，與常開觸點回路實現(xiàn)自鎖，接觸器KM1得電，主電路中的接觸器KM1得電吸合，使電動機正轉(zhuǎn)實現(xiàn)整車的前進，當整車前進到規(guī)定的位置后，限位開關(guān)SQ3作用，作業(yè)車撞擊限位開關(guān)，常閉觸點斷開，使接觸器KM1失電，主電路接觸器KM1失電斷開，電動機停止運轉(zhuǎn)，使整車停止作業(yè)，同時SQ3常開觸點閉合，報警電路動作，提醒作業(yè)人員采取措施。其余的電路工作原理類似。由第二章分析可知，整車的行走、作業(yè)臂的伸縮和變幅需要速度控制，早期采用接觸器、繼電器系統(tǒng)控制，由于頻繁的動作和高壓作用，經(jīng)常會出現(xiàn)觸點燒損現(xiàn)象，而且電阻箱受環(huán)境因素的影響較大，溫度的變化會影響電阻值的大小，濕度也會使電阻箱腐蝕等等，容易造成安全隱患。在高空作業(yè)車電控系統(tǒng)中，根據(jù)高效、經(jīng)濟因素考慮，采用西門子MM420變頻器，對于電控系統(tǒng)的3個變頻器，都采用通信控制，對不同的變頻器的控制，將變頻器進行地址編號。在程序控制中，通過對不同地址的變頻器發(fā)送控制命令，實現(xiàn)對不同變頻器的控制，即對控制不同設(shè)備的變頻器，只要改變其地址的參數(shù)值，在本系統(tǒng)中，控制整車行走變頻器的地址為1，控制作業(yè)臂伸縮的變頻器的地址為2，控制作業(yè)臂變幅的變頻器的地址為3。平臺控制器的針腳分配和轉(zhuǎn)臺控制器的針腳分配如下圖所示：圖3-3電源接線原理圖圖3-4轉(zhuǎn)臺控制器部分接線圖轉(zhuǎn)臺控制器的轉(zhuǎn)臺接線圖、作業(yè)臂的伸縮和變幅接線圖見附錄。圖3-5平臺控制器的針腳分配4高空作業(yè)車電控系統(tǒng)的軟件設(shè)計4.1編程軟件開發(fā)環(huán)境S7系列PLC的程序開發(fā)利用的是STEP7-Micro/WIN軟件，該軟件功能強大，界面友好，并有方便的聯(lián)機幫助功能，利用該軟件開發(fā)PLC應(yīng)用程序，設(shè)置PLC的工作方式和參數(shù)，上載和下載用戶程序，進行程序的運行監(jiān)控，實時監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。上載高空作業(yè)車電控系統(tǒng)的程序即將PLC中的相應(yīng)程序和數(shù)據(jù)通過通信設(shè)備（PC/PPI電纜）上載到計算機中進行程序的檢查和修改；下載高空作業(yè)車電控系統(tǒng)中各個模塊的控制程序、數(shù)據(jù)和CPU組態(tài)參數(shù)，通過通信設(shè)備下載到PLC中進行運行調(diào)試，直至程序編譯成功。啟動STEP7-Micro/WIN軟件，其主界面如圖所示：圖4-1STEP7-Micro/WIN主界面在STEP7-Micro/WIN軟件操作界面中，包括以下組件：菜單、工具條、瀏覽條、項目/指令樹、局部變量表、程序編輯器窗口、輸出窗口、狀態(tài)條、符號表/全局變量表窗口、狀態(tài)圖窗口、數(shù)據(jù)塊/數(shù)據(jù)初始化程序窗口等。4.2PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計4.2.1電控系統(tǒng)主程序設(shè)計如下圖所示是高空作業(yè)車電控系統(tǒng)的主程序流程圖，其主要功能是完成各個子程序模塊協(xié)調(diào)和調(diào)用，如果模塊調(diào)用達到規(guī)定的限位，則調(diào)用報警子程序，報警程序?qū)崿F(xiàn)聲光報警。按下消鈴按鍵可是電鈴?fù)Ｖ锅Q響，按下急停按鍵可停止作業(yè)車的動作。