毕业设计（论文）-蜘蛛式空间工作平台控制系统的设计.doc

共 55 页 第 1 页 摘摘 要要 高空作业平台 是一种新型的施工机械 在建筑施工中发挥着重要作用 我国 目前高空作业车的技术水平较为落后 本文针对这一现状 分析和研究国外的先进 技术 对蜘蛛式高空作业车的电气控制系统进行设计 本文首先介绍了蜘蛛式高空作业车的发展现状 结构和性能特征 研究了高空 作业车的功能及其实现条件 在分析液压原理和电气原理的基础上 采用西门子 S7 200 控制器进行电气编程 控制高空作业车的动作 设计中包括继电器部分和 PLC 控 制部分 通过 S7 200 编程控制实现了高空作业车的行走 支腿调节 大臂操作 小 臂变幅 吊篮的空中动作等功能 同时还对车体各个部分的状态进行检测使操作人 员进行相应的操作 以保证操作人员的安全 而且本设计还进行了动作限位和安全 互锁 并带有安全报警 本设计采用 S7 200 为控制器 使用 STEP7 对 S7 200 PLC 进行编程 并通过该 软件对程序进行仿真 关键词关键词 蜘蛛式高空作业车 电气控制 可编程序控制器 仿真 共 55 页 第 2 页 ABSTRACT Aerial work platform a new type of construction machinery It plays an important role in building construction Currently the developing of aerial work platform in our country is more backward In this paper I will design the electrical control system of the trailer mounted booms in the basis of analysis and research other countries advanced technology This paper at first introduces the trailer mounted booms development status structure and performance characteristics studies the function and implementation conditions In the analysis of hydraulic and electrical principles theory used Siemens S7 200 controller establishment electrical program ming to control trailer mounted booms movements This design includes relay part and PLC control part through the S7 200 programming control Aerial walking leg adjustment boom operation arm amplitude and basket air movement and other functions at the same time we also use many kinds of sensor to detect the status of the trailer mounted boom lift The operator will take corresponding operations to control the machine in order to prevent operator from dangers This design also contains action limitation the safety interlock and safety alarm This design take S7 200 as controller and use STEP7 make programming we also use this software simulation of the process KeyKey wordswords Trailer mounted boom Electrical control PLC Simulation 目录目录 摘 要 1 ABSTRACTABSTRACT 2 目录 3 第一章 绪论 5 共 55 页 第 3 页 1 1 引言 5 1 2 国内外空间工作平台的研究现状和发展趋势 5 1 2 1 国外空间工作平台的研究现状和发展趋势 5 1 2 2 国内空间工作平台的研究现状和发展趋势 6 1 3 空间工作平台的研究内容和研究方案 7 1 3 1 空间工作平台的研究内容 7 1 3 2 空间工作平台的研究方案 7 第二章 空间工作平台简介 9 2 1 空间工作平台的机械结构和技术参数 9 2 1 1 空间工作平台的机械结构 9 2 1 2 空间工作平台的技术参数 10 2 2 空间工作平台的液压控制系统分析 11 2 3 空间工作平台控制与操作 12 第三章 空间工作平台电气控制系统结构 15 3 1 空间工作平台电气控制系统 