基于PLC控制的爬棚智能控制系統研究

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，開發了一種爬棚智能控制系統，采用先進的計算機、PLC和網絡控制技術，通過對提升重力和位移量的信息采集和綜合分析，實現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。

關鍵詞：爬棚；PLC；智能控制；計算機技術；網絡控制技術 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）已經廣泛應用于各種高層建筑的建設中。但是附著升降腳手架在施工應用中經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故障。目前市場沒有成熟的同步提升控制系統，為此我們開發了一種爬棚智能控制系統，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 爬棚智能控制系統簡介

爬棚智能控制系統應用先進的計算機、PLC和網絡控制技術，采用通用化和模塊化設計，通過對提升重力和位移量的信息采集，經計算機進行綜合分析后，實現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設置、故障自動診斷及報警、運行信息監控和歷史數據分析功能，為棚架的安全運行提供有效保障。

2 系統硬件組成

2.1 基本原理

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

“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”之間通過目前工業自動化領域最流行的“Profibus總線”進行連接。“主站”可連接便攜式電腦，實現整組自動或手動運行的智能化監控。系統每組結構框圖如圖1所示。

2.2 系統組成

2.2.1 主站。主站是整組控制系統的核心，通過它完成與各分站以及與上位機（便攜式電腦）之間的數據交換。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。主站結構示意圖如圖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。分站結構示意圖如圖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，實現整組運行的實時監控。

3 系統控制流程

爬棚智能控制系統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 系統軟件功能

爬棚智能控制系統的上位機軟件通過開物2000組態軟件開發，主要由主界面、參數設置界面、監控界面等組成。

4.1 參數設置

參數設置界面可進行本組運行參數、站榀選擇和重量設置。參數設置共兩幅界面，分別為站榀設置和運行設置。站榀設置用來選擇本組所連接的站、榀及所連接榀的設定重量，如圖5所示。運行設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 監控界面

監控界面是系統運行中最常使用的界面，通過它完成運行監控和主要操作。監控界面分頁頭區和信息顯示區。頁頭區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據，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、行程實時數據和運行狀態、報警信息，并可通過截面提供的按鈕對系統進行控制；運行數據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，微調時須通過“微調”按鈕打開微調操作區；報警信息顯示系統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每次運行時的重量變化曲線，以方便進行事后數據分析。

5 結語

爬棚智能控制系統通過采用計算機、PLC和網絡控制技術，實現對多組多榀棚架升降智能同步控制和超載自動保護，且系統工作穩定、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。

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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：工程機械控制系統設計。

（責任編輯：黃銀芳）