（1）當主電路的接觸器閉合后，總電源得電，按下某一個模塊的開關(guān)時，常開觸點閉合，常閉觸點斷開，該模塊的兩個動作實現(xiàn)互鎖，對應(yīng)動作的接觸器得電，決定相應(yīng)電機的正反轉(zhuǎn)。電控系統(tǒng)的某一控制模塊得電后，首先進行系統(tǒng)的安全自檢，即平臺調(diào)平、平臺過載、電機是否正常啟動，安全裝置是否正常作業(yè)等。（2）當系統(tǒng)完成自檢后，系統(tǒng)根據(jù)實際工作環(huán)境調(diào)用電控系統(tǒng)的控制模塊，當控制模塊作業(yè)到規(guī)定的限位時，限位開關(guān)常閉觸點斷開，常開觸點閉合，是正在作業(yè)的動作停止，常開觸點閉合，指示燈電路和報警電路導(dǎo)通，指示燈閃爍、電鈴鳴響，提醒作業(yè)人員采取措施。（3）在執(zhí)行完特定的子程序后，電控系統(tǒng)根據(jù)實際作業(yè)情況調(diào)用其他子程序，如果沒有其他信號輸入，則結(jié)束主程序和子程序的流程。圖4-2電控系統(tǒng)主程序流程圖4.2.2電控系統(tǒng)子程序設(shè)計在本文的第三章節(jié)已經(jīng)指明各個控制子程序系統(tǒng)的基本要求，并提出了控制方案，根據(jù)以上的控制方案進行子程序系統(tǒng)軟件流程圖的設(shè)計，依據(jù)流程圖編寫梯形圖程序，具體程序見附錄。行駛系統(tǒng)控制程序流程圖圖4-3行駛系統(tǒng)控制程序流程圖行駛系統(tǒng)控制程序流程圖4-3所示，主程序調(diào)用行駛系統(tǒng)子程序，當有行駛信號輸入時，當行駛信號輸入值小于等于給定值時，則整車后退，否則整車前進。根據(jù)實際作業(yè)情況，選擇檔位開關(guān)信號，控制作業(yè)車行駛的速度。當檔位信號為高速檔時，信號傳送至轉(zhuǎn)臺控制器，經(jīng)控制器處理后，控制馬達大排量工作，否則，馬達小排量工作，從而控制車速的高低。地面轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)程序流程圖圖4-4地面轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)程序流程圖地面轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)程序流程圖如圖所示，在主程序進入轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)向控制模塊后，首先判斷腳踏開關(guān)是否閉合，若腳踏開關(guān)信號判斷為假，則轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)向程序結(jié)束，否則輸入轉(zhuǎn)向按鈕信號，如果轉(zhuǎn)向左按鈕按下，即I1.0得電，其對應(yīng)的三位四通電磁換向閥得電，實現(xiàn)地面轉(zhuǎn)臺的左轉(zhuǎn)向功能；如果轉(zhuǎn)向右按鈕按下，即I1.1得電，其對應(yīng)的三位四通電磁換向閥得電，實現(xiàn)地面轉(zhuǎn)臺的右轉(zhuǎn)向功能；如果左右轉(zhuǎn)向到達各自的限位，相應(yīng)的左右指示燈閃爍，并且電鈴鳴響，提醒作業(yè)人員采取措施。作業(yè)臂變幅控制系統(tǒng)程序流程圖圖4-5作業(yè)臂變幅控制系統(tǒng)程序流程圖作業(yè)臂變幅控制系統(tǒng)程序流程圖如圖所示，腳踏開關(guān)和功能啟用開關(guān)、工作平臺水平傳感器和稱重傳感器用于監(jiān)測高空作業(yè)車是否可以進行正常作業(yè)，當一切都滿足要求后，變幅操縱手柄進行信號采集，當操縱手柄下降信號小于下降給定值時，變幅控制手柄前推，控制器給兩位三通電磁換向閥Q1.4得電Q1.3斷電，實現(xiàn)作業(yè)臂的上升功能；當操縱手柄上升信號大于上升給定值時，變幅控制手柄后拉，控制器給兩位三通電磁換向閥Q1.3得電Q1.4斷電，實現(xiàn)作業(yè)臂的下降功能。