15 3 1 1 电气控制系统结构 15 3 2 控制要求及实现功能 16 3 2 1 总控制面板 16 3 2 2 动力的启停 17 3 2 3 检测部分 18 3 2 4 地面控制面板 19 3 2 5 吊篮控制面板 20 3 2 6 PLC 的选型 21 第四章 空间工作平台电气控制系统 26 4 1 空间工作平台电气控制系统的设计 26 4 1 1 动力启停 26 4 1 2 系统检测部分 30 4 1 3 地面控制板操作平台选择 35 4 1 4 吊篮控制板操作平台电气控制 41 第五章 高空作业车电气控制系统程序及仿真 44 5 1 高空作业车电气控制系梯形图 44 5 2 仿真 50 共 55 页 第 4 页 总结与展望 52 参考文献 54 致谢 55 毕业设计 论文 报告纸 共 55 页 第 5 页 装 订 线 第一章第一章 绪论绪论 1 1 引言引言 空间作业平台又称高空作业车 其四条支腿与蜘蛛的外形有些相似 因此国外 又称为蜘蛛车 高空作业车作为工程机械领域的一个重要分支 广泛应用于建筑 市政 工厂 园林 住宅 机场等场所 从事施工 安装 维护 消防 抢险救灾 等工作 作业结构简单 操作方便 安全可靠 外型美观 高空作业机械是新兴的 技术产业 有着广阔的发展前景 由于国内高空作业车的研究和生产技术水平落后 于国外 国外产品技术先进 种类齐全 具有良好的安全性和使用性以及完善的维 修和技术支持体系 对国内高空作业机械制造企业的冲击很大 因此 很有必要在 对国内外高空作业车的控制技术进行分析和对比的基础上 研究 设计和优化高空 作业车控制系统 以改进高空作业车的工作性能 开发研制机动灵活 技术含量高 安全可靠的高空作业机械 1 2 国内外空间工作平台的研究现状和发展趋势国内外空间工作平台的研究现状和发展趋势 1 2 1 国外空间工作平台的研究现状和发展趋势国外空间工作平台的研究现状和发展趋势 国外高空作业平台的发展较早 有近四十几年的历史 但现代化设计的作业平 台的历史也只有十几年时间 高空作业机械伴随着新技术的不断应用取得了长足的 发展 现在已形成一个完整的专用产品研发 生产体系 形成了一个非常大的行业 并且成立了国际化组织 TC214 涌现出一批国际知名的专业生产制造企业 如英 国的西蒙 意大利的利高 芬兰的 Bronto 公司 美国的 JLG Genin Upright Snorkel 等公司 日本的多田野和爱知株式会社等 欧美及 日本等国家在高空作业车的研究方面走在世界前列 技术水平领先 如履带式高空 作业车 安全 环保 使用和维修性能好 悬浮机构高空作业车 可以克服工地路 况差 障碍物多引起的稳定性差和不安全性 相对于国内产品来说 国外产品技术 先进 种类齐全 具有良好的安全性和使用性 以及完善的维修和技术支持体系 伴随着各种新技术的不断运用 国外高空作业车的可靠性 安全性 舒适性 操作 方便性等方面都有较大提高 作业高度和作业半径都大大增加 毕业设计 论文 报告纸 共 55 页 第 6 页 装 订 线 国外高空作业车的发展趋势是是液压化 最优化 采用计算机辅助设计 轻 量化 机电液一体化 通用化 系列化 进一步提高高大空间工作平台的可靠性 安全性 舒适性 其总的趋势是 1 致力于扩大作业范围 满足不同作业的需要 2 安全与环保意识不断提高 3 零部件制造进一步向专业化 精细化 个性化发展 4 产品进一步智能化 1 2 2 国内国内空间工作平台的研究现状和发展趋势空间工作平台的研究现状和发展趋势 国内高空作业机械生产企业从 20 世纪 70 年代起步 至今已有 30 多年的历史 到目前为止 国内高空机械生产企业已由当时的 7 8 家发展到 100 余家 其中与国 外合资或合作生产的企业有 4 家 行业几个骨干企业通过近几年的技术改造 其生 产规模不断扩大 都形成了各具特色的产品系列 企业的各项主要经济指标逐步上 升 经济效益也逐年提高 基本能满足国内市场大中小型高空作业机械的需要 并有 部分产品出口 虽然这些年国内高空作业机械发展很快 但企业发展很不平衡 企 业之间出现了较大的差距 我国高空作业机械的发展主要表现在 品种数量不断增加 产品性能有较大提 高 市场份额进一步扩大 优势互补 推动了行业的技术进步 同时该行业也存在一下问题 部分企业技术创新能力较差 特殊产品仍以进口 产品为主 基础零部件配套水平较差 专业化生产水平低 小作坊式企业较多等 高空作业机械产品发展中应解决的问题 产品标准的更新问题 产品结构的调 整问题 产品销售和租赁并存发展问题 企业品牌问题 产品的国际化问题 1 3 空间作业平台研究内容和空间作业平台研究内容和研究方案研究方案 1 3 1 空间作业平台研究内容空间作业平台研究内容 本设计的研究内容是在研究国内外同类产品的基础上 进行空间工作平台控制 系统的设计 选电气元件 绘制电气控制系统原理图和控制软件梯形图 本方案中 采用西门子 S7 200 作为控制器 设计高空作业车的电气控制系统 达到通过控制面板上的按钮或旋钮来实现机器的行走 整车旋转 大臂的提升下降 毕业设计 论文 报告纸 共 55 页 第 7 页 装 订 线 与伸缩 小臂的提升与下降 吊篮的旋转与调平等功能 各个动作之间实现限位与 安全互锁 并选用 STEP7 软件进行编程调试仿真 因此 需要采用适当的方法来实 