基于PLC控制的爬棚智能控制系統(tǒng)研究

魏志魁　吳俊　魏承威

摘要：針對目前附著式升降腳手架（爬棚）自動控制方面的難題，開發(fā)了一種爬棚智能控制系統(tǒng)，采用先進的計算機、PLC和網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)，通過對提升重力和位移量的信息采集和綜合分析，實現(xiàn)對多組多榀棚架升降智能同步控制和超載自動保護，有效保障了棚架的安全運行。

關(guān)鍵詞：爬棚；PLC；智能控制；計算機技術(shù)；網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù) 文獻標識碼：A

中圖分類號：TP273 文章編號：1009-2374（2016）14-0009-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.14.005

隨著建筑物高度越來越高，為了改變傳統(tǒng)腳手架的使用材料多、成本高等缺點，附著式升降腳手架（爬棚）已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種高層建筑的建設(shè)中。但是附著升降腳手架在施工應(yīng)用中經(jīng)常會因升降中各機位運行不同步致使架體升降受阻，從而造成機具及架體超載而引發(fā)故障。目前市場沒有成熟的同步提升控制系統(tǒng)，為此我們開發(fā)了一種爬棚智能控制系統(tǒng)，有效保證了棚架升降過程的同步性，同時兼顧安全性、可靠性、操作方便性等特點。

1 爬棚智能控制系統(tǒng)簡介

爬棚智能控制系統(tǒng)應(yīng)用先進的計算機、PLC和網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)，采用通用化和模塊化設(shè)計，通過對提升重力和位移量的信息采集，經(jīng)計算機進行綜合分析后，實現(xiàn)對多組多榀架手動和自動同步升降智能化控制，并通過友好、簡潔的操作界面完成參數(shù)設(shè)置、故障自動診斷及報警、運行信息監(jiān)控和歷史數(shù)據(jù)分析功能，為棚架的安全運行提供有效保障。

2 系統(tǒng)硬件組成

2.1 基本原理

爬棚智能控制系統(tǒng)的基本組成單元為“站”，每個“站”可控制兩榀，多個“站”構(gòu)成一組，每組實現(xiàn)自動同步或各榀單獨控制。多組構(gòu)成整個爬棚智能控制系統(tǒng)。

“站”分“主站”和“分站”，每組有且只能有一個“主站”，最多可有9個分站，每組最多可控制20榀。“主站”和“分站”之間通過目前工業(yè)自動化領(lǐng)域最流行的“Profibus總線”進行連接。“主站”可連接便攜式電腦，實現(xiàn)整組自動或手動運行的智能化監(jiān)控。系統(tǒng)每組結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

2.2 系統(tǒng)組成

2.2.1 主站。主站是整組控制系統(tǒng)的核心，通過它完成與各分站以及與上位機（便攜式電腦）之間的數(shù)據(jù)交換。主站采用西門子的中型PLC（S7-300）CPU314C-2DP控制。它通過Profibus總線電纜連接分站，通過MPI電纜連接上位機。主站還可連接遠控操作盒，實現(xiàn)本站或整組的手動和自動控制。主站由一個防護等級為IP66的控制柜組成，控制柜上安裝電源和故障指示燈，具有相序、漏電、缺相、過載和短路保護。主站結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

2.2.2 分站。分站采用德國西門子公司微型PLC（S7-200）CPU224控制，它通過Profibus總線電纜與上一個和下一個分站連接，也可連接遠控操作盒，實現(xiàn)本站或整組的手動和自動控制。分站由一個防護等級為IP66的控制柜組成，控制柜上安裝電源和故障指示燈，具有漏電、過載和短路保護。分站結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示：

2.2.3 上位機。上位機由一臺便攜式電腦組成，它通過MPI電纜與主站連接，實現(xiàn)整組運行的實時監(jiān)控。

3 系統(tǒng)控制流程

爬棚智能控制系統(tǒng)有遠控盒操作和電腦操作兩種操作方式，而每一種操作都有手動和自動兩種運行方式。

以遠控盒操作方式為例：將某一站遠控操作盒上“手動/自動”鈕子開關(guān)打向“手動”位置，則只能手動控制本站兩榀單獨升降；手動方式下，無重量和同步保護；將某一站遠控操作盒上“手動/自動”鈕子開關(guān)打向“自動”位置，則本站可和其他站一起自動動作，通過遠控盒上“自動升/降”按鈕，可控制本組所有處于“自動”方式的站同時動作；自動方式下，有重量和同步保護，自動方式控制流程圖如圖4所示：

4 系統(tǒng)軟件功能

爬棚智能控制系統(tǒng)的上位機軟件通過開物2000組態(tài)軟件開發(fā)，主要由主界面、參數(shù)設(shè)置界面、監(jiān)控界面等組成。

4.1 參數(shù)設(shè)置

參數(shù)設(shè)置界面可進行本組運行參數(shù)、站榀選擇和重量設(shè)置。參數(shù)設(shè)置共兩幅界面，分別為站榀設(shè)置和運行設(shè)置。站榀設(shè)置用來選擇本組所連接的站、榀及所連接榀的設(shè)定重量，如圖5所示。運行設(shè)置用來進行電機方向選擇、同步保護是否取消、本組起始榀的工程編號和自動對本組進行預拉緊操作，如圖6所示。

4.2 監(jiān)控界面

監(jiān)控界面是系統(tǒng)運行中最常使用的界面，通過它完成運行監(jiān)控和主要操作。監(jiān)控界面分頁頭區(qū)和信息顯示區(qū)。頁頭區(qū)中部為一些常用控制按鈕，最下部顯示本組所連接的站號。常用控制按鈕包括故障復位、行程清零、重量稱量、自動升降、緊急停止。

信息顯示區(qū)共有4個分畫面，分別為運行情況、報警信息、重量記錄曲線和運行數(shù)據(jù)，其中運行情況以表格的形式顯示本組各榀在運行過程中的重量、行程實時數(shù)據(jù)和運行狀態(tài)、報警信息，并可通過截面提供的按鈕對系統(tǒng)進行控制；運行數(shù)據(jù)以柱狀顯示運行過程中的實時重量，以坐標圖顯示移動距離，微調(diào)時須通過“微調(diào)”按鈕打開微調(diào)操作區(qū)；報警信息顯示系統(tǒng)運行過程中的報警信息，分實時和歷史故障：實時故障顯示本次運行出現(xiàn)的故障信息，不保存，而歷史故障顯示本次和以前的故障信息，以便查詢，最多可保存300條信息，超過時自動刪除最前面信息；重量記錄曲線繪制系統(tǒng)每次運行時的重量變化曲線，以方便進行事后數(shù)據(jù)分析。

5 結(jié)語

爬棚智能控制系統(tǒng)通過采用計算機、PLC和網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)，實現(xiàn)對多組多榀棚架升降智能同步控制和超載自動保護，且系統(tǒng)工作穩(wěn)定、可靠，有效解決了爬棚自動控制方面的難題，保障了棚架的安全運行。

參考文獻

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作者簡介：魏志魁（1967-），男，湖南常德人，三一重工股份有限公司中級工程師，研究方向：工程機械控制系統(tǒng)設(shè)計。

（責任編輯：黃銀芳）