作業(yè)臂變幅油缸傾角傳感器、變幅油缸速度傳感器液壓油缸壓力傳感器用于檢測作業(yè)臂變幅的運動狀態(tài)并反饋給控制器。當作業(yè)臂上升、下降到達各自的限位時，其對應(yīng)的限位開關(guān)作用，電鈴報警同時對應(yīng)的指示燈閃爍，提醒作業(yè)人員采取相關(guān)措施，按下控制面板的消鈴鍵，報警電鈴?fù)Ｖ锅Q響；按下總停按鍵可停止作業(yè)臂的變幅動作。作業(yè)臂伸縮控制系統(tǒng)程序流程圖圖4-6作業(yè)臂伸縮控制系統(tǒng)程序流程圖作業(yè)臂伸縮控制系統(tǒng)程序流程圖如圖所示，安全裝置腳踏開關(guān)和功能啟用開關(guān)作用，工作平臺水平傳感器和稱重傳感器用于監(jiān)測高空作業(yè)車平臺水平度和負重質(zhì)量，當一切都滿足要求后，作業(yè)臂伸縮操縱手柄進行信號采集，當伸出操縱手柄信號大于伸出給定值時，作業(yè)車伸縮控制手柄前推，控制器給兩位三通電磁換向閥Q1.0得電Q1.1斷電，控制器根據(jù)手柄前推信號的大小調(diào)節(jié)變幅油缸比例流量閥，實現(xiàn)作業(yè)臂的伸出功能；當縮回操縱手柄信號小于縮回給定值時，作業(yè)車伸縮控制手柄后拉，控制器給兩位三通電磁換向閥Q1.1得電Q1.0斷電，控制器根據(jù)手柄后拉信號的大小調(diào)節(jié)變幅油缸比例流量閥，實現(xiàn)作業(yè)臂的縮回功能。作業(yè)臂伸縮油缸位移傳感器、伸縮油缸速度傳感器用于檢測伸縮臂的運動狀態(tài)反饋給控制器。當作業(yè)臂伸出、縮回到達各自的限位時，其對應(yīng)的限位開關(guān)作用，電鈴報警同時對應(yīng)的指示燈閃爍，提醒作業(yè)人員采取相關(guān)措施，按下控制面板的消鈴鍵，報警電鈴?fù)Ｖ锅Q響；按下總停按鍵可停止作業(yè)臂的伸縮動作。工作平臺回轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)程序流程圖圖4-7工作平臺回轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)程序流程圖工作平臺回轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)程序流程圖如圖所示，腳踏開關(guān)和功能啟用開關(guān)用于監(jiān)測高空作業(yè)車是否可以進行正常作業(yè)，當一切都滿足要求后，平臺回轉(zhuǎn)操縱手柄進行信號采集，當回轉(zhuǎn)手柄信號大于右轉(zhuǎn)給定值時，控制器兩位三通電磁換向閥右位得電，調(diào)節(jié)平臺回轉(zhuǎn)比例流量閥，實現(xiàn)工作平臺的右轉(zhuǎn)向功能；當回轉(zhuǎn)手柄信號小于左轉(zhuǎn)給定值時，控制器兩位三通電磁換向閥左位得電，調(diào)節(jié)比例流量閥，實現(xiàn)工作平臺的右轉(zhuǎn)向功能。當工作平臺左轉(zhuǎn)向、右轉(zhuǎn)向到達各自的限位時，其對應(yīng)的限位開關(guān)作用，電鈴報警同時對應(yīng)的指示燈閃爍，提醒作業(yè)人員采取相關(guān)措施，按下控制面板的消鈴鍵，報警電鈴?fù)Ｖ锅Q響；按下總停按鍵可停止作業(yè)平臺的回轉(zhuǎn)功能。平臺調(diào)平控制系統(tǒng)程序流程圖圖4-8平臺調(diào)平控制系統(tǒng)程序流程圖平臺調(diào)平控制系統(tǒng)程序流程圖如圖4-8所示，當按下啟動按鍵后，平臺調(diào)平系統(tǒng)開始工作，在調(diào)平工作平面上建立二維坐標，x軸表示左右方向，y軸表示前后方向，如果先對x軸進行調(diào)平，左前支腿和右前支腿高度進行比較，左后支腿和右后支腿進行比較，并將各組支腿較低的一端升高，使得x軸方向上兩組支腿到達要求的精度。