现高空作业车的电气控制 简化系统的设计 提高系统操作的可靠性 方便性 1 3 2 空间作业平台研究方案空间作业平台研究方案 高空作业车一般由液压系统 动力系统 电气控制系统 行走装置 转向装置 回转装置 伸缩臂变幅装置 作业斗横向摆动装置 操作装置 作业斗自动调平装 置及安全装置等构成 本设计主要是针对电气控制系统 本设计选用西门子 S7 200 控制器进行系统控制 设计中多处使用了传感器处理 板 把模拟信号转化为数字信号 简化了程序 也提高了安全性 高空作业车采用 220V 交流电源 由交流泵为液压泵提供动力 从而控制机器的 动作 PLC 控制系统采用 DC24V 电源 高空作业车具有总台控制 地面控制 吊篮控制三种操作方式 总台控制主要 是控制动力的启动与停止 吊篮的手动调节 地面控制和吊篮控制的选择 还有一 些检测的指示 另外还设有一停止按钮 地面控制设急停按钮 当发生意外时 只 要按下急停按钮 高空作业车停止动作 高空作业平台要实现的功能有行走 主体回转 支腿的升降 大臂的提升与下 降 大臂的伸缩 小臂的提升与下降 吊篮的旋转等 其中关于方向的控制 如吊 篮的旋转 大臂的提升与下将 支脚动作等 均用电磁阀来控制 对于高空作业机械来说 吊篮的调平设计是保证作业安全性的关键技术之一 吊篮的意外摆动 倾翻极有可能导致作业人员发生生命危险 因此 高空作业车的 故障检测系统应包括支脚是否水平 车体是否平稳 机器行走前机器是否水平 机 座是否对中 大臂是否回位 大臂动作前大臂的伸出长度和角度是否允许大臂操作 吊篮是否水平 吊篮是否超载 防碰撞系统 支腿稳定是否用压力传感器检测 支 腿的空撑 车体水平 转台和大臂的复位 大臂的伸出范围和幅度变化的角度分别 用微动开关 IDXY 双倾角传感器 行程开关 长角度传感器来检测 而吊篮是否水 平则用 IDX 单轴倾斜角传感器检测 信号的采集和实时监控 系统通过主控制器的输入输出口采集伸缩臂长度信号 各节臂架角度信号 底盘倾斜角度信号 支腿位置限位开关信号 吊篮是否平衡信 号 吊篮是否超重信号等 高空作业车的各个动作之间限位与安全互锁 当下车支腿未伸到位置 下车未 水平 限制上车的动作 当上车处于工作状态时限制下车支腿的操作 毕业设计 论文 报告纸 共 55 页 第 8 页 装 订 线 此外 在吊篮的底部安装称重传感器 将称重传感器的高低毫伏信号接入称重 限制器 当平台超过所设定的重量时 机器就会发出报警 全部动作停止 当载荷 恢复正常后 报警解除 动作恢复 毕业设计 论文 报告纸 共 55 页 第 9 页 装 订 线 第二章第二章 空间工作平台简介空间工作平台简介 2 1 高空作业车的机械结构和技术参数高空作业车的机械结构和技术参数 2 1 1 高空作业车的机械结构高空作业车的机械结构 地面总控制面板 2 1 3 9 8 5 4 7 6 1 支腿支腿 2 车轮车轮 3 转台转台 4 大臂大臂 5 小臂小臂 6 吊篮吊篮 7 吊篮控制面板吊篮控制面板 8 地面总控制面板地面总控制面板 9 地面控制面板地面控制面板 图图 2 1 高空作业车机械结构高空作业车机械结构 如图 2 1 为高空作业车的机械结构 1 支腿 4 个 它通过上下伸缩来控制车体的平衡 当 2 个支腿失压时 车体 失衡 2 车轮 4 个 控制车的行走及行走时的转向 3 转台 控制大臂的回转 4 大臂 控制吊篮的高度 可进行伸缩和变幅控制 5 小臂 控制吊篮的高度 可进行变幅控制 6 吊篮 载重 载人进行高空作业 7 吊篮控制面板 实现在吊篮上进行控制 包含大臂 小臂 吊篮 转 毕业设计 论文 报告纸 共 55 页 第 10 页 装 订 线 向操作控制 8 地面总控制面板 实现电源选择 控制面板选择 吊篮手动调平 动力的启 动等操作 9 地面控制面板 控制车的行走 支腿 转向 吊篮旋转 大臂小臂等具体操 作 2 1 2 高空作业车的技术参数高空作业车的技术参数 高空作业车的整体尺寸不一 本设计的高空作业车堆装后的长度在 6 1m 宽度 一般小于 0 83m 可以进入普通的房间 最大载重 200kg 工作高度 25m 吊篮最大 旋转角度 140 本高空作业车的负载图示如图 2 2 吊篮在工作曲线内的动作是安 全和允许的 为防止吊篮超出工作区域 除了机械的限制之外 为了实现双保险 本设计选用了多个传感器板对其进行检测 一旦有危险发生 切断控制电源 停止 所有动作 图图 2 2 2 2 高空作业车负载图示高空作业车负载图示 毕业设计 论文 报告纸 共 55 页 第 11 页 装 订 线 2 2 高空作业车液压控制系统分析高空作业车液压控制系统分析 液压系统原理如图 2 3 所示 整个油路包括执行油路 实线 和控油路线 虚线 油路连接在常态位置 1 交流电动机提供动力 在意外情况 下 可以采用手动泵提供动力 2 转向 电磁换向阀 YV1 右位接通 YV2 右位接通 当 YV3 得电 换向阀位 于左位 液压缸活塞向上运动 及其左转 YV4 得电 活塞向下运动 机 器右转 3 行走 电磁换向阀 YV1 右位接通 YV2 右位接通 YV6 位于左位时 经过 YV5 控制车体前进 后退以及速度调节 YV7 位于右位时 实现慢速行走 YV7 位于左位时 实现快速行走 4 支腿调节 YV6 右位接通 可对支腿进行调节 接通 4 个三位四通电磁阀 