基于可编程控制器的履带起重机电控系统.pdf

第 3期 总第 1 6 6期 2 0 1 1年 6月 机 械工 程与自 动 化 MECHANI CAL ENGI NEERI NG AUTOMAT1 0N NO ． 3 J u n． 文章编号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 1 1 0 3 0 1 3 9 0 3 基于可编程控制器的履带起重机 电控系统 陈 晓敏 ，王连 娜 太原重型机械集 团有限公 司 技术 中心 ，山西 太原0 3 0 0 2 4 摘要 介绍 了可编程控制器 系统在履带起 重机 电控 系统 中的应用 ，主要介绍 了控制器的硬件组成和软件组 成 等。最后 总结 了在履 带起 重机 上采 用可编 程控制器 的特点和优越性。 关键词 可编程控制器 ；履 带起 重机械 ；电控 系统 中 图分 类 号 T H2 3 1 ． 7 TP 2 7 3 文 献 标 识 码 A 0 引言 现 阶段 国 内生 产 的工 程起 重机 控 制系统 一般 采用 手动控 制 、液 控先 导控 制和 电液 比例控 制 ，这样 的控 制技术 已经不 能满 足市 场 的需求 了 。国际上 的工 程起 重机制 造商 已采用 电子 智能 控制 技术 对起重 机 的多种 功能进行系统控制 。本文对应用可编程控制器的履带 起重机 电控 系统进 行 简单 的分 析。 1 履 带起 重机 电气控 制 系统 电气 控制 系统 的主要作 用 是实现 起重 机各 种工 况 下 的动作控 制及 安全 监控 。它 是起重 机 的重要 组成 部 分 ，虽然 不能直 接决 定起重 机 的工作 性 能 ，但 对起 重 机 的使用 性能 、操控 性 、安全 性和市 场竞 争力 等很 多 方 面有着 重要 的影 响 。随着配 套机 械 、液压 系统 和 电 子 信息 等技术 的飞 速发展 ，对 履带 起重 机 电气 控制 系 统 的设计 提 出了更 高要求 。 履带 起重 机控 制系统 的 发展 ，经历 了 以下 3个 阶 段 ① 液压 比例先 导控 制系 统 电控 系统通 过继 电器 等动作 元件 实现 简单 的逻辑 控制 ，此 方案 电气线 路 复 杂 ，动作元 件多 ，如果 系统 发 生故 障 ，查 找 困难 ，维 修 不易 ；② 电液 比例 先导控 制 系统 电控 系统 主要 采 用 模拟放 大 电路 ，配 合有 可编 程功能 的控 制模 块 ，但 程序编 写 繁琐、控 制 功 能有 限；③ 可 编程 控 制 器 P L C 控 制 系统 监 测设备 元件 向控 制 器输 入操 作 机 构和液 压系统 的模拟 量 和开关 量信 号 ，控制器 通过 内 部 采样 以及软 件数据 处理后 ，直接输 出机构 和液压 系 统 所需要 的模 拟量和 开关 量控 制信号 ，通 过执 行部 件 完 成整 车的动作 控制 。 收稿 日期 2 0 1 0 1 1 2 5 ；修 回口期 2 0 1 l 一 0 3 0 4 作者简介 陈晓敏 1 9 7 9 一 ， 男， 陕西宝鸡人 ， 工程师 ， 本科 。 2 电控 系统 结构 功能 图 1为 电控 系统 结构 功能 图 。 图 1 电控 系 统 结构 功 能 图 2 ． 1 输入设 备 操 作手 柄 和脚 踏板 通 过 C A N总 线 把 数 据 发送 到 控制 器上 ，实 现对整 车 的 回转 、变 幅 、起 升 、行走 等 基本动作 的控制 ，并且 在操作手柄上设置 了使 能开 关 、喇 叭按钮 、油 门锁定 按钮 、震 动感 知装 置等 ，极 大地 提 高 了操 作 的安全性 和舒 适性 。 2 ． 2传 感 器元件 传 感器模 块 负 责 采 集 现场 各 种 参 数 如 风 速 、 水 平 、 液位 等 ，然后 将其 转换 成一个 0 V ～ 5 V 的电压 信号或者 4 m A～ 2 0 m A的 电流信 号后进行 A ／ D转 换 ，传 到 控 制 器 中。控 制 器 把 处 理 过 的 信 号 通 过 C A N总线 进 行发 送 ，显 示 器 负 责 接 收 其 所 需 要 的数 据 ，并 最终 用 虚 拟 仪 表 显 示 ，实 现 了 良好 的 人 机 界 面 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 40 机 械 工 程 与自 动 化 2 0 1 1年 第 3期 2 ． 3执 行 部 件 执行部件是整个系统的一线部件 ，是控制器经过 逻辑处 理 ，为 完成 相应 功能最终 所要 驱动 的部件 。