【文章內(nèi)容簡介】 （論文） 4 . 大作業(yè)幅度平臺及新型多功能高空作業(yè)車； 高空作業(yè)機械的自動控制和安全保護技術的研制； 機電、液一體化技術在高空作業(yè)車上的應用。 國外的高空作業(yè)車的發(fā)展比我們國發(fā)展得早，雖然我國部分高空作業(yè)車技術差不多達到國際水平，但還是有些差距的，要達到和國外高空作業(yè)車技術水平還需要一段時間；而目前國外的高空作業(yè)車技術發(fā)展都比較成熟，主要是他們采用信息化等多方面技術相結合，使得其性能有了大大的提高。與我國的高空作業(yè)車相比 主要優(yōu)點表現(xiàn)為： 車型多； 工作半徑大； 精度較高； 所以，我國的高空作業(yè)車技術水平要趕上國外高空作業(yè)車技術的發(fā)展水平，還須努力。 可編程控制器的產(chǎn)生 1969 年 ， 美國數(shù)字設備公司 (DEC)研制出第一臺 PLC， 在美國通用汽車自動裝配線上試用 ， 獲得了成功。這種新型的工業(yè)控制裝置以其簡單易懂 ， 操作方便 ， 可靠性高 ， 通用靈活 ， 體積小 ， 使用壽命長等一系列優(yōu)點 ， 很快地在美國其他工業(yè)領域推廣應用。到 1971年 ， 己經(jīng)成功地應用于食品 ， 飲料 ， 冶金 ， 造紙等工業(yè)。雖然 PLC 問世時間不長 ， 但是隨著微處理器的出現(xiàn) ， 大規(guī)模 ， 超大規(guī)模集成電路技術的迅速發(fā)展和數(shù)據(jù)通訊技術的不斷進步 ， PLC 也迅速發(fā)展。 可編程控制器技術的現(xiàn)狀 可編程控制器 (Programmable Logical Controller)簡稱 PC 或 PLC，是 60 年代末發(fā)明的工業(yè)控制器件，是美國數(shù)字公司 (DEC )為美國通用公司 (GM)研制開發(fā)并成功應用于汽車生產(chǎn)線上，可編程控制器自此誕生。隨著計算機技術的飛速發(fā)展， PLC 軟硬件水平與規(guī)模也發(fā)生了質(zhì)與量的變化，其控制技術也朝著智能化方向不斷發(fā)展，同時推動了先進制造技術的相應發(fā)展。現(xiàn)代 PLC 已經(jīng)成為真正 的工業(yè)控制設備。最初， PLC 主要是用在生產(chǎn)線控制和大型機械的控制上。但不久，西德的西門子 (SIEMENS)公司、 BBC 公司就開始研制 PLC，當時主要是用于軋鋼機、升降設備等大型設備上。 70 年代初，日本的 OMRON也推出了他們的 PLC。三菱、日立、富土、東芝、橫河、日電等公司也先后加入了 PLC制造者的行列。 70 年代中期，美國和西德首先出現(xiàn)了微電腦化的小型 PLC。由于 PLC 是為工業(yè)控制所生產(chǎn)的通用性很強，適合于大批量生產(chǎn)的裝置，所以成本迅速下降 。加上其是專為工業(yè)控制所設計，所以具有極好的抗干擾性能 。并且他的使用 和維護都極為方便，實現(xiàn)了低水平的操作、高性能的控制，所以在機械制造業(yè)深受歡迎。小型 PLC 開始步入諸如塑料注塑機、包裝機械、橡膠機械、紡織機械等輕工機械的控制領域，其成本的低廉南京工程學院自動化學院本科畢業(yè)設計（論文） 5 . 和性能的優(yōu)良對直接使用微機作為控制單元的做法構成了強有力的挑戰(zhàn)，更有全面取代傳統(tǒng)繼電器控制屏的趨勢。據(jù)國外資料介紹： 1982 年美國 PLC 用戶中，有 48%來自自動程序操作部門（如汽車、拖拉機工業(yè)、機械工業(yè)等）、 13%來自石油化工業(yè)、 9%來自食品飲料業(yè)、 7%來自冶金工業(yè)、其余部分來自造紙、采礦、污水處理等部門 [1]。近年來，隨著我國對外開放 ，日、美、西德等國生產(chǎn)的 PLC 己通過多種途徑進入了我國，引起了各方面的重視并得到應用。如寶鋼工程應用了數(shù)百臺 PLC，首鋼、武鋼、開灤煤礦也分別應用了美國和西德的 PLC。 