YV9 10 YV11 12 YV13 14 YV15 16 分别控制四个支腿 当这四个电磁 阀均为于上位时 活塞向上运动 位于下位时 活塞向下运动 当位于中 位时 处于保持状态 支腿不能动作 通过 YV5 控制调节支腿上 下的速 度 上下方向暂定 5 大臂伸缩 YV2 左位接通 YV17 得电 YV17 位于下位 YV19 处于左位 通过 YV20 控制达成伸 缩及其速度 6 大臂变幅 YV2 左位接通 YV17 得电 YV17 位于下位 YV19 处于左位 通过 YV21 控制大臂变幅及其速度 7 主回转 YV2 左位接通 YV17 得电 YV17 位于下位 YV19 位于左位 通 过 YV22 控制主回转方向 顺时针或逆时针 和速度 当 YV19 处于右位时 大臂伸缩 变幅及其主回转不能转动 但可以进行吊篮的水平调节 回转 及小臂变幅操作 8 吊篮水平调节 YV2 左位接通 YV19 得电 电磁阀 YV19 位于右位 通过 电磁换向阀 YV23 24 控制水平调节 9 吊篮回转 YV2 左位接通 YV19 得电 电磁阀 YV19 处于右位 通过电磁 换向发 YV25 26 控制液压马达 实现吊篮回转 10 小臂变幅 YV2 左位接通 YV19 得电 电磁阀 YV19 处于右位 通过电磁 换向阀 YV27 28 控制单活塞缸 实现小臂变幅 毕业设计 论文 报告纸 共 55 页 第 12 页 装 订 线 2 3 高空作业车高空作业车控制与操作控制与操作 一 地面控制面板操纵 在总台控制面板 旋转 关机 启动 旋转 S101 到启动位置 设备启动 YV1 得电 处于右位 然后 可通过 地面 吊篮 旋转开关 S102 选择由地面控 制面板或吊篮控制面板进行操纵 另外 旋转 吊篮旋转钥匙开关 S103 吊篮自 动调平 地面 吊篮 旋转开关 S102 打到 地面 处选择由地面控制面板操纵 1 行走 行走只能由地面控制面板操纵 当支腿抬起 离地 大臂完全落到初始位置时 行程开关检测 才可以进行机器的行走控制 总台控制面板的 地面 吊篮 旋转开关 S102 打到 地面 由地面控制面 板操纵 在地面控制面板上 选择开关 支腿 工作臂 行走 S202 选择开关打到 行走 位置 YV2 得电 YV2 电磁阀处于右位 操纵手柄 5 调节行走方向 前 后 和速度 通过 高速 低速 开关 S201 控制电磁阀 YV7 选择高速或低速档 2 转向 在地面控制面板上 选择开关 支腿 工作臂 行走 S202 选择开关打到 行走 位置 YV2 得电 YV2 电磁阀处于右位 控制电磁阀 YV3 和 YV4 实现转 向 左 右 3 支腿调节 在地面控制面板上 选择开关 支腿 工作臂 行走 S202 选择开关打到 支腿 位置 YV2 得电 YV2 电磁阀处于右位 YV6 电磁阀处于右位 操纵手柄 5 支腿调节速度 操纵手柄 1 手柄 2 手柄 3 手柄 4 分别控制电磁阀 YV9 YV10 YV11 YV12 YV13 YV14 YV15 YV16 实现支腿的上下调节 每个支腿设置一个压力传感器和微动开关以检测失衡和空撑 4 大臂的控制 在地面控制面板上 选择开关 支腿 工作臂 行走 202 选择开关到 工 作臂 位置 YV2 应失电 YV2 电磁阀处于左位 A 操纵手柄 1 控制电磁阀 YV20 实现大臂伸缩及速度调节 B 操纵手柄 2 控制电磁阀 YV22 实现回转及速度调节 C YV19 得电 电磁阀 YV19 处于右位 操纵手柄 3 控制电磁阀 YV25 YV26 实现吊篮的回转 毕业设计 论文 报告纸 共 55 页 第 13 页 装 订 线 D YV19 得电 电磁阀 YV19 处于右位 操纵手柄 4 控制电磁阀 YV27 YV28 实现小臂变幅 E 操纵手柄 5 控制电磁阀实现大臂变幅 二 吊篮控制面板操纵 通过 地面 吊篮 旋转开关 S201 打到 吊篮 处选择由吊篮控制面板进行 操纵 吊篮控制面板可以操纵大臂 小臂和吊篮 1 大臂伸缩 YV2 应失电 YV2 电磁阀处于左位 操纵手柄 1 控制电磁阀 YV20 实现大臂伸 缩及速度调节 2 主回转 操纵手柄 2 控制电磁阀 YV22 实现主回转及速度调节 3 吊篮水平调节 通过 吊篮旋转钥匙开关 S301 可对吊篮进行水平调节 通过总台控制面板上的 吊篮旋转钥匙开关 S103 也可对吊篮进行手动水 平调节 4 吊篮回转 YV19 得电 电磁阀 YV19 处于右位 操纵手柄 3 控制电磁阀 YV25 26 实现吊 篮回转 5 小臂回转 YV19 得电 电磁阀 YV19 处于右位 操纵手柄 4 控制电磁阀 YV27 28 实现小 臂变幅 6 大臂变幅 操纵手柄 5 控制电磁阀 YV21 实现大臂变幅 毕业设计 论文 报告纸 共 55 页 第 14 页 装 订 线 图图 2 32 3 液压图原理液压图原理 毕业设计 论文 报告纸 共 55 页 第 15 页 装 订 线 第三章第三章 空间工作平台电气控制系统结构空间工作平台电气控制系统结构 3 1 高空作业车电气控制系统高空作业车电气控制系统 3 1 1 电气控制系统结构电气控制系统结构 如图 3 1 所示为蜘蛛式高空作业车电气控制系统结构图 图图 3 13 1 蜘蛛式高空作业车电气控制结构图蜘蛛式高空作业车电气控制结构图 从图中可以看出本设计主要由几大部分构成 