同理，再對y軸方向進行支腿調(diào)平，使調(diào)平工作平面的四個支腿高度都在要求的精度內(nèi)，在兩個調(diào)平方向均達到調(diào)平精度后，放穩(wěn)輔助支腿，調(diào)平工作完成。報警控制系統(tǒng)程序流程圖圖4-9報警控制系統(tǒng)程序流程圖報警控制系統(tǒng)程序流程圖如圖4-9所示，當一切安全裝置都滿足要求后，根據(jù)主程序調(diào)用的子程序的工作情況，若要調(diào)用該報警子程序，根據(jù)各子程序的限位規(guī)定，到達某一限位，相應(yīng)的子程序限位開關(guān)動作，電鈴鳴響，相應(yīng)指示燈閃爍，提醒作業(yè)人員采取相關(guān)措施，按下控制面板的消鈴鍵，報警電鈴?fù)Ｖ锅Q響；按下總停按鍵可停止子程序的報警功能。5基于MCGS的高空作業(yè)車組態(tài)監(jiān)控5.1PLC組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的組成PLC控制裝置可以方便的組成工業(yè)現(xiàn)場控制及各種功能的控制系統(tǒng)。為了能夠?qū)崿F(xiàn)分散控制和集中管理，建立良好的人機界面，實現(xiàn)對高空作業(yè)車電控系統(tǒng)工作狀態(tài)的實時動態(tài)監(jiān)控，在PLC高空作業(yè)車控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上設(shè)計計算機組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)。5.1.1PLC組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)基于MCGS組態(tài)軟件的PLC監(jiān)控系統(tǒng)的典型硬件結(jié)構(gòu)如圖5-1所示。圖5-1PLC監(jiān)控系統(tǒng)的典型硬件結(jié)構(gòu)在圖5-1中，PLC與上位機之間通過RS232或RS485串行線路連接進行通信，PLC作為可靠性極高的下位機主要承擔對高空作業(yè)車電控系統(tǒng)的直接控制功能；上位機在MCGS環(huán)境下主要承擔監(jiān)控管理功能，同時兼?zhèn)洳糠挚刂乒δ?，以實現(xiàn)遠程控制。5.1.2組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)運行在上位機中利用MCGS提供的工具，按一定的步驟設(shè)計PLC工作狀態(tài)下的計算機圖形監(jiān)控的組態(tài)編程，在對現(xiàn)場設(shè)備測試正常后，即可實現(xiàn)現(xiàn)場PLC對被控對象工作轉(zhuǎn)臺的計算機圖形監(jiān)控。在上位機圖形監(jiān)控界面中的仿真工作流程與現(xiàn)場的實際生產(chǎn)動作同步，便于操作人員遠程掌握現(xiàn)場情況，并對部分設(shè)備進行遠程控制。在上位機圖形監(jiān)控界面中的仿真工作流程與現(xiàn)場的實際生產(chǎn)動作同步，便于操作人員遠程掌握現(xiàn)場情況，并對部分設(shè)備進行遠程控制。5.2MCGS組態(tài)仿真軟件MCGS(MonitorandControlGeneratedSystem，監(jiān)視與控制通用系統(tǒng))是一套基于Windows平臺，用于快速構(gòu)造和生成上位機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，主要完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)測、前端數(shù)據(jù)的處理與控制，具有功能完善、操作簡便、可視性好、可維護性強的突出特點。