可編程控制技術的發(fā)展趨勢 長期以來 ， PLC 始終處于工業(yè)自動化控制領域的主戰(zhàn)場 ， 為各種各樣的自動化控制設備提供了非?？煽康目刂茟谩ｋS著計算機科學的發(fā)展和工業(yè)自動化愈來愈高的需求，可編程控制技術得到了飛速的發(fā)展，其技術和產(chǎn)品日趨完善。僅僅將 PLC 理解為開關量控制的時代己經(jīng)過去， PLC 不僅以其良好的性能滿足了工業(yè)生產(chǎn)的廣泛需要，而且將通信技術和信息處理技術融為一體，其功能也日趨完善。今后， PLC 將主要朝著以下兩個方向發(fā)展：一個是向超小型專用化和低價格方向發(fā)展 。另一個是向高速多功能和分布式自動化網(wǎng)絡方向發(fā)展。 PLC 與其它工業(yè)控制系統(tǒng)的比較 在現(xiàn)代工業(yè)設備及自動化項目中 ， 我們會遇到大量的開關量、脈沖量及模擬量等控制裝置。如電機的啟動與停止 ， 電磁閥的開閉 ， 工件的位置、速度、加速度的測定 ， 產(chǎn)品的計數(shù)以及溫度、壓力、流量等物理量的設定和控制等等。傳統(tǒng)的工業(yè)自動控制主要是由繼電器或分離的電子線路來實現(xiàn)的。這種控制方式雖然造價便宜 ， 但卻存在許 多致命的弱點 ：只適用于簡單的邏輯控制 ， 僅適用某種控制項目 ， 缺乏通用性 ， 一旦要實現(xiàn)改動或者優(yōu)化 ，只能通過硬件的重新組合來實現(xiàn)。目前 ， 工業(yè)界比較有代表性的控制方式主要有以下幾個類別 ： 繼電器控制系統(tǒng) ， 單片機控制系統(tǒng) ， 微型計算機系統(tǒng) ， 集散型控制系統(tǒng)，而繼電器和單片機控制系統(tǒng)較為典型。 PLC 與繼電器控制系統(tǒng)的比較 繼電器控制是采用硬接線邏輯 ， 利用繼電器觸點的串、并聯(lián)及時間繼電器的延遲動作來組成控制邏輯 ， 其缺點是一個系統(tǒng)一旦確定就很難輕易再改動。如果要在現(xiàn)場做一些更改和擴展更是難以實行。而 PLC 是 利用其內(nèi)部的存儲器以數(shù)據(jù)形式將控制邏輯存儲起來的 ， 所以只要改變 PLC 內(nèi)存儲器的內(nèi)容 ， 也就可以實現(xiàn)更改控制邏輯的目的。對于 PLC來講 ， 只要用 PLC 配備的編程器在現(xiàn)場就可以完成更改。至于 PLC 對外部的聯(lián)系 ， 只有I/0 點 ， 只要輸入輸出對象不變 ， 就無須對硬接線作任何改動。繼電器控制邏輯是依靠觸點的機械動作來實現(xiàn)的。工作頻率很低。一次動作般為數(shù)十毫秒。對于復雜的控制 ， 使用的繼電器越多 ， 反應就越慢。而 PLC 是以微型計算機為基礎的控制裝置 ， 其運行速度為南京工程學院自動化學院本科畢業(yè)設計（論文） 6 . 每個指令步數(shù)十微秒 (對于高速 PLC 則是 5 微秒以下 )。并且內(nèi)部有嚴格的同 步 ， 所以不會出現(xiàn)抖動的問題。 對于限時控制 ， 繼電器是利用時間繼電器的延時動作來實現(xiàn)的。由于時間繼電器是利用空氣阻力 ， 半導體延時電路來實現(xiàn)延時的 ， 所以其定時精度低 ， 調(diào)整不方便。且環(huán)境溫度變化等因素都會對定時精度有直接的影響。而 PLC 則是由晶體振蕩器所產(chǎn)生的脈沖經(jīng)多次分頻后得到的時基脈沖進行計數(shù)來定時的 ， 定時范圍一般為 秒 ， 也有 秒的 ，精度一般高于 10 毫秒 ， 只要根據(jù)需要由編程器送入時間常數(shù)即可實現(xiàn)定時時間的設定或更改。由于 PLC 的定時是對時基脈沖進行計數(shù)來實現(xiàn)的 ， 所以如果是對外脈沖進行計數(shù) ，就 成為計數(shù)器?，F(xiàn)代的 PLC 一般都具有定時器和計數(shù)器功能。 