地面控制面板的操作 动力的选 择与启停 支腿 车身 大臂 小臂 吊篮的检测 地面控制面板的操作 吊篮控 制面板的操作 S7 200 作业车的上下车的操作 3 2 控制要求及实现功能控制要求及实现功能 3 2 1 总控制面板总控制面板 总控制面板要实现以下功能 动力选择 动力的启动与关机 鸣笛 吊篮的手动调平 地面控制吊篮控制的 毕业设计 论文 报告纸 共 55 页 第 16 页 装 订 线 选择 总控制面板布置图 3 2 所示 图图 3 23 2 总控制面板布置图总控制面板布置图 HL100 工作指示灯 机器处于正常工作状态 或使用总台控制面板时 HL100 亮 HL101 整机倾斜报警灯 当机器倾斜超过 3 5 时 指示灯亮 此时上车停止任 何操作 HL102 吊篮倾斜报警灯 当吊篮倾斜超过 5 时 指示灯亮 此时禁止吊篮旋转 和小臂的提升和下降 HL103 幅度限制报警灯 当大臂的动作伸出范围超过规定的限位值时 指示灯亮 禁止大臂伸长 HL104 支腿失衡报警灯 当 4 个支腿中有两个以上的支腿压力下降时 指示灯亮 此时 电源被切断 大臂不能降落 不能伸长 HL105 伸缩臂回位指示灯 当伸缩臂完全落下 回到初始位置时 指示灯亮 HL106 底盘失衡报警灯 底盘失衡时指示灯亮 HL107 HL108 HL109 HL110 支腿空撑报警灯 分别是左前 左后 右前 右后支腿的空撑报警灯 当某一支腿离地时 与其相应的灯亮 若有一个 支腿离地大臂禁止落下和伸出 毕业设计 论文 报告纸 共 55 页 第 17 页 装 订 线 S100 二位式选择开关 柴油机 电动机 选择动力方式 S101 二位式选择开关 关机 启动 处于关机位置时 电源和动力源被切断 高空作业车处于停止状态 处于启 动状态时 控制系统 DC24V 由蓄电池转向由交流电源提供 S102 二位式选择开关 地面控制 吊篮控制 选择地面或吊篮控制面板操纵高空作业车 S103 吊篮旋转钥匙开关 任何情况下 吊篮旋转钥匙开关对吊篮的操作都有效 吊篮旋转控制开关打到 旋转 状态时 手动控制吊篮旋转 调节吊篮到 平衡状态 SA100 喇叭按钮 当按钮按下时 蜂鸣器响 起警示作用 ST01 紧急制动按钮 急停开关 紧急情况下停止高空作业车的一切动作 3 2 2 动力的选择与动力的启停动力的选择与动力的启停 本设计中 动力采用的是电动机和柴油机双动力因此在总控制面板中有动力选 择的操作 设计主要是针对 AC220V 在主电路中有低压隔离开关 QF1 有漏电流 保护功能 交流接触器 KM0 KM1 还有热继电器 FR 电机选用 AC220V 3KW 3 2 3 检测部分检测部分 在本设计中检测部分的功能是及时的检测作业车的各个部分的工作状态 并且 及时的反应给操作人员 使操作人员能适时的操作 控制作业车的工作 本设计中检测涉及到支腿 车身 大臂 小臂 吊篮等 其中 支腿 支腿失稳检测 压力传感器 支腿空撑检测 微动开关 车体 车体倾斜程度 IDXY 双轴倾角传感器 转台复位检测 行程开关 大 臂复位检测 行程开关 大臂的伸出量和角度 长角度传感器 吊篮 吊篮的倾斜程度 单轴倾角传感器 吊篮的载重大小 力传感器 防 撞检测 防撞开关 各个检测位置图 3 3 所示 毕业设计 论文 报告纸 共 55 页 第 18 页 装 订 线 地面控制 压力传感器 微动开关 支腿 水平传感器 双轴倾角传感器 转台复位检测开关 车体 大臂复位检测开关 长度角度传感器 水平传感器 单轴倾角传感器 载荷传感器 吊篮 防撞传感器 图图 3 33 3 检测装置分布图检测装置分布图 3 2 4 地面控制面板地面控制面板 地面制面板要实现以下功能 紧急制动 支腿 行走速度选择 工作方式选择 支腿 行走 大臂伸缩 回转 吊篮回转 小臂变幅 大臂变幅的手柄控制操作 地面制面板布置图 3 4 所示 毕业设计 论文 报告纸 共 55 页 第 19 页 装 订 线 图图 3 43 4 地面控制面板布置图地面控制面板布置图 HL200 工作指示灯 当使用地面控制面板操作时 指示灯亮 HL201 过载失稳报警灯 当吊篮负载大于额定值时 指示灯亮 额定值设定为 200Kg HA201 喇叭按钮 当该按钮按下时 蜂鸣器响 起警示作用 S201 二位选择开关 高速 低速 选择 S202 三位选择开关 支腿 工作臂 行走 选择 ST20 紧急制动按钮 紧急开关 紧急情况下停止一切动作 RP 带模拟量输入的单轴操作手柄 手柄定义如表 3 1 所示 表表 3 13 1 地面控制板手柄定义 地面控制板手柄定义 选择开关手柄 RP1手柄 RP2手柄 RP3手柄 RP4手柄 RP5 支腿前左前右后左后右加速 行走转向行走控制 工作臂大臂伸缩主回转吊篮回转小臂变幅大臂变幅 毕业设计 论文 报告纸 共 55 页 第 20 页 装 订 线 3 2 5 吊篮控制面板吊篮控制面板 地面制面板要实现以下功能 吊篮自动调平 警示 大臂伸缩 主回转 吊篮回转 小臂变幅 大臂变幅的 手柄控制操作 吊篮制面板布置图如下所示 图图 3 53 5 吊篮控制面板布置图吊篮控制面板布置图 HL300 工作指示灯 当使用吊篮控制面板时 指示灯亮 HL301 整机倾斜报警灯 当整机倾斜超过 3 时 整机倾斜灯亮 此时 大臂不 能伸长也不能降低 HL302 