高大空间作业平台的控制系统设计研究

论文摘要

在建筑施工领域,高空施工作业平台是不可缺少的施工设备,我国高空施工作业平台多采用脚手架、井架、龙门架、施工用电梯和各种吊装用机械设备等,这些设备的材料用量大、安装周期长、搭设高度受限制、可移动性差,因此,研究开发便捷、高效、安全的高空施工作业平台代替传统的脚手架具有重要的意义。高空作业平台(简称高空作业车)是用来运送工作人员和装备到指定高度的一种可移动工程机械设备。本文在分析高空作业平台机械系统结构、液压系统和使用功能的基础上,根据高空作业平台的安全使用要求、动作控制及其逻辑功能,提出了基于PLC的高空作业平台电气控制系统方案，主要研究内容如下：(1)首先分析了高空作业平台的机械结构、液压控制系统以及安全防护要求,确定了高空作业平台的控制和检测要求。(2)研究了高空作业平台的动作、功能和安全使用要求,在此基础上开发设计了基于PLC的电气控制系统,采用动作直接操纵、PLC检测操纵和设备状态并产生动作的约束条件的模式,确保了高空作业平台可靠安全地运行,保证了操作人员的人身安全。(3)研究了底盘调平方法,基于三点确定一个平面的原理，选择其中的三条支腿构成平面,先选取位置最低支腿的高度作为控制量,调节此支腿的高度使得一个方向的倾斜角度为0°；然后再选择次高支腿的高度为控制量,调节支腿的高度使得另一方向的倾斜角度为0°,这样使底盘被调节到一个水平面上；最后保持2个方向的倾斜角度为0°,把另外两条支腿放置地面,完成底盘调平。(4)为了提高系统的可靠性,采用了冗余设计方法,在大臂配置了双长度／角度传感器测量大臂伸缩长度和角度,研究了测量信号冗余仲裁算法,保证了长度和角度测量的准确性。(5)设计了吊篮自动调平控制电路,当吊篮倾斜超过5°时,采用手动调平方式；当吊篮的倾斜小于5°时,自动调平电路驱动调平机构可将倾斜角度调节至小于1.5°的范围内,吊篮处于水平状态。

论文目录

• 摘要
• Abstracts
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景
• 1.2 国内外现状
• 1.2.1 国外现状
• 1.2.2 国内现状
• 1.3 课题来源、研究内容及主要工作安排
• 第二章 蜘蛛型高空作业平台
• 2.1 引言
• 2.2 蜘蛛型高空作业平台的结构
• 2.3 高空作业平台液压控制系统
• 2.3.1 高空作业平台液压系统的特点
• 2.3.2 动力单元
• 2.3.3 行走驱动回路
• 2.3.4 支腿调节驱动回路
• 2.3.5 回转装置驱动回路
• 2.3.6 大臂伸缩装置驱动回路
• 2.3.7 大臂变幅装置驱动回路
• 2.3.8 小臂变幅装置驱动回路
• 2.3.9 吊篮装置驱动回路
• 2.3.10 电磁阀与平台动作的关系
• 2.4 安全防护及装置
• 2.4.1 安全防护
• 2.4.2 安全和检测装置
• 2.5 本章小结
• 第三章 高空作业平台的电气控制系统设计
• 3.1 引言
• 3.2 控制要求
• 3.2.1 高空作业车的动作及功能
• 3.2.2 安全检测
• 3.3 控制方案
• 3.4 动作控制
• 3.4.1 动力单元
• 3.4.2 行走
• 3.4.3 支腿调节
• 3.4.4 底盘调平
• 3.4.5 工作臂的动作及控制
• 3.4.6 双长度/角度传感器冗余仲裁
• 3.4.7 吊篮的动作
• 3.4.8 吊篮自动调平的实现
• 3.5 PLC的安全检测
• 3.5.1 检测装置
• 3.5.2 互锁及安全报警
• 3.6 硬件选型
• 3.6.1 传感器布置及型号
• 3.6.2 操作手柄的选型
• 3.6.3 PLC的选型
• 3.6.4 PLC的地址分配
• 3.7 本章小结
• 第四章 控制系统软件设计与实现
• 4.1 引言
• 4.2 程序设计
• 4.2.1 用户程序结构
• 4.2.2 程序框架设计
• 4.3 各模块程序设计
• 4.3.1 机器行走允许
• 4.3.2 支腿调节允许
• 4.3.3 底盘平衡
• 4.3.4 工作臂动作允许
• 4.3.5 吊篮动作允许
• 4.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