從可靠性和可維護性方面來看 ， 繼電器控制邏輯由于使用了大量的機械觸點 ， 連接線也多 ， 觸點開閉時產(chǎn)生的電弧會使觸點損壞 ， 動作時的機械振動還可能使接線松動 ， 所以可靠性和可維護性都較差。而 PLC 則采用了無觸點的電子電路來替代繼電器觸點 ， 確切地說是用存貯器內(nèi)的數(shù)據(jù)來代替觸點 ， 因此不存在上述缺點。而且體積小、功耗小、壽命長、可靠性高、還具有監(jiān)控功能和自檢功能 ， 使程序的運行過程成為透明 [1]。 PLC 一般還具有步進控制指令 ， 可以進行步進控制 ， 而繼電器邏輯就比較 困難。繼電器邏輯只能對開關量進行控制。而 PLC 除了具有開關量控制功能外 ， 有些功能較全的 PLC還具有 A/D、 D/A 轉換裝置 ， 可以用來對模擬量進行控制。 PLC 與單片機控制系統(tǒng)比較 雖然單片機的配置較微機系統(tǒng)簡單 ， 成本也較易接受 ， 但它仍然不是為工業(yè)控制而設計的。同樣存在著編程難、不易掌握、需要做大量的接口工作 ， 可靠性仍較差 ， 成本高等缺點。盡管其有較強的數(shù)據(jù)處理能力 ， 但工業(yè)控制都為開關量控制 ， 所以其長處仍得不到發(fā)揮。單片機與 PLC 的比較 ： 在很大程度上 ， 單片機是專為工業(yè)控制而設計的。因此 ，它具有 較好的環(huán)境適應性。事實上 ， 現(xiàn)代 PLC 的核心就是單片微處理器。用單片機作控制部件在成本方面具有優(yōu)勢。但是不可否認 ， 從單片機到工業(yè)控制裝置之間畢竟有一個硬件開發(fā)和軟件開發(fā)的過程。雖然 PLC 也有必不可少的軟件開發(fā)過程 ， 但兩者所用的語言差別很大 ， 單片機主要使用匯編語言開發(fā)軟件。而 PLC 用專用的指令系統(tǒng)來編程的。前者復雜而易出錯 ， 開發(fā)周期長。后者簡便易學 ， 現(xiàn)場就可以開發(fā)調(diào)試。 單片機控制系統(tǒng)僅適用于較簡單的自動化項目。硬件上主要受 CPU、內(nèi)存容量及 I/O接口的限制 。軟件上主要受限于與 CPU 類型有關的編程語言。一般說來 單片機或單片機系統(tǒng)的應用只是為某個特定的產(chǎn)品服務的。其通用性、兼容性和擴展性都相當差 [9]。 PLC 在高空作業(yè)車上應用的可能性和前景 目前 ， 可編程控制器在機械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領域的應用都得到了長足的發(fā)展。 自 PLC 發(fā)展及應用以來 ， 在工業(yè)自動化方面隨著計算機科學的發(fā)南京工程學院自動化學院本科畢業(yè)設計（論文） 7 . 展和工業(yè)自動化愈來愈高的需求 ， 可編程控制技術得到了飛速的發(fā)展 ， 其技術和產(chǎn)品日趨完善。 PLC 在許多領域中都得到廣泛的應用。高空作業(yè)車是在高空中進行作業(yè) ， 為了能夠保證工作的方便和人員的人身安全和工作效率 ， 我們必須要保證其 作業(yè)平臺的穩(wěn)定 ， 之前大多數(shù)都是使用手動調(diào)平 ， 這樣不僅使調(diào)平精度得不到保證 ， 而且隨著工作時間的長久以后會產(chǎn)生很多的誤差 ， 導致作業(yè)平臺發(fā)生傾斜 ， 容易導致事故的發(fā)生 ， 甚至會造成工作人員的傷亡。這樣會造成不必要的損失。所以為了避免該事故的發(fā)生 ， 我們采用 PLC 來對高空作業(yè)車作業(yè)平臺進行自動控制調(diào)平系統(tǒng) ， 這樣作業(yè)平臺就不會隨作業(yè)時間推移而導致作業(yè)平臺不平衡或者發(fā)生事故。因為 PLC 會在作業(yè)平臺發(fā)生傾斜時自動調(diào)節(jié)使之平衡而且還將保持很長的一段時間不改變。之所以它能夠自動控制使作業(yè)平臺自動調(diào)平 ， 那是我們采用一種閉環(huán)控制 ， 在作 業(yè)平臺上裝上雙軸傾角傳感器 ， 在工作過程中如作業(yè)平臺發(fā)生傾斜的話 ， 雙軸傳感器會反饋信息給 PLC， 而 PLC 會通過人們給定的標準值來對比進而對其作業(yè)平臺進行調(diào)平 ， 從而實現(xiàn)自動控制調(diào)平。