吊篮倾斜报警灯 当吊篮倾斜超过 5 时 指示灯亮 此时 禁止吊篮旋 转和小臂的提升与下降 HL303 幅度限制报警灯 当大臂的动作伸出范围超过规定的限位值时 指示灯亮 禁止大臂伸长 HL104 支腿失衡报警灯 当 4 个支腿中有两个以上的支腿压力下降时 指示灯亮 此时 电源被切断 大臂不能降落 不能伸长 HA30 喇叭按钮 当按钮按下时 蜂鸣器响 器警示作用 S301 吊篮旋转钥匙开关 当开关打到旋转时 吊篮自动旋转 调节吊篮到平衡状 毕业设计 论文 报告纸 共 55 页 第 21 页 装 订 线 态 当检测到的吊篮倾斜大于 5 时 此时自动调平应先经过自动调平到 3 以内方可进行自动调平 ST30 紧急制动按钮 紧急开关 紧急情况下停止一切动作 RP 带模拟量输入的单轴操作手柄 手柄定义如表 3 2 所示 表表 3 23 2 吊篮控制面板手柄定 吊篮控制面板手柄定 手柄 RP1手柄 RP2手柄 RP3手柄 RP4手柄 RP5 大臂伸缩主回转吊篮回转小臂变幅大臂变幅 3 2 6 PLC 的选择的选择 S7 300 1 PLC 型号选择型号选择 可编程控制器 PLC 以微处理器为核心 将微型计算机技 自动控制技术及网 络通信技术有机地融为一体 是应用十分广泛的通用工业自动化控制装置 它具有 控制能力强 可靠性高 配置灵活 编程简单 使用方便 易于扩展等优点 是当 今及以后工业控制的主要手段和重要的自动化控制设备 西门子公司的 S7 300 400 在大中型 PLC 中应用最为广泛 市场占有率最高 S7 300 是模块式的中小型的 最多可以扩展 个模块 主要由机架 模块 信号模块 功能模块 接口模块 通信处理器 电源模块和编程是设备组成 S7300 采用紧凑和无槽位限制的模块结构 将电源模块 信号模块 功能模 块 接口模块和通信处理器等安装在导轨上 导轨为一种专门的金属机架 PLC 的硬件主要由中央处理器 CPU 存储器 输入单元 输出单元 通信接口 扩展接口 电源等部分组成 其中 CPU 是核心 输入单元与输出单元是连接现场输 入 输出设备与 CPU 之间的接口电路 通信接口用于与编程器 上位计算机等外设 连接 电气控制系统的控制器采用西门子 S7 300 其外形结构如图 3 6 所示 毕业设计 论文 报告纸 共 55 页 第 22 页 装 订 线 图图 3 63 6 西门子控制器西门子控制器 S7 300S7 300 外形外形 2 PLC 电源模块选择电源模块选择 电源模块选择 PS307 标准电源模块 额定电流为 5A 输出 DC24V 电压 如 图 3 7 所示 图图 3 73 7 标准电源模块标准电源模块 3 CPU 的选择的选择 CPU 选择 SIMATIC S7 300 CPU 313C 模块 如图 3 8 所示 图图 3 83 8 CPUCPU 模块模块 毕业设计 论文 报告纸 共 55 页 第 23 页 装 订 线 CPU 313C 系列带有集成的数字量和模拟量的输入和输出 并具有与过程相关的 功能 能够满足对处理能力和响应时间要求较高的场合 CPU 运行时需要微存储卡 CPU 自带 DI24 个 DO16 个 AI 5 个 AO 2 个 本设计共 22 个 DI 15 个 DO 无 AI AO 因此无需加 IO 扩展模块 且留有裕量 PLC 接线图 模拟量输入端如图 3 9 所示 图图 3 93 9 模拟量接线图模拟量接线图 数字量 I O 接线如图 3 10 所示 毕业设计 论文 报告纸 共 55 页 第 24 页 装 订 线 图图 3 103 10 数字量数字量 I OI O 口接线图口接线图 PLC 数字量 I O 接线图如图 3 11 所示 毕业设计 论文 报告纸 共 55 页 第 25 页 装 订 线 图图 3 113 11 数字量数字量 I OI O 接线图接线图 毕业设计 论文 报告纸 共 55 页 第 26 页 装 订 线 第四章第四章 高空作业车电气控制系统高空作业车电气控制系统 4 1 高空作业车电气控制系统的设计高空作业车电气控制系统的设计 电气控制系统是高空作业车的核心 控制着机器的所有动作以及安全检测和安 全报警 主电路选用 220V 交流电机 用来带动液压泵 为整个机器提供液压驱动 控制电路采用 DC24V 电源 包括继电器控制和 PLC 控制 两者的控制有交叉 可以实现双保险 电气控制实现的功能很多 其中 电气控制中最为重要的是吊篮的调平 由于 机器工作是会有工作人员在吊篮中操作 因此必须时刻保持吊篮的水平 当超过 5 倾斜时 要停止所有动作 以防止发生安全事故 同时 各个传感器处理板输出的数字信号也要及时送入 PLC 经过分析 通过编 程控制相应继电器线圈或者指示灯 报警灯得电 开始或停止相应的动作 应该注意 设计中每个继电器线圈都要有各自的续流二极管 由于线圈是感性 负载 断电瞬间 二极管提供泄流回路 4 1 1 电源及供电方式的选择电源及供电方式的选择 高空作业车可采用交流电动机或柴油发动机提供动力 双动力 在意外情况 下 可以采用手动泵提供动力 高空作业车控制系统采用蓄电池或交流转换成的 24VDC 交流电动机为 220VAC 3KW 由外接电源提供 电源选择图 4 12 所示 毕业设计 论文 报告纸 共 55 页 第 27 页 装 订 线 QF1QF1 QF2QF2 