典 型的驱 动结构 就是 由控 制器驱动 各种 阀动作 ，让油 路 导通使 马达动 作 ，并 带 动减速机 最终达 到所要 求 的动 作 。 2 ． 4发动机 发动机 产生 机械能 带动泵 提供压力 油 ，并最 终转 换 为 液压 能 ，是 整 个 系统 的动 力 源 。利 用 发 动 机 的 E C U，通 过 S A E J 1 9 3 9协议 发送 一些 相关 的发 动机运 行参数给控制器。 2 ． 5 HMI系统状 态监控 1 嵌 入式 H MI 通 过 接 收控 制器 发 送 的各 项 系 统参数 ，以虚 拟 仪 表 的形 式 进 行 集 中显 示 、文本 显 示 ，实 现 了 良好 的人 机对 话 。 2 采用智能诊断故障检测技术，通过控制器 一 系列的智能故障判断 ，在显示器上进行声音报警提 示 ，方便 故 障的检测 ，提高 了设备工 作效率 。 3 通过 C A N总线向控制器发送一系列的参数 如中位、 死区等 ，大大地方便了调试修改参数，节 省 了调 试时 间 ，缩 短 了开发周期 。 2 ． 6 C ANBU S通讯 总线 C A N是一 种 多 主工 作 方式 ，网络 上 任 意 一 个 节 点 均可 以在 总 线 空 闲 时 主 动 向 网络 其 他 节 点 发送 信 息。不分主站和从站 ，各节点 之间可以实现 自由通 讯 ，通 讯 方式 比较 灵 活 ，不 需 要 占据 地 址 等 节 点 信 息 。为 了满足不 同 的 实 时 性 要 求 ，C A N可 以分 成 不 同优先级。当多个节点同时向网络传送信息时，优先 级低的节点自动停止发送，而优先级高的节点发送信 息不受影 响。C A N采用有效位 为 8位 的短帧结构， 数据传输响应快 ，抗 干扰 能力 强。C A N数据传输 可 以一对 一发送 ，也可 以一对多 发送 。 2 ． 7力矩限制 器 起重机力矩限制器是用来保护起重机在正常工作 范围内工作的极限限位装置。它能判别操作工况，采 集数据 ，处理和传送主臂臂长、副臂臂长、主臂角 度 、工 作幅 度 、最 大 起 升 高 度 、额 定 载 荷 、实 际 载 荷、工况代码、钢丝绳倍率等数据 ，发出控制信号。 控制信号输 出方案①遵循 C A NO P E N协议 ， 将控制信号发送到 C A N总线；②将控制信号发送到 C A N总线，同时输 出硬件控 制信号，C A N总线信号 优先 。 当出现危险 情况 时 ，力矩 限制器 发 出声 光报警 ， 同时将相应信号发送给控制器，以停止危险的起重机 动作 。 2 ． 8可 编 程 控 制 器 控 制系统 主要完成整 车 的动作控制 ，如起升 、回 转 、变 幅等 ，并接 收力 限器 系统发 出的安全报警信 号 进行动作保护控制，停止相应的危 险动作 ；并通过 C A N总线将各类信息发送至显示器供操作人员判断。 3电控 系统软 件设计 3 ． 1 梯 形 图语 言 L D 梯形 图语言是使 用最 广泛 的 P L C图形编 程语 言 ， 它是 一种 特别 适合 编写逻辑 控制 的语 言。梯形 图与继 电器控制系统的电路图很相似，直观易懂 ，很容易被 熟悉继电器控制的电气人员掌握。图 2为控制器防二 次启动的控制梯形图。 zhuansu kongz hi JE N z h 。 。 一 k 。 n g h ‘ Al _ f a d 。 n gii ． z hu a n s u inp u Lf a d 。n g j l』 h u a n o 。 u u t p t p u u L c - z zh h u u a a n n s s u u _ 』 da a y u 。y u S0 。 0 日 一d y500 -- B 0 t i m e1 B d y 5 0 0厂 司 ] ’D O _ f a n g e r c i q i d o n g l ● l I h l I， c 、、 n 一 广 }MU L I I U I N T - T 0 一 T lME } I qi dong _d i n g s h i H 1 0 0 0 _ { I B O DC l _ J a n ge r c L q i do n g l l 、 l I 、， 图 2 防二次启动的控 制梯形图 3 ． 2文本 语言 S T 文本语 言 是用功 能化 的语 句代码来 编写 程序 的一 种设 计语 言 ，是一种类 似 于高级语言 的设计语 言 。在 P L C系统中，尤其是在需要大量的模拟量运算和数据 处理 时 ，通常 采用 S T语 言来编 写 控制 系统 中各个 变 量之 间复杂 的控制运算 关系 ，完成所需 的数学运算或 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m