通過與高空作業(yè)車模塊的硬件設(shè)備結(jié)合，可以快速、方便的進行現(xiàn)場采集、數(shù)據(jù)處理和動作控制。作業(yè)人員只需要通過簡單的模塊化組態(tài)就可構(gòu)造自己的應(yīng)用系統(tǒng)，如可以靈活組態(tài)各種智能儀表、數(shù)據(jù)采集模塊，無紙記錄儀、無人值守的現(xiàn)場采集站、人機界面等專用設(shè)備。5.2.1MCGS的基本功能（1）簡單的可視化操作界面（2）豐富、生動的多媒體畫面（3）強大的網(wǎng)絡(luò)功能（4）多樣化的報警功能（5）實時數(shù)據(jù)庫為用戶分步組態(tài)提供極大方便（6）控制方便復(fù)雜的運行流程（7）良好的可維護性和可擴充性5.3MCGS組態(tài)環(huán)境本文用MCGS6.2通用版來對高空作業(yè)車電控系統(tǒng)的工作狀態(tài)進行仿真。該軟件包括組態(tài)環(huán)境和運行環(huán)境兩個部分。組態(tài)環(huán)境相當于一套完整的工具軟件，幫助作業(yè)人員設(shè)計和構(gòu)造應(yīng)用系統(tǒng)。運行環(huán)境按照組態(tài)環(huán)境中構(gòu)造的組態(tài)工程，以作業(yè)人員指定的方式運行，并進行各種處理，完成用戶組態(tài)設(shè)計的目標和功能。打開“MCGS組態(tài)環(huán)境”選項，進入“MCGS組態(tài)環(huán)境”，該軟件所建立的工程由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實時數(shù)據(jù)庫和運行策略五部分組成，如下圖所示，在組態(tài)工程設(shè)計中，需要對每一部分分別進行組態(tài)操作，實現(xiàn)相應(yīng)的功能。圖5-2MCGS組態(tài)軟件構(gòu)成主控窗口：工程的主窗口或主框架。在主控窗口中可以設(shè)置一個設(shè)備窗口和多個用戶窗口，負責調(diào)度和管理這些窗口的打開或關(guān)閉。主要的組態(tài)操作包括：定義工程的名稱，編制工程菜單，設(shè)計封面圖形，確定自動啟動的窗口，設(shè)定動畫刷新周期，指定數(shù)據(jù)庫存盤文件名稱及存盤時間等。出設(shè)備，注冊驅(qū)動設(shè)備程序，定義連接和驅(qū)動設(shè)備用的數(shù)據(jù)變量。（2）用戶窗口：用戶界面窗口設(shè)置用于人機交互，如各種動畫顯示、報警輸出、數(shù)據(jù)及曲線圖表。注冊驅(qū)動設(shè)備程序，定義連接和驅(qū)動設(shè)備用的數(shù)據(jù)變量。(3)用戶窗口：用戶界面窗口設(shè)置用于人機交互，如各種動畫顯示、報警輸出、數(shù)據(jù)及曲線圖表。(4)實時數(shù)據(jù)庫：工程各個部分的數(shù)據(jù)交換與處理中心，將MCGS工程的各個部分連接成有機的整體。在該窗口內(nèi)定義不同類型的和名稱的變量，作為數(shù)據(jù)采集、處理、輸出控制、動畫連接及設(shè)備驅(qū)動的對象。(5)運行策略：該窗口主要完成工程運行流程的控制。高空作業(yè)車電控系統(tǒng)組態(tài)仿真如下所示：高空作業(yè)車電控系統(tǒng)組態(tài)仿真如下所示：圖5-3高空作業(yè)車用戶窗口監(jiān)控界面圖5-4設(shè)備窗口通用串口設(shè)備屬性圖5-5實時數(shù)據(jù)庫編輯界面5.4高空