低压断路器 低压断路器 KM0KM0 KM1KM1 电磁式继电器 电磁式继电器 FU1FU1 熔断器 熔断器 FRFR 热继电器 热继电器 PowerPower 开关电源 开关电源 KA1KA1 KADKAD KAEKAE KA2KA2 KA3KA3 继电器 继电器 S100S100 S101S101 二位开关 二位开关 图图 4 14 1 电源及其供电方式选择图电源及其供电方式选择图 1 工作原理 1 动力选择 需要启动时先按下 QF1 旋转开关 S100 选择需要启动的动力源 当打到所 柴油机端时 继电器 KAD 得电 交流端由于互锁而停止启动 当打到交流泵端时 KAE 得电 柴油机端实现互锁 2 交直流电源的转换 选择交流泵启动后 KAE 得电 常开触电闭合 KM0 得电 KM0 常开触点闭 合 开关电源 Power 开始工作 KA1 得电 KA1 将 24V 蓄电池切断 控制系统 24VDC 电源由开关电源提供 3 动力的启停 旋转开关 S101 可选择动力的启停 当 S100 选择柴油机作为动力时 S101 通 过 KAD 的常开触电与柴油机连接控制启停 当 S100 选择动力泵作为动力时 KAE 得电 S101 选择启动后 KA3 得电 再通过 KA3 控制交流泵的启动 S101 选择停 止后 KA2 得电 控制 KA2 即可实现泵的停机 毕业设计 论文 报告纸 共 55 页 第 28 页 装 订 线 2 选型 1 QF1 QF2 低压断路器 SML400 400CP 3 如表 4 1 所示 表表 4 14 1 低压断路器低压断路器 SML400 400CP 3SML400 400CP 3 主要数据主要数据 型号带剩余电流保护壳架等级额定电流 mA 额定极限短路分断 能 KA 极数 SML400S 型 35 36 3 2 KM0 KM1 电磁继电器 CN 35 CN 23 如表 4 2 所示 表表 4 24 2 电磁继电器电磁继电器 CN 35CN 35 CN 23CN 23 主要数据主要数据 元件型号额定绝缘电压额定工作电压连续通电电流主触头额定工 作电流 最大电流及 功率 KM0CN 35690v690v60AIe AC 333A 4kw KM1CN 23690v690v35AIe AC 326A 3kw 3 FR 热继电器 RHN 10 18 如表 4 3 所示 表表 4 34 3 热继电器 热继电器 RHN 10 18RHN 10 18 主要数据主要数据 额定整流电流 范围 保护特性端子形式极数辅助触点复位方式搭配接触器 12 5 18A 18A 欠相 过载保 护 电源侧梢式负载 侧 螺丝 3P 独立 lalb手动 自动 CN 23 4 Power 开关电源 S 35 24 如表 4 4 所示 毕业设计 论文 报告纸 共 55 页 第 29 页 装 订 线 表表 4 44 4 开关电源开关电源 型号直流输出 电压 额定输出电 流 直流输出功 率 直流电压可 调范围 输入电压范 围 输入电流工作温度 湿度 S 35 2424V1 5A36W 10 170 264VAC 0 45A 23 0V 10 50 20 90 RH 5 KA 继电器 RT3S 24V 如表 4 5 所示 表表 4 54 5 继电器继电器 型号输入电压输入电流输入电压允许波动允许最大电压最大允许电流 RT3S 24V24VDC10 5mA 24VDC 10 30VDC3A 泵启动控制电路图 4 2 所示 FUFU 熔断器 熔断器 ST10ST10 按钮开关 按钮开关 图图 4 24 2 泵启动控制泵启动控制 1 工作原理 S101 选择启动后 KA3 得电 KA3 常闭触电闭合 KM1 线圈得电 KM1 常闭触电闭 合并实现自锁 交流泵与交流电源连接 泵启动 当 S101 选择停止时 KA2 得电 KA2 常闭触电断开 KM1 线圈失电泵与电源断开 实现泵的停止 毕业设计 论文 报告纸 共 55 页 第 30 页 装 订 线 4 1 2 系统检测部分系统检测部分 SA100SA100 按钮开关 按钮开关 HA100HA100 电铃电铃 S103S103 二位选择开关二位选择开关 IDXYIDXY 双轴倾角传感器 双轴倾角传感器 IDXIDX 单轴倾角传感器 单轴倾角传感器 图图 4 34 3 检测图检测图 0101 1 工作原理 机器出现紧急情况时 按 S100 可实现报警 S103 为吊篮手动调平控制开关 通过使 KA21 KA23 得电实现吊篮的上下调节 IDXY 用来检测车体的前后 左右的倾斜状况 当车身倾斜超过 3 时 KA4 线圈得电 通过 KA4 的常开触点实现报警 IDX 为单轴倾角传感器 当倾角超过 5 时 KA5 线 圈得电 通过 KA5 实现报警 2 选型 1 IDXY 双轴倾角传感器 ST IDXYmP ID 如表 4 8 所示 表表 4 64 6 ST IDXYmP IDST IDXYmP ID 数据数据 毕业设计 论文 报告纸 共 55 页 第 31 页 装 订 线 工作电压峰值电压输出电压 等级 最大电流吸收功率输出保护工作温度继电器输 出接口 24V 17 8 30 VDC 35Vdc 无触点 Imax 0 2A 45mA 1 08W 短路 电压过载 超 负荷保护 20 70 2 IDX 单倾角传感器 IS1D10 