所以 PLC 技術在高空作業(yè)車的自動調(diào)平系統(tǒng)上得到廣泛的應用而且在一段漫長的時間里將被延續(xù)的發(fā)展趨勢。 高空作業(yè)車的最大特點是動作復雜、頻繁 ， 且有較多的執(zhí)行元件。在這種場合使用繼電器控制邏輯必然需要大量的中間繼電器 ， 而這些中間繼電器在用 PLC 控制的情況下 ，就可以對其內(nèi)部的輔助繼電器進行編程后來取代。從物理介質(zhì)方面來講 ， 前者是要用具體的 電氣元件來組合 ， 而后者只是 PLC 的內(nèi)部寄存器 ， 在 PLC 編程容量許可的范圍內(nèi) ， 可以不花費額外的費用來實現(xiàn)復雜的控制邏輯。一般的 PLC 都有上百點內(nèi)部輔助繼電器甚至更多 ， 且還有多種專用的內(nèi)部電器 ， 足可以應付一般的控制要求 ， 唯一需要做的工作就是對 PLC 進行編程。事實上 PLC 用于這種場合是最能顯現(xiàn)出其經(jīng)濟性。當然我們不僅忽視了 PLC 的另一個優(yōu)點 ， 那就是其運行速度及可靠性和壽命遠遠高于繼電器控制方式 ，從上述意義上來講 ， PLC 最適合于需要大量中間繼電器的場合。且 PLC 與其他工業(yè)控制系統(tǒng)比較具有許多優(yōu)點： 1).更改控制邏 輯只需修改軟件 ， 無需對硬件作改動 。 2).程序可以復制 ， 批量生產(chǎn)很容易 。 3).電氣硬件設計大大簡化 。 4).由于 PLC 除有繼電器功能外 ， 尚有多種其它功能 ， 可以實現(xiàn)繼電器無法實現(xiàn)的控制功能 ， 實現(xiàn)某種程度上的智能化 ， 并有可能使機構簡化 。 5).可靠性高 。 6).成本相對于繼電控制而言稍高 ， 但繼電器控制隨著所用中間繼電器數(shù)量的增加 ， 成本急驟上升 ， 而 PLC 控制幾乎保持不變 ， 這一點對于復雜的控制來講具有無可比擬的優(yōu)越性 。 7).具有擴展單元或擴展模塊 ， 當需要較多 I/0 時可以方便地擴展。 如果用 PLC 來控制 的話 ， 則可以簡化機械結構 ， 機械和電氣設計都可以得到簡化。更重要的是可以使原來無法實現(xiàn)的某些功能得以實現(xiàn) ， 使機器在某種程度上實現(xiàn)智能化。所以 ， 我們決定采用 PLC 控制自動調(diào)平系統(tǒng)。 南京工程學院自動化學院本科畢業(yè)設計（論文） 8 . 從技術上看 ， 計算機技術的新成果會更多地應用于可編程控制器的設計和制造上 ， 會有運算速度更快、存儲容量更大、智能更強的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看 ， 會進一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看 ， 產(chǎn)品的品種會更豐富、規(guī)格更齊全 ， 完美的人機界面、完備的通信設備會更好地適應各種工業(yè)控制場合的需求； 而 PLC 又有 可靠性高 ， 抗干擾能力強 、 配套齊 全 、 易學易用 、 系統(tǒng)的設計、建造工作量小 ， 維護方便 、 體積小 ， 重量輕 等特點；因為 PLC 種種優(yōu)點使得其良好的性能夠得到工業(yè)生產(chǎn)中的廣泛應用 ， 而且將在高空作業(yè)車等高空機械行業(yè)中 發(fā)揮越來越大的作用。 課題研究的主要內(nèi)容 以德國西門子 (Siemens)公司生產(chǎn)的 SIMATICS7200 可編程邏輯控制器為主控器件 ，設計高空作業(yè)車自動調(diào)平系統(tǒng) ， 給出系統(tǒng)的硬件構成 ， 設計系統(tǒng)的控制軟件。本課題主要設計 PLC 對高空作業(yè)車的作業(yè)平臺進行自動控制調(diào)平系統(tǒng)。