如表 4 9 所示 表表 4 74 7 IS1D10IS1D10 数据数据 测量范围工作电压轴数耗电量开关量输 出 校准精度分辨率工作温度 10 10 30VDC双轴105 40mA 0 5A 30VDC 0 1 25 0 1 40 80 检测图如图 4 4 所示 SL0SL0 SL1SL1 常开型行程开关 常开型行程开关 SL2 SL5SL2 SL5 常闭型行程开关 常闭型行程开关 图图 4 44 4 检测图检测图 0202 1 工作原理 毕业设计 论文 报告纸 共 55 页 第 32 页 装 订 线 KA44 为伸幅越限继电器的常开触点 当伸幅超限时 HL103 HL303 亮实现报警 KA46 为支腿失衡继电器常开触点 当有 2 个或 2 个以上的支腿失衡时 HL104 HL304 报警 KA45 为底部失衡报警继电器的常开触点 当车体失衡时 HL106 报警 SL0 SL1 分别为大臂回位检测和转台对中检测的常闭型行程开关 当大臂和转 台实现回位时 指示灯亮 并且向 PLC 输入一个信号 SL2 SL3 SL4 SL5 分别为左前 右前 左后 右后上用于检测支腿是否空撑 的常闭型行程开关 当支腿空撑时 相应的指示灯亮 支腿着地时 指示灯熄灭 2 选型 1 SL0 SL1 常闭型行程开关 D3M 01 SL2 SL5 常闭型行程开关 D3M 01 3 如表 4 10 所示 表表 4 84 8 行程开关行程开关 D3M 01D3M 01 主要数据主要数据 型号D3M 01D3M 01 3 容许操作频率电气 30 次 min 绝缘电阻 100M 以上 接触电阻 初始值 100m 以下 寿命电气 20 万次以上 保护结构IEC IP40 防触电等级Class 1 使用环境温度 25 85 60 RH 以下 不结冰 无凝露 使用环境湿度85 RH 以下 5 35 时 质量约 2g 动作力 OF 最大1 50N 回复力 RF 最小0 25N 预行程 PT 最大0 6mm 过行程 OT 最小0 4mm 响应差的行程 最小0 1mm 动作位置 OP 8 4 0 3mm 毕业设计 论文 报告纸 共 55 页 第 33 页 装 订 线 SP1SP1 SP4SP4 压力传感器 压力传感器 YV1YV1 YV17YV17 YV19YV19 继电器 继电器 SLD0SLD0 力传感器 力传感器 SLD1SLD1 防撞开关 防撞开关 SLD2SLD2 长 长 角度传感器角度传感器 图图 4 54 5 检测图检测图 0303 1 工作原理 SP1 SP4 分别接在四个支腿上 用来检测支腿上液压的大小 检测信号输出为模 拟量 P 的出端 ST TPC 400 的输出是模拟信号 将模拟量输出信号输入到 PLC 的模 拟量输入端即可通过 PLC 调节支腿 当 YV1 得电时液压系统才开始工作 当 YV19 得电时吊篮和小臂才能工作 而 YV17 则是控制吊篮的旋转和调平 毕业设计 论文 报告纸 共 55 页 第 34 页 装 订 线 SLD0 用来检测吊篮的载重 当吊篮超重时 KAD0 线圈得电 触点闭合实现报警 SLD1 用于检测车体可能发生的碰撞 当车与可能碰撞的物体可能发生碰撞时 KAD1 线 圈得电 KAD1 将通过 PLC 发出报警 SLD2 为大臂的长度 角度传感器 当大臂的伸 出长度或上下摆动幅度超过允许值时 KA12 线圈得电将通过 PLC 发出报警 2 选型 1 SP1 SP4 压力传感器 ST TPC 400 如表 4 11 所示 表表 4 94 9 ST TPC 400ST TPC 400 主要数据主要数据 型号最大电压灵敏度工作温度结构材料额定压力最大压力输出 TPC 40030VDC3 3mV V 20 70 不锈钢 400bar800bar4 20mA 0 5 4 5V 2 SLD0 力传感器 ST TPV 400 如表 4 12 所示 表表 4 104 10 ST TPV 400ST TPV 400 数据数据 输出信号 10 90 比例 电压 5Vdc 精度 1 FS 0 5 FS 典型值 滞后及重复性 最大 0 1 FS 补偿温度 从 20 100 温漂 0 1 FS 10K 热敏感性 量程 漂移 0 1 FS 10K 温度 从 40 105 防护等级 IP67 结构材料 抗酸不锈钢 毕业设计 论文 报告纸 共 55 页 第 35 页 装 订 线 额定压力 400bar 最大压力 1500bar 3 SLD1 防撞开关 HYKOL S 0090 10 如表 4 13 所示 表表 4 114 11 HYKOL S 0090 10HYKOL S 0090 10 主要数据主要数据 测量范 围 测量激 光 光点直 径 辅助光工作电 压 电压波 动范围 开关输 出 PNP 输出功 率 保护工作温 度范围 0 3 10m 650nm 可 见红激 光 15 50mm 10m 红光 650nm 18 30V DC 10 100mA5百万 工作温度范围 25 70 最大功耗25 时0 25W 总阻值1K 2K 3K 或5K 中位抽头电压 1M 负载 50 Vs 误差 2 中位抽头角度中位的任一侧2 5 误差 2 开关工作角度距中心 5 或 7 5 误差 1 最大供电电压 35VDC 误差 1 毕业设计 论